高性能船舶设计制造技术运用

周超 陶俊欢  方凡哲

摘要：根据国家关于海洋经济的发展规划，在近几年内，随着我国对海上经济的发展规划，高性能船舶的研发和生产效率得到了持续的提高。毫无疑问，在深海开发中，高性能船舶是功能、应用和设计三个方面的创新成果，其应用价值的挖掘既可以进一步完善深海探测手段，又可以提高我国的海洋资源利用效率，对整个社会的和谐发展都有着重大的意义。当前，国内已研制出各种类型的高性能船舶，其主要用于海洋工程中，有利于提升深远海洋资源调查船设计和建造效果。因此，文章着重对高性能船舶的设计制造技术及运用作了简要的论述。

关键词：高性能船舶；设计制造技术；运用

0 引言

当前，舰船的主框架多采用钢材作为原料，配合各种焊接材料，油漆材料，绝缘材料，构筑稳定的结构。随着造船工艺的进步，对舰船功能的要求也越来越高。高性能船舶设计制造技术的应用，不仅可以有效地改善船体的服役性能，而且可以加速船体建造，给企业带来更大的经济利益。通过整理高性能船舶设计制造技术应用时需注意的相关内容，能够提高对技术价值的认知水平，从而提高高性能船舶的生产效率。

1高性能舰船的设计要求

对高性能舰船的设计提出了先进、安全和经济性三个基本要素，三者相互补充，对舰船的设计与使用产生了重要的作用。下面是与上述三种需求有关的内容：

1.1 先进性

现代舰船的发展往往需要高效环保的动力体系，其中主要有发动机技术的进步和燃料效率的优化等。未来的船型设计将会涉及到减阻设计，新材料的应用，以及流体动力学的优化等方面。船舶自动化控制、综合导航等现代船舶导航与控制系统是改善船舶操纵性能与安全的重要手段。“双碳”背景下，既要确保设计的品质，又要确保其能耗，这也是衡量舰船发展水平的一个主要标准。通过各种节能材料和技术的合理运用，提高了造船工艺的节能程度，为造船技术的发展提供了保障。

1.2安全性

为了保证其在不同的海洋环境下的航行安全，必须满足世界各国对其的要求。在设计过程中要充分考虑到船体的稳定性能，以保证在遇到极端情况或遇到紧急情况时仍能稳定航行。完善的消防系统，救生设备等，以应付突发事件。

1.3经济性

经济的发展对船只的运行提出了更高的燃料利用率和更低的运行费用。这些措施可以是使用节约能源的技术，燃气轮机等等。在设计中应充分利用保养费用，选择容易保养的工艺与装备，缩短保养周期。经济效益是指在建造、使用和报废三个不同的时期所需的费用。

各环节的需求是互相联系的，一项全面的设计必须兼顾先进性、安全性和经济性。比如，某些新的材料、新的设计思想，在保证其性能的同时，又要保证其在不降低其安全、经济性能的前提下。这就要求设计师们在兼顾船舶所有者和经营者要求的基础上，将多种要素结合起来。

2高性能船舶设计制造技术

2.1初步设计

设计初步设计是船舶产品设计的重要阶段，主要任务包括：1）与造船厂建立合作伙伴，在签署合同后向造船厂提交船舶的技术方案、图纸和设备制造商的资料。在此基础上，根据规范对前期工作进行了进一步的优化与改进。2) 为确定舰船的多项性能、系统、结构等，必须依据合同条款及技术文档的基础上，进行多项性能、系统、结构等的设计与测试，确定其最后的建造形式、技术类型。3) 为下一步具体的结构设计，奠定了基础。总体设计是舰船总体设计工作的一个关键环节。这就要求在项目的前期研究中，通过计算机软件、仿真试验等手段，对项目的基本要素、关键性能和船型特点进行科学的设计和计划，从而获得一套科学、可信的建造方法。另外，在总体规划阶段，还应对船舶总体布置，推进系统布置，电气布置等方面进行研究，以使初步设计成果更加科学。

2.2详细设计

高性能船舶制造设计人员如果想要做好详细设计工作，就要在落实设计工作时将建造合同和初步设计技术文件作为参考依据。既要满足规章制度，也要精准掌握以下任务内容：1）对船舶制造设计项目的各类参数进行计算，并要构建具有科学性和全面性的设计图纸，为后续高效处理设计期间的制造漏洞和技术问题提供保障。2) 参与造船设计的有关机构主动担负起相应的责任，向其所在地的法定检测机构提出有目标的技术形式、技术标准和已审核通过的图样文档。3) 为满足工程应用需求所需的工艺条件及相应的基础，以确保产品设计工作的顺利进行。在这段时间里，具体的设计内容将以特定的部分技术问题为基础来决定，并且要根据每个子项目的实际情况对详细的设计系统进行改进，并且还要对其进行数字计算。船体、轮体、电气等方面的相互冲突的解决与调节工作不可忽略，在确保满足整体的整体性能及结构强度的同时，还要满足装备的材质。在进行了详细的设计工作以后，高性能船舶的建造工作也可以集中精力进行设计送审的工作。在实际作业过程中，要将设计图纸和技术资料等资料，按时送至船舶检验中心审核。若审核通过，则要根据最后的审核意见及意见，对图纸进行修正与优化。在此过程中，造船厂根据细化的设计成果，采购了满足需求的各种装备与原料，为进一步提高产品的质量打下了坚实的基础。通过详细的研究与归纳，可以看出，船舶制造设计是否详尽，是否完备，将会对船舶的品质及实际的生产率产生直接的影响。目前，随着船舶工业的快速发展，在船舶制造过程中应该采用先进的计算机技术。在确保产品质量的同时，还应进一步提升产品的质量。

图1 高性能船舶设计放样图

2.3生产设计

生产设计这一环节的工作不能忽视。为了做好各项工作，需要将详细设计技术要素这项内容作为基础依据，依据现有的制造技术、施工方案、工艺要求等多项内容绘制图纸。同时也要精准确定相应工艺和文件。具体的设计任务体现在以下方面：提供符合要求的施工方案、施工技术、制造方案；不断细化装配工序和零件加工流程；提供符合实际情况的管理图表；保证高性能船舶制造期间的生产、技术、质量管控处于统一协调的状态，主要目的是提升船舶生产效率和效益。经过细致分析和总结，不难发现生产设计的详细、完整性会对造船质量和实际的生产效率造成直接影响。现阶段我国造船事业发展速度逐步加快，生产设计期间应将先进性的计算机技术应用其中。既要保证满足标准生产设计要求，也要提高制造加工水平。

2.4 制作完工文件

当以上工作完成后，开始进行完成文档的编制，这一步的重点是对全部模拟试验结果和模块设计内容进行分类，并将其以文档的方式呈现出来，为船舶建造系统的优化和维修方案的制定提供了依据。在高性能船舶的设计和生产过程中，会对有关内容进行对现场的具体状况进行科学的修正，其中主要有最优型线放样过程、更换施工设备、局部内容修改等，所有修改的内容都要经过系统的验证，符合规定之后，方能投入使用。并且在完成文档中包含了这一点。如果造船完工后发现质量检验有问题，则可以根据图纸找到问题所在，并提出解决办法，从而提升造船成果的可靠性。

3高性能船舶设计制造技术的实践应用

3.1直接设计法

在各种给定的情况下，通过与相应的理论建立相应的数学联系，得出最后的结果，从而确定被设计对象的具体参数，最后形成船体产品。20世纪九十年代中叶，船舶的推进器就是这种结构，例如舵柄、连接件都是直接设计的。从新时期的发展潮流来看，利用 CAD的技术手段，也可以达到高效造船的目的。在此基础上，进行概念设计，即对最大排水量、装置型式、速度、稳定性指标和耐下沉能力进行构思，促进其可视化的基础概念，并高效地破解其技术难题。

3.2模型设计法

（1) 实物测绘法。2) 综合比例放样设计法。以“中国海警XXX19”号为例，设计者多次到船厂进行综合放样站进行缩放图编制工作，并在此基础上进行局部构件的结构布置。3) 建模仿真方法。通过对相应的模型进行缩尺、展开实验或组装，从而获得最优的结构参数，从而开展造船项目。舰船仿真研究中的仿真研究是基于螺旋桨与舰船模型构建的，具体研究内容为：利用舰船的缩尺进行实验验证，利用舰船模型进行仿真研究，不仅能够获得高质量的设计方法，而且能够为新型船型的设计提供依据。例如，我们曾经采用1:1的轮机模拟法，对900马力级大吨位船舶的动力单元进行了设备布局和设计。利用缩尺技术建立发动机舱的模型群，可以有效地提高高性能舰船的设计图纸的真实性、准确性和整体建造的质量。此外，在38米高速巡逻艇的研制过程中，通过武汉理工大学的试验室进行1:10的模型测试，对其进行修改，并将其应用于实际船舶的设计和建造过程，以验证该方案的安全性和可靠性。

无论上述的任何一种设计方法，都可以通过各个合作单位、各个部门和各个专业的连接来实现商业的协作，在商业的协作过程中生成了大量的数据，并通过对这些数据的处理、分析和洞察，来推动相关的技术和运作，从而实现一个不断的闭环的不断的演化。

4 结语

当前，船舶行业正以高性能、标准化和现代化为主要发展方向，不断加速发展。为提高我国造船行业的整体实力，必须在规范的工艺过程中，采用各种先进的工艺与手段，提高造船效率，为提高我国船舶制造行业的整体竞争力打下坚实的基础。在实施过程中，要把初步设计、详细设计、生产设计和竣工文件等各个阶段的工作落实起来。这样可以提高船舶生产效率和质量，从而不断增强船舶制造行业的竞争力，不断完善船舶设计与制造体系，推动船舶行业实现经济可持续发展。
 

参考文献：

[1]谭永灿.高性能船舶设计制造技术及运用[J].船舶物资与市场,2022,30(6):30-32.

[2]柴建华.船舶模块化设计与制造技术探究[J].船舶物资与市场,2022,30(10):26-28.

[3]王云,刘桂香,王玲.船舶智能制造技术的应用和发展[J].科学技术创新,2021(34):142-144.

[4]万玉华.船舶设计网络中虚拟化技术的应用[J].船舶物资与市场,2021,29(08):49-50.

[5]孙江龙,袁华,张正艺.“船舶设计原理”课程教学内容分析与思考[J].科教导刊,2021,(14):142-144.