現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)與制造智能化研究與探索

鄧劍鋒

摘 ?要：在當(dāng)前的世界經(jīng)濟(jì)大環(huán)境下，運(yùn)輸業(yè)的利潤(rùn)日益增高，而在諸多的運(yùn)輸方法中，船舶運(yùn)輸?shù)睦麧?rùn)可以稱得上十分龐大，但是目前來(lái)說(shuō)，全球的航運(yùn)市場(chǎng)持續(xù)走低，產(chǎn)能過(guò)剩，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也十分激烈，因此，為了振興船舶制造和航運(yùn)，加快航運(yùn)行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，是船舶行業(yè)的必經(jīng)之路。我國(guó)制造業(yè)處于一個(gè)正在大刀闊斧改革的時(shí)期，針對(duì)現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)與制造智能化的研究與探索就十分有必要。

關(guān)鍵詞：船舶設(shè)計(jì);制造智能化;研究與探索

中圖分類號(hào)：U662 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）15-0085-02

Abstract： In the current world economic environment， the profit of the transportation industry is increasing. In many transportation methods， the profit of ship transportation can be said to be very large， but at present， the global shipping market continues to decline， and the production capacity continues is excessive， and the market competition is also very fierce. In order to revitalize shipbuilding and shipping， accelerate the structural adjustment of the shipping industry and promote industrial development， is the only way for the shipbuilding industry. China's manufacturing industry is in a period of drastic reform， and it is necessary to study and explore the modern ship design and manufacturing intelligence.

Keywords： ship design; manufacturing intelligence; research and exploration

前言

對(duì)我國(guó)船舶業(yè)界來(lái)說(shuō)，相比西方國(guó)家的科技創(chuàng)新發(fā)展還有所不足，因此，為了提高我國(guó)航運(yùn)在世界市場(chǎng)上占據(jù)的地位，就必須加大科技創(chuàng)新的力度，推動(dòng)我國(guó)船舶設(shè)計(jì)盡快完成智能化的探索，由“中國(guó)制造”變?yōu)椤爸袊?guó)智造”。

1 現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)

現(xiàn)代船舶的設(shè)計(jì)，隨著時(shí)代的進(jìn)步，也逐漸越發(fā)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，目前來(lái)看，現(xiàn)代船舶的設(shè)計(jì)主要分為了四個(gè)階段，分別是：

1.1 船東的預(yù)期報(bào)價(jià)

船東的預(yù)期報(bào)價(jià)是現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)的方案規(guī)劃策劃階段，這一階段，主要是用來(lái)確定船舶的主要工作方向和工作性能，以便完成現(xiàn)代船舶的具體設(shè)計(jì)方向和船舶設(shè)計(jì)的完善。

1.2 船舶類型的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)船舶時(shí)，根據(jù)船東的要求以及船級(jí)社的要求，進(jìn)而設(shè)計(jì)出主要的設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖和設(shè)計(jì)布置圖，之后在將其送給船東和船級(jí)社進(jìn)行審核，進(jìn)行進(jìn)一步的規(guī)劃。

1.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

詳細(xì)設(shè)計(jì)這一階段，是現(xiàn)代船舶的最為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)階段，這一階段可以為現(xiàn)代船舶的之后更為精細(xì)化的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

1.4 現(xiàn)代船舶的生產(chǎn)設(shè)計(jì)

根據(jù)造船廠的工藝、技術(shù)等方面，參照詳細(xì)給出的船舶參數(shù)和設(shè)計(jì)建立的船舶模型，最后產(chǎn)出能夠直接進(jìn)行船舶生產(chǎn)組裝的設(shè)計(jì)圖紙。

2 船舶的智能制造

所謂的智能制造技術(shù)，就是在現(xiàn)代的傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)、自動(dòng)化制造等技術(shù)以及近期的人工智能的基礎(chǔ)，因此，智能制造需要穩(wěn)定有力的知識(shí)人員供給，同時(shí)還要不斷的提高對(duì)從業(yè)人員的培訓(xùn)，進(jìn)一步提高工業(yè)方面的科技創(chuàng)新能力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)。

智能制造是我國(guó)目前可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略上的重要制造模式，他通過(guò)借助網(wǎng)絡(luò)和人工智能等信息通訊技術(shù)，優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)等過(guò)程，減少了資源消耗，節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境。

而船舶的智能制造，需要在智能制造的基礎(chǔ)上，輔以物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)大數(shù)據(jù)和人工智能取代封閉的船舶制造生產(chǎn)系統(tǒng)，并成為未來(lái)的船舶制造工業(yè)的基礎(chǔ)，推動(dòng)我國(guó)由造船國(guó)走向制造強(qiáng)國(guó)。

智能制造是我國(guó)目前工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，船舶的設(shè)計(jì)和發(fā)展也應(yīng)該迎合這一發(fā)展趨勢(shì)，造船企業(yè)更應(yīng)該首當(dāng)其沖的配合這一發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而讓自己的企業(yè)做大做強(qiáng)，智能制造具有以往制造所沒有的智能化、柔和化、集成化等優(yōu)勢(shì)，因此，對(duì)于船舶制造業(yè)來(lái)說(shuō)，這是最為有利的制造方式改革。

2.1 智能船舶系統(tǒng)所具備的特點(diǎn)

（1）智能船舶的系統(tǒng)性，所謂的智能船舶的系統(tǒng)，并不單指船舶自身，而是由許多個(gè)分系統(tǒng)構(gòu)成的船舶岸基一體化的智能服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)果，并包括了船舶的設(shè)計(jì)、制造、操作等方面的系統(tǒng)。（2）智能船舶的網(wǎng)絡(luò)性，所有的智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)，都是基于網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通的，包括互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等等網(wǎng)絡(luò)云數(shù)據(jù)，通過(guò)這些，實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)備和設(shè)備之間，設(shè)備和船舶之間等的網(wǎng)絡(luò)鏈接，最終實(shí)現(xiàn)信息共通、遠(yuǎn)程操控等。（3）智能船舶的智能性，智能船舶的最大特性之一便是他的智能性，智能船舶的系統(tǒng)是一個(gè)多智能的集合系統(tǒng)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等對(duì)船舶的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行探測(cè)分析、評(píng)斷推理等，最終實(shí)現(xiàn)正確的決策，通過(guò)智能傳感系統(tǒng)等和智能化有關(guān)的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)、制造、操控等的智能化。（4）智能船舶的協(xié)同性，智能船舶系統(tǒng)包括了船舶的設(shè)計(jì)企業(yè)、制造公司、銷售公司等許多可以信息共享的公司，通過(guò)這些公司之間相互流通數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)船舶運(yùn)作的協(xié)調(diào)性，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。（5）智能船舶的柔韌性，智能船舶系統(tǒng)能夠快速使用變化飛快的船舶設(shè)計(jì)等方面的數(shù)據(jù)分析變化和溝通交流，同時(shí)也能對(duì)變化莫測(cè)的市場(chǎng)需求及時(shí)提出相應(yīng)的反應(yīng)，具有極強(qiáng)的柔韌性。（6）智能船舶的追溯性，智能船舶系統(tǒng)可以對(duì)船舶的設(shè)計(jì)、制造等過(guò)程進(jìn)行全過(guò)程的追蹤，如果船舶出現(xiàn)問(wèn)題也能及時(shí)的處理和解決。（7）智能船舶的服務(wù)性，智能船舶的系統(tǒng)是一種船舶和岸基聯(lián)系到一起的智能信息服務(wù)的健全體系流程，能夠及時(shí)的增加各種增值服務(wù)，從船舶制造的全過(guò)程提供不同的服務(wù)，滿足市場(chǎng)多樣化的服務(wù)需求。

2.2 船舶制造智能化的數(shù)字化技術(shù)

（1）數(shù)據(jù)集成技術(shù)。船舶的信息集成系統(tǒng)是一種進(jìn)行數(shù)據(jù)交換等方面系統(tǒng)運(yùn)行的平臺(tái)，它規(guī)定了船舶智能制造的信息交換和運(yùn)行系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)等，為業(yè)務(wù)的應(yīng)用提供良好的系統(tǒng)接口，穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境和嚴(yán)格的關(guān)系界面。船舶平臺(tái)信息集成系統(tǒng)的核心技術(shù)是，它的任務(wù)管理調(diào)集的子系統(tǒng)和在數(shù)據(jù)訪問(wèn)上的兩大部分，這個(gè)平臺(tái)自身也是作為一個(gè)中間元件的功能，用類似組合零件的形式對(duì)要求的功能提供應(yīng)有的支持和幫助，包括流程調(diào)度與控制，權(quán)限的控制和對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。系統(tǒng)的最低層是到處分布的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。傳播平臺(tái)信息集成系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，任務(wù)管理調(diào)度的分系統(tǒng)，通過(guò)一種傳遞信息的方式來(lái)控制系統(tǒng)中的運(yùn)行演化流程，數(shù)據(jù)訪問(wèn)通過(guò)發(fā)送和接受控制應(yīng)用的流程。

（2）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。這種技術(shù)最早是由美國(guó)的一個(gè)公司提出的一種關(guān)于計(jì)算機(jī)等方面的高新科技技術(shù)，是一種利用計(jì)算機(jī)在電腦上構(gòu)造一個(gè)與某個(gè)現(xiàn)實(shí)環(huán)境相同的情景，人類通過(guò)某種設(shè)備進(jìn)入這個(gè)環(huán)境中進(jìn)行類似于現(xiàn)實(shí)的交流溝通，在這個(gè)環(huán)境中，人們不只能夠互相溝通，還能對(duì)某種傳遞的信息做出反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生一種“真實(shí)”的感官。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要是由五個(gè)部分組合而成的，分別是，虛擬設(shè)備引擎、虛擬設(shè)備的輸入輸出設(shè)備、虛擬設(shè)備的軟件和大數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬軟件平臺(tái)的用戶和任務(wù)。其中，又以虛擬設(shè)備的引擎虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心之處。VR引擎是虛擬仿真系統(tǒng)的核心之處，它通過(guò)讀取虛擬設(shè)備中的大量數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行對(duì)與任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)的讀取計(jì)算分析，最后輸出反饋的任務(wù)結(jié)果。IO設(shè)備是實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的基礎(chǔ)，人們往往通過(guò)專門的數(shù)據(jù)接口來(lái)為計(jì)算機(jī)發(fā)送命令，同時(shí)將模擬得出的信息實(shí)時(shí)反饋給用戶。軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)各個(gè)領(lǐng)域的側(cè)重方向，目前虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的仿真軟件有很多種。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)主要通過(guò)四個(gè)方面來(lái)表現(xiàn)：

多感知性：所謂的多感知性，是指除了一般計(jì)算機(jī)之外所具有的視覺方面的感知之外，還有著其他方面的，比如聽覺上的、觸覺上的、嗅覺上的、味覺上的、運(yùn)動(dòng)上的等等。

沉浸感：是指計(jì)算機(jī)所生成的虛擬環(huán)境可以給人一種

相對(duì)真實(shí)的感官，讓人對(duì)自身的存在感有一種真實(shí)的感覺，這一點(diǎn)就不僅需要真實(shí)的模型，還需要人機(jī)交互功能的推動(dòng)。

想象性：在進(jìn)入計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境時(shí)，不僅要依靠外部設(shè)備的介入，類似虛擬頭盔和虛擬眼鏡等，同時(shí)也要通過(guò)設(shè)計(jì)人員的想象力將虛擬的環(huán)境設(shè)計(jì)出來(lái)，這也需要表達(dá)作者的設(shè)計(jì)思路。

交互性：所謂的交互性是指，人們通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入到虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)里的信息可以感知人們的具體意愿，并可以做出相對(duì)的反應(yīng)。

在目前的經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展趨勢(shì)上，在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)十分強(qiáng)烈，特別是在工程的制造領(lǐng)域，新興技術(shù)、新產(chǎn)品的誕生比比皆是，這就對(duì)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)提出了更高要求，企業(yè)想要在這樣的挑戰(zhàn)發(fā)展，就必須有更強(qiáng)大的技術(shù)支持，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)完全可以滿足這種要求。

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是有外國(guó)首先提出并研究的，因此到目前為止，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)在外國(guó)的航天領(lǐng)域、汽車制造領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域等方面得到廣泛的推廣，而在我國(guó)，由于工程學(xué)起步較晚，因此，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)研究較為淺薄，雖然我國(guó)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起步較晚，但是信息技術(shù)的發(fā)展快速，讓虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國(guó)也開始迅速普及，目前主要應(yīng)用于工程制造業(yè)的兩方面：工業(yè)產(chǎn)品的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品裝配工藝優(yōu)化。

其中在智能船舶制造方面，對(duì)于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、操控這三個(gè)方面極其有效，因此，為了推進(jìn)制造船舶智能化，就應(yīng)該推廣虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航運(yùn)行業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

船舶的設(shè)計(jì)和智能化制造，必然要在目前已經(jīng)存在的信息化、自動(dòng)化等因素下組建成一個(gè)新興的實(shí)體架構(gòu)，之后，通過(guò)大量的評(píng)價(jià)、研究、推測(cè)和優(yōu)化等方面，組合形成附加值更高的船舶制造等船舶制造產(chǎn)業(yè)鏈。進(jìn)而讓中國(guó)的船舶設(shè)計(jì)和智能化制造工業(yè)在未來(lái)能更簡(jiǎn)單的立足市場(chǎng)，緊跟市場(chǎng)方向，走向定制成模式化、管理細(xì)致化、服務(wù)完善化，從而更好地創(chuàng)造船舶的新興價(jià)值。目前而言，國(guó)內(nèi)的船舶制造業(yè)大多都造型多而產(chǎn)量少，船東的對(duì)船型定制的要求高、船型的高新技術(shù)著稱，但航運(yùn)市場(chǎng)的低沉、以往船舶生產(chǎn)的面對(duì)的障礙、高端船舶制造技術(shù)的缺失等越發(fā)影響到了我國(guó)的船舶設(shè)計(jì)與制造業(yè)的發(fā)展，建立制造智能化的船舶制造體系，以智能化的制造設(shè)備代替需要大量人力的機(jī)器，構(gòu)建一體化船舶智能生產(chǎn)系統(tǒng)，通過(guò)大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將全部的生產(chǎn)所需資源進(jìn)行組合，讓目前的半自動(dòng)化船舶設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)向智能化生產(chǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，促使船舶能以最小的生產(chǎn)代價(jià)得到最大的效果。實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)制造定制化和個(gè)性化等方面的結(jié)合。

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