我国船舶设计建造技术现状及展望

2022-09-10

1 船舶的设计

1.1 NAPA

3DNA-PA是NAPA公司提出的一种船舶设计理念, 概念中运用了3D技术, 尤其是在初步设计阶段的, 广泛应用于船舶设计中并得到了很大的认同。这一软件的主要优势在于, 能够在很短的时间内结束结构初步设计与计算的过程, 形成有价值的相关文件与信息用于送审, 能够依据需求形成结构有限元计算所需要的网络模型。NAPA还具有一项新功能是能够使许多软件与NAPASteel之间进行对接, 如Tribon Hull和Nupas-Cadma-tic, 以及另外一些经典的船舶设计系统, 尤其是与Tribon之间的接口能够完成对曲线、表面、图的转换, 功能优势明显。

1.2 CADDS5i

这种软件是PTC公司根据船舶、航空、航天的发展推行的一个新的软件产品, 在世界船舶设计市场中占有很大的份额。这款软件主要涵盖了船体、管系、电力、空调通风系统等在内的几大板块。船体模块通过输入输出船体建造中的全部数据, 实现船体结构的辅助设计;管系模块可以提供3D的管系布置和设计;电力模块能够进行3D的电气系统开发和网络模拟, 是电气系统开发的工具;空调通风模块是一个支持开发的工具, 可以输出制造数据建立大型热力、通风与空调系统和结构。我国有许多的船舶制造企业使用CADDS5i实现建造数据的互通。

1.3 其他

除此之外, 船舶设计中一些西方的先进产品, 例如Nauticus、Poseidon、Cadkey产品等, 一般在我国也会被采用来进行船舶设计, 这些尖端的产品软件, 为船舶设计工作的整体效率产生了巨大的推动作用, 但是在实际应用中, 仍然存在与制造要求有一些差距, 例如一些国外软件的开放性不强, 在设计、生产、管理的集成问题上不能满足实际生产需要, 因此在运用中需要对软件进行二次开发。

自21世纪以来, 我国造船业全面掌握了CAD/CAM软件的三维建模技术, 在此基础上实现了以此为主要技术支撑的船舶产品, 比如, 运用三维设计系统SPD, 自推广应用开来, 在船体结构生成过程中十分快速, 另外通风及支架、设备及布置等方面的三维设计模块也逐渐成熟。系统技术在实用性、灵活性、高效模拟等方面追及并超越了国外类似软件产品的水平。但从整体设计上来讲, 国内设计软件的技术还需要学习并吸取国外的先进经验, 例如, 船舶设计从顶向下的集成方面, 设计信息的转移工作量大。设计系统集成的完成性和构架的先进性应当引起足够的重视, 加快软件在运用中的效率和进程。

2 船舶材料的现状

船舶运行的环境复杂, 经常出现恶劣环境, 因此, 船舶的材料有着更严更高的要求, 材料需要具备高强度、韧性好、可焊状态良好等特点, 以便符合船舶的制造条件。一般专用的型材、锻钢材用于常规的船舶建造, 尤其是散货船、集装箱船等船体的材料。我国船舶制造行业在不断发展, 一些特种钢材也用于了船舶建造中, 比如含稀土耐蚀B级碳素钢、低合金高强度钢和低温钢、低磁钢, 这些钢材通过生产并投入船舶市场, 解决了船舶工业快速增长的发展需要。由于外国船东在我国会订造船舶, 尤其是超大型油船、超巴拿马型集装箱船, 在钢材选用上很少会采用国内钢材, 一般以日本和西欧的进口钢材为主要材料, 这就使得船舶的生产利润下降了不少。

3 船舶建造技术的现状

3.1 船舶建造核心技术

船舶建造行业的发展驱动了造船技术的进步, 我国目前运用最为广泛的是数字化造船技术, 这也是我国船舶建造的核心技术之一。数字化造船, 顾名思义就是以数字化建模仿真为技术特征, 综合造船理论, 在实践中运用到设计与建造等个环节中。通过船舶产品全数字化模型的建立, 生成满足现代造船模式所需的基础信息, 应用模块化建造技术、虚拟建造和装配技术, 实现船舶壳、舾、涂一体化制造, 达到有效控制造船周期、质量和成本。世界先进的船舶建造国家, 从CAX起步, 以开展CIMS、运用敏捷制造技术模式转变为虚拟化模式的发展, 既满足了船舶产品设计与开发, 有实现了船舶验收与使用的数字化的制造与管理, 完成了一项船舶的全寿命周期的建造。近些年以来, 美国一直占居着军船建造最强的地位, 日韩的船舶产量惊人, 占有船舶制造市场大概70%的份额, 这些强国数字化造船技术作为有力的支撑, 并增加了重视程度和投入支持, 从而能够在世界造船业形成垄断。

我国的造船企业, 是造船业的骨干力量, 肩负着造船业的进步与发展。其造船的网络建设已形成一定的构架, 建立了以计算机为基础的辅助设计与建造管理的平台, 从一定程度上提升了整体建造水平, 但是关于数字化造船技术的应用还需要继续追赶国际一线水平, 在未来的船舶行业发展中, 核心技术的高低将是衡量船舶建造水平的标准, 这也是未来国际船舶行业竞争的大趋势和关键因素。

3.2 高附加值船舶建造技术

在高附加值船舶建造技术方面, 我国取得了很大的进步, 实现了产品结构的升级, 我国是继日韩、丹麦之后, 少有的能够建造8000TEU集装箱船的国家, 特别是建造了三十万吨级的超大型油船、5668箱的大型集装箱船, 并且, 针对LNG船的开发设计与建造, 是我国跃身进入世界高端造船技术领域的重要标志, 改变了我国的船舶建造历史和地位。

4 船舶设计建造技术的展望

4.1 船舶设计的展望

从技术角度看, 三维技术是核心, 为了适应船舶业的发展需求, 必须加大以此技术为基础的软件产品开发力度。此外, 软件的功能需要符合一体化和模块化的要求, 使船舶建造实现“设计、生产、管理一体化”以及“壳、舾、涂一体化”, 与此同时, 兼顾到船船体构件的逻辑关系和数据库的结构设计, 当设计中, 个别船体零件修改时, 其他构件能够实现自动更新或拆分。

4.2 船舶材料的展望

集装箱船的发展降低了常规的杂货船订造, 清洁能源的运输需求增加了液汽化船的建造量, 我国船舶行业的发展同样在适应着时代的进步与科技的发展, 其船舶形式逐步展现出多样性和复杂性的特点。基于目前的船舶发展趋势来看, 我国的船舶制造趋势, 是以超大型油船、LNG船及毫华客船为主要目标, 因此, 在船舶材料的选择上, 加宽加长型材、具备良好抗腐蚀性的不锈钢、细晶粒的低温钢、焊接性能好的高强度钢等, 是船舶制造中强烈要求的更佳的材料。

4.3 船舶建造技术

我国要想在船舶建造方面与世界先进水平看齐, 需要借鉴先进科技, 充分发挥数字化的建造优势, 不断开发造船技术与应用。根据船舶企业的实际技术状况和应用状态, 并结合当今船舶行业的发展趋势, 构建数字化的标准体系, 其体系涵盖信息编程、数据结构与输出、存读方式等方面, 另外, 还需要构建能够使信息通用的数据库和模型库, 实现船舶建造中信息集成与交换的过程。其次, 建立网络平台, 为信息的集成、协同以及供应链技术的研究提供基础平台, 形成一系列的良性运行条件, 以确保系统运行流畅, 并以此为保障, 通过沟通协调精确的信息, 实现高效、精准、自动化、集成化、虚拟化的船舶建造过程和效果, 提高船舶制造的效率和效益。

虽然目前我国已经拥有了一些关于LNG船的建造经验和技术, 但仍需要在高附加值船舶的建造方面继续进步, 正确认识到与世界先进国家的发展差距, 分析其中的产品设计与技术应用原因, 提高船舶建造水准。例如, 可以充分发挥已掌握的技术基础, 在LNG船的建造中, 总体设计方面以船型、船体结构为主, 系统方面以动力、电力等系统的控制和集成为重点, 并且, 充分结合实践, 突破新产品的研发和制造, 提升我国船舶生产的国际竞争力。

结语:伴随着中国在国际政治与经济格局中的重要作用与地位, 我国船舶制造市场会迎来更大的曙光, 当然, 中国的造船业也将面对更大的成长和挑战。我国船舶制造行业要不断发展与创新设计与建造技术, 从软硬件配置与应用方面开展突破, 在已有的建造成果的基础上, 提高设计建造的生产效率与质量, 适应船舶建造行业的科技发展趋势。相信在未来, 我国一定可以以全新的姿态和科技高度参与到世界船舶领域的竞争中。

摘要：近些年来, 船舶设计建造行业的发展较为迅速, 据有关国外资料称, 我国已跃身全球造船大国之列, 进入了船舶发展的黄金时期, 尤其是以自动化技术为基础新技术以及各种新材料应用于船舶设计建造中, 为船舶建造行业不断创新, 成为了以高新技术为支撑的现代化产业。本文以船舶的设计、建造、材料为主要出发点, 对其现状应用和未来发展做出了详细的阐述与展望, 以期对我国船舶设计建造行业的发展提供有价值的参考。

关键词：船舶设计,建造,现状,发展