鞠洪芳
天津德赛海洋船舶工程技术有限公司 天津市 300450
摘要：随着经济全球化的发展，国家间贸易往来日益频繁，人们的环保意识渐渐增强，新型船舶的不断问世与旧船更替的速度逐渐加快，以上诸多因素共同推动了全世界造船业的蓬勃发展，船舶的制造与设计需要涉及大量的组织与单位，船舶的营运活动当中涉及的交流与转换也非常庞杂。为了减少船舶电气设计过程中的人为错误，为船舶电气设计和后期施工节省更多的时间，尤其是对于大型的船舶电气设计而言，采用数据对接技术能够有效提升电气设计的准确性， 减轻设计人员的工作量，使整个船舶的电气设计都处在可以掌控的范围内，为船舶设计和制造提供更为准确的设计依据。文章主要探讨数据对接技术在船舶电气设计中的应用，并展望了船舶电气设计的发展趋势，以供相关人员参考借鉴。
关键词：船舶电气设计；数据对接技术；应用
1 船舶电气技术及电气设计
结合十三五计划，预计2018 年到2023 年船舶配套高端领域国产化进程将不断加速，2020年电气设备和自动化系统领域的国产化率有望分别达到50%和25%。再考虑到船舶制造业市场缓慢复苏，市场容量逐步扩大，预计2020年船舶电气与自动化市场容量将分别达到约143.9和125.8亿元，年复合增长率分别为16.7%和26.6%。在船舶电气自动化项目中，自动化技术的应用和落实具有一定的价值和意义。
传统的开展船舶电气设计的过程中，设计师通常是利用CAD绘图工具针对船舶电气系统中的配电、照明、控制等进行电气图纸的设计，而且船舶通风设备、管装设施、轮机以及舾装装备等电气控制也要表现出来，这样可以看出船舶的电气设计的内容包含得非常广泛。
具体来讲包括如下几项的内容：（1）电气设备的信息，在电气设计中需要表现和反映出船舶上所需要的全部的电气设备信息，例如设备名称、设备的类型以及设备的代号等等；（2）电缆的信息，电缆是连接电气设备之间的介质，特别是针对大型轮船设计，其中包括了许多类型的电气设备装备，对这些电气设备进行有效的连接，发挥出电力传输以及信号传输的作用，也是船舶的电气设计的重点内容。经过完善的电缆设计使得船舶在航行过程中实现通信、照明、控制以及导航等功能，提高船舶航海的安全性。在电气设计的过程中，电缆信息不但涵盖电缆的型号、规格以及代号等，还需要标示起始设备的位置以及名称，还有终止设备的位置以及名称，以便可以将不同的电缆配置在不同的位置；（3）电气设备以及电缆使用信息。在开展船舶电气设计的过程中，一方面需要确定电气设备以及电缆的各种信息数据，而且要在电气设计中展现具体设备的数量、安装的位置、安装的具体方法、电缆架设的路径和托架的应用等。
2船舶电气生产设计中需要的详细设计信息
船舶电气详设图纸中包含大量的信息，并不是所有的信息都需要在生产设计中使用。船舶电气生产设计中需要的详设信息主要包括电气设备信息，电缆信息。这些信息的组成及其使用情况如下文所述。
2.1电气设备信息
船舶上需要安装的所有电气设备，包括纯电气设备以及与电气有关的机械设备等。所有电气设备都有其设备名称，并都各自有一个全船唯一的代号来把不同的电气设备区分开来，我们把这个代号叫做电气设备代号。电气设备信息主要包括：电气设备名称，电气设备代号。
2.2电缆信息
船舶上每一套电气设备都不是独立的，一个设备与另一个设备之间通过电缆连接起来，完成电力和信号的传输，保证船舶上照明，通信，导航，推进，控制，安全等设备都能够正常运行，使得远洋船舶能够安全，舒适，高效的在大海中航行。这些电缆信息能否被正确提取并使用，电缆能否正确的敷设到不同设备之间，决定着这些设备能不能最终实现其应有的功能。这些重要的电缆信息包括：电缆代号，电缆型号，电缆规格，起始设备名称及位置，终止设备名称及位置。
2.3电气设备信息及电缆信息的使用
电气设备信息在生产设计中进行输入，就可以准确的确定船上实际需要配置多少设备，设备安装的具体位置是哪里，如何进行安装。在生产设计过程中输入电缆信息我们就可以清楚，船上的各设备如果想要正常的运行，各需要敷设多少数量的电缆，这些电缆具体是哪一种型号，哪一种规格，全船进行电缆敷设和绑扎过程中运用的电缆托架在选择路径和宽度时如何进行确定。在AM12模型中输入电气设备信息以及电缆信息，一般需要各区域的设计人员在构建完成各区域的所有设备模型以后，就自身所属区域的每个设备，逐个的将该设备应当连接的电缆的所有信息在AM12模型之中进行手工输入，这样的过程输入的信息量大，耗费的人力也很多，而且经常会由于人为原因导致数据出现错误，并且不容易被察觉，不便于检验。如果详设信息发生变更，就需要针对生产设计的信息进行全盘核对，而且并无法完全确保核查后的信息足够准确。若存在错误电缆信息的电缆被最后敷设安装在船舶中，将导致设备发生故障，给人员带来伤害等。假如在船舶的电气生产设计建模的过程中，就依据详设图纸，将其中的电气设备和电缆的对应关系进行有效的提取，并转化为生产设计中可以运用的格式，并针对每个设备一次性的将自身需要连接的电缆信都传输到生产设计的模型中，这样不但降低了设计人员的工作压力，节省了设计所耗费的时间，还可以大大的提高数据的准确程度，且利于数据检验和后期的跟踪处理，即使详设信息发生变化也可以进行便捷的解决处理，真正的使设计实现现代化、信息化，最终达到降本增效的目的。
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3电气设备布置图数据生产化方案
3.1方案的提出
以113000DWT的原油轮项目为例，该项目大约有80余个大小系统，十几份不同的布置图，3000余个电气设备，全船按空间位置划分为15个不同区域。由于设备建模相关工作都是由生产设计人员手工完成，在处理这么庞大的多类型数据的过程中容易出现一些由于人为疏忽造成的错误，比如设备代号错误、设备遗漏、设备区域错误、设备位置错误等各种各样的错误。
按照传统设计模式，设计人员在无法明确错误发生的位置和错误类型时，只能手动把所有的图面信息全部重新核查一遍到两遍，针对3000个设备，每个设备找到相应的几份系统图和布置图，核对设备代号、设备区域、设备位置等信息的正确性。相当于所有设计人员额外增加1倍~2倍的工作量，耗费大量的时间。同时由于人的思维惯性，同一个设计人员在不清楚错误点及原因的情况下有很大的几率再次忽略已有的错误。如此，反复的人为检查并不能保证完全排除人为因素造成的错误。另外，校审人员在进行模型和图纸校审时，同样无法简单判断出设计人员建模的准确性，假如校审人员也要把所有的图纸全部逐一检查，耗费大量的工时，按照一般的项目人员配置也是无法满足要求的。
综上所述，纯手工设计模式无法满足现代高节奏高精度要求的船舶设计需要。如果能将布置图中的信息参数化，将AM12模型里的设备信息也提取出来，在同一个平台上进行统一数据处理，以上的问题就能够很好地得以解决。
3.2布置图信息的参数化
要想将电气设备布置图中的信息参数化，首先需要对布置图中的几个重要设备信息进行集成处理。具体来说，需要以每个设备作为数据源，以AutoCAD作为载体媒介，利用AutoCAD的属性块功能，将电气设备代号、电气设备区域代号、电气设备定位位置信息都存储在一个一个的设备信息属性块中。
3.3布置图设备信息的提取
使用AutoCAD自带块属性提取功能，将电气设备信息提取到EXCEL表格中。数据表格中包含了设备代号，所在布置图图号、图名、区域代号、设备定位坐标等信息。其中对于设备定位坐标信息，由于CAD布置图中的坐标系基点难以控制在0，0，0位置，通过在布置图中选取一个基准肋位坐标，然后根据各设备位置与基准肋位坐标的偏差值，计算出每一个设备的实际坐标值。对于肋位信息，由于每个肋位值并不是一个准确的X值，在换算时需要有一个肋位参照，列出每个肋位点对应的X值。
3.4AM12模型中设备信息的提取
（下转第167页）
利用AM12中的数据筛选和提取功能，将电气设备模型按照命名名称特性以及元素类型进行筛选设置。设置好筛选条件之后，点击搜索，得出需要的所有设备，在设备信息选项中添加需要的特性，如设备描述、设备定位坐标等，将搜索结果导出到EXCEL表格中。根据AM12模型中的设备定位坐标，判断设备在模型中的实际所在区域。
3.5布置图与AM12模型中设备信息处理
按照以上处理方法，将布置图和AM12模型中的设备代号、设备区域、设备定位位置分别提取出来存储到数据表格中，可以简单使用EXCEL二次开发程序对两个表格中的设备代号、设备区域、设备定位位置进行差异化对比，通过对比将布置图和AM12模型中的设备信息不对称情况找出来，供详设人员以及各个区域生产设计人员使用，并更正模型或修改布置图。
3.6自动纠错
对于电气设备在详细设计图纸和生产设计模型中的对应关系，由于受生产设计进度影响或设计疏忽的影响，可能出现设备代号不对应，设备区域不对应，或者设备位置偏差太多的问题。将布置图以及AM12模型的数据进行比对分析，总结出错误类型以及处理方法。
4船舶电气设计的发展趋势
船舶机电一体化进程是未来绿色船舶技术发展的必然方向，是船舶机械化、电气化和智能化的发展趋势。随着科学技术的不断发展，船舶应用技术水平也越来越高，更好的技术应用在船舶之上，可以支撑船舶数量发展、安全性进步以及航运利润的增加。
船舶机电一体化充分显示了船舶自动化设计的思维和技术发展方向，从整体方向上来说，目前的一条整船的动力总成主要包括主机、辅机和各种电气设备，目前还包括控制单元。得益于计算机技术和通信技术的变革，船舶机电一体化成为了可能，计算机技术为一体化提供了控制终端，通信技术的发展则使得各种部件通过网络进行数据互通成为可能。机电一体化配合海事领域的高效率、低功耗以及环保性发展，在正确的方向下，可以将智能化的系统、机械控制、机械数据有机的结合起来，推进船舶系统的快速发展。
船舶动力、辅机和电气设备非常复杂，因此在控制终端，用一个管理系统来进行统一的调配和监控，这样做有着重要的现实意义。PLC控制单元可以集成到一个硬件电路中。船舶机械装备的运营状态可以通过matlab仿真进行设置，matlab中的GUI编程技术可以对一体化机械的软件模块进行设计，管理系统的设计需要考虑的指标比较多，首先是功能的完整性，然后是机械部件的系统性，另外还有人机交互特性。系统内部通过传感器、控制器和端口进行硬件传输，传输的数据在后台计算显示到管理系统的交互界面之上，管理系统的设计和应用，为船舶机电一体化操作提供了便捷，驾驶或者管理人员可以方便的机电结合和应用情况进行了解，极大的节省了人力和物力。
5结束语
综上所述，总而言之，船舶的电气设计对于船舶的运行及安全影响重大，所以设计人员需要引起应有的重视。就目前而言，在设计过程中为了能够将船舶电气设计过程全部记录下来就需要应用数据对接技术来对设计图纸和数据进行跟踪处理，从而有效提高船舶电气设计的效率。
参考文献：
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[3]李荣华.关于船舶电气设计的常见问题分析[J].科技风,2018(01):146.
论文作者:鞠洪芳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/12
标签：船舶论文; 设备论文; 电气设备论文; 信息论文; 电缆论文; 电气设计论文; 代号论文; 《防护工程》2018年第13期论文;