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摘要：目前，船舶设计制造业存在的问题越来越多，严重制约了船舶工业的快速发展。船舶设计知识缺乏有效的归纳整理，导致知识和经验的可重用性差。同时，年轻的设计师缺乏对设计规范、设计标准等知识的有效支持，导致设计师在设计产品中花费更多的时间寻找和咨询书籍知识。本文主要分析了知识技术在船舶结构设计中的应用，以供参考。
关键词：船舶；结构设计
1船舶结构设计流程分析
船舶是典型的少数多元化产品。其设计过程是在时间、资金、质量和制造条件的约束下，利用一定的资源，与船东、船级社、船厂等合作，生产船舶产品数据的过程。
1.1结构设计流程
船舶结构设计需要大量的时间，其中一个部件的调整会影响其他部件的调整。在各专业领域的设计中，船体结构设计的工作量最大，已成为影响船舶设计周期的关键因素。在船舶设计过程中，概念设计主要是为了开发新的或特殊的船舶类型。以初步设计为报价，根据同类型或类似的船舶信息评估和性能预测，因此对于船厂设计部门来说，从事生产设计的重点是在功能设计和详细设计阶段。船体设计部设计流程图见图1。利用专有的示意语言和建立模型规则和技术，从外部到内部、从上到下分析分析系统，通过结构化图形描述功能之间的关系，从而可以以系统的方式表达复杂的信息系统，并且系统可以正确操作。.大型船厂设计部门分为初步设计、功能设计、详细设计和生产设计四个阶段。
图1 大型船厂船体设计部门设计流程 IDEFO 图
在初步设计阶段，应根据生产需要确定船舯剖面的主要结构构件，并绘制其他肋的横截面。结果可作为船厂初步报价的依据。在功能设计阶段，应考虑船舶的技术效率和结构强度。在详细设计阶段，考虑到结构构件的组装和加工，设计人员可以在初步设计图中确定每个构件的位置和细节，并绘制详细的结构设计图。进入生产设计阶段，设计人员结合船厂的条件和特点，考虑施工工艺、设备、施工方案、工艺要求和生产管理，在计算机上对造船全过程进行预览，设计并绘制施工图纸以及施工工艺和规程等文件。施工图制作完成后，必须进入规划放样任务。规划放样最重要的部分是套料，即尽量将属性规格相同的构件布置在同一张原材料钢板上。正确的套料可以节省材料和时间，完成排版任务。放样套料人员根据制造设计阶段施工图上构件的性质对构件进行分类整理，然后根据形状、数量、属性等条件输入布置系统。
1.2分析设计流程
由于造船厂不能像汽车制造商那样拥有高产量的装配线，因此大多数造船厂都有清晰的最佳实践和为每一种船舶设计预定义的工作流程。在整个设计过程中，这些信息被捕获并转化为知识，以改进船舶设计过程，逐步形成标准化的船舶设计和建造过程。随着船厂从过去只从事生产制造到现在具有自主开发和设计能力，应随着软硬件的更新和工作性质的变化加以改进。
船舶设计单位积累了大量的设计经验、数据、技术等知识，但缺乏适当的工具来整理这些知识并将其应用于未来的船舶设计，导致设计单位知识资产的流失。面对当前激烈的竞争，除了设计师的积极性和投入外，如果我们能通过积累的经验充分利用整个系统的优势，运用知识工程的方法来保存这些设计方法，整合经验，减少因设计引起的冲突，浪费额外的时间和精力，从而达到更好的效果。在资源方面，我们可以更好地提高设计的质量和竞争力。
从设计和生产过程来看，摩擦学和CATIA系统是大型船厂生产和设计系统的主要组成部分，以三维的方式表示船体部件的形状、厚度、材料等信息。对于设计部门来说，在初步设计阶段，如果能制定出合适的结构设计方案，由于流程的顺畅，可以节省大量的人力和时间对模型进行修改或重新设计，大大提高了船舶结构设计的质量。但船厂的初步设计、制造设计和生产设计阶段之间存在较大差距，给船体设计过程带来了很大的问题。
船舶设计分为四个阶段：初步设计、规划阶段、详细设计和制造设计。虽然规划设计阶段的设计时间总体上比较短，但对船舶成本的影响很大。从详细设计到制造设计阶段的设计时间大大增加，但对成本的影响减小。结果表明，在规划设计阶段，设计人员需要对船舶布置、主机选型和主要性能进行考虑和改进，才能得到初步设计。合理的总体规划。
在船舶设计过程中，除了从船东的需求角度考虑船舶的性能外，还必须考虑船厂自身的生产技术。如果在船舶设计的初始阶段没有详细考虑和完善，设计过程将不顺利，这将导致设计后期在修改上投入更多的资源和时间，增加设计人员的工作量，间接增加船舶的设计周期和成本。
将船体作业在施工设计阶段才开始进行三维模型的型态，提前到功能设计即开始建模，如此不但减少人工重复建置资料的工时、避免人为错误的发生及早建立三维产品模型，能使不同时期进入设计阶段的设计者共同建置并分享相同模型信息，达到真正的协同作业。
2知识工程在船舶协同设计中的应用方案
2.1知识管理系统的基本要求
1）知识内容的可读性。知识库中的知识内容便于计算机阅读。2）本体库的全面性。它必须有一个巨大的领域本体概念库。3）知识概念的正交性。复杂的知识概念应该分解成分散的概念，以便以新的方式重新组合概念。4）知识库的扩展性。可以对知识框架进行调整和定制，以支持知识的不断积累和扩展。5）知识获取的开放性。提供基于标准服务的中性数据格式，提供知识访问服务，可随时随地按需访问。6）应用独立性。知识框架和内容是基于主体知识本身，与知识的应用平台无关。7）知识形式的多样性。它既支持基于文档的非结构化知识，也支持基于规则和基于推理的结构化知识。8）知识领域特征。实际工程知识的组织和知识库的组成部分反映了船舶领域的特点。
2.2船舶协同设计知识服务框架
协同设计知识管理平台是协同设计数字化平台的重要组成部分。通过该平台的构建，主要解决跨工厂和跨系统设计环境中异构设计知识的集成与共享。协同设计中的知识服务框架通过对产品统一知识模型的描述，整合了文档、算法、模型、规则和经验等不同类型的设计知识，并利用知识工程技术和决策支持技术对其进行了正式封装，为企业提供了一种新的设计知识体系。用于基于计算机的自动化设计。通过构建协同决策支持平台，可以为分布在不同区域的协同团队成员提供适当的设计决策支持。
结语
总之，随着船舶制造业的激烈竞争，除了应用合适的计算机辅助工具，借助于知识工程技术尽可能的萃取多年积累下的知识与经验，充分利用积累下来的大量的设计数据，保留优秀的设计经验，减少设计以及生产过程中，返工所造成的时间、人力与物料的浪费。
参考文献：
[1]战翌婷.船舶数字化设计软件平台关键技术研究[D].大连：大连理工大学，2010.
[2]刘寅东，苏绍娟.船舶并行协同设计环境及关键技术[J].大连海事大学学报，2011（01）：25-28，31.
论文作者:胡向忠
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/27
标签：知识论文; 船舶论文; 船厂论文; 阶段论文; 船体论文; 结构设计论文; 船舶设计论文; 《防护工程》2019年第6期论文;