杨阳
天津德赛海洋船舶工程技术有限公司 天津市 300450
摘要：我国目前所拥有和掌握的船舶设计软件只是在设计绘图方面有一定的造诣。但是船舶电气智能设计系统的专业性和复杂程度都比较高，船舶电气智能设计系统同时也是一个协作性要求比较高的设计领域。电气智能设计系统需要通过设计方案确定、模型建设和设备的评价优选等诸多环节。人工操作又存在着精确度不高和误差大的缺点，对设计的质量和效率提高有很大的制约性。鉴于此，文章重点针对船舶电气智能设计系统关键技术研究及原型实现途径进行了分析，以供参考。
关键词：船舶电气；智能设计系统；关键技术；原型实现
1导言
目前国内很多船舶设计软件在电气设计方面只具有绘图功能，而船舶电气系统设计是一个需要多个专业协作的复杂过程，牵涉到很多设计方案的确定、分析模型的建设、每一种设备的评价选优等问题，单靠人工的操作不但消耗很多的时间而且工作精度不高，严重影响设计的效率以及质量。
2船舶电气智能设计系统的整体结构分析
功能需求分析：在设计方案阶段，可以完成对设计资料的科学管理和再设计，关键包含以下三个方面：寻找优质的母型船并吸收优化成为目标船；寻找最接近设计方案的体系图并吸收优化成为目标图；寻找某型号设备的出厂文件或有关电气体系图；技术设计阶段以及生产设计阶段，要完成：用方案设计判断的影响船舶电气性能的关键参数限制技术设计；在各个主要的设计阶段可以在体系运行界面上给出相关设计办法、设计程序、检查规范的指导；在各个主要的设计数据出现时，可以自动对其在安全性、经济性和与设计方案的相同性等方面实施校验并给出清楚的推断效果与参考数据；可以完成对规律性比较强的体系参数化绘图；生产设计阶段可以有效运用技术设计阶段积累的成果，尽量防止反复工作；完成数据的统一以及关联，包含轮机、舾装、总体与电气等每一个专业之间和电气每一个系统、文档之间。船舶电气智能设计系统的整体架构如下图（图1）所示。
图1船舶电气智能系统整体架构设计图
由上图（图1）可知，船舶电气智能系统由资料库、数据库、主程序和操作界面等几个重要的部分组成。资料库，资料库主要是存储设计图纸和设计文档的地方，它可以将设计过程中产生图纸和文档进行有序保存；数据库，数据库由管理和项目两个部分组成。管理系统主要负责对部件参数和符号参数进行管理保存。项目数据库主要是对设计系统的信息和相关设备信息进行保存；主程序，主程序主要是计算书、材料报表的生成系统，在小范围内也可参与项目及图纸的管理，同时还有辅助模块和接口程序。主程序包括的内容比较多，具体内容如下图（图2）所示；操作界面，操作界面由项目管理系统和图纸管理系统两部分组成。主要负责计算书、材料报表、三维模型等模块的生成。电气绘图主要有页面管理和参数绘图等模块界面，计算生成系统主要是负责电力负荷和压降两方面的计算书生成。
图2主程序模块组成示意图
3船舶电气智能设计系统关键技术分析
在船舶电气智能化设计中，数字化信息模型具有非常重要的意义，建立数字化信息模型，对于实现船舶电气智能化，确保智能化系统的顺利运作，减少智能化系统中问题的出现，都具有重要作用，但是如何进行船舶电气智能化设计中数字化信息模型的设计，是我们应该思考的问题。
3.1数字化信息构成
显然，对于船舶电气智能化设计的数字化信息模型来说，信息具有非常重要的意义，信息的构成也是数字化信息模型建立的重要内容。建立数字化信息模型，就必须要做好信息构成，电气信息的构成包括设计流程信息、设计任务信息、电气功能模块信息以及其他专业设计信息等等，这些不同的内容信息集成在一起，形成了数字化信息模型中的信息内容。而数字化信息模型正是通过对这些不同的信息进行交互来实现电气的智能化。
3.2数字化信息集成
船舶电气智能化设计数字化信息模型建立中的信息集成，主要是采取分层和分块的方式来实现的，将船舶电气智能化设计系统中的所有电气信息分为三种不同的模块，主管流程和数据管理交流信息模块、表达船舶电气产品信息的模块和表达设备信息的模块。这三个模块的信息相互进行沟通交流，加工处理，以形成一个总体集成，来实现电气智能化。
主管流程和数据管理交流信息的集成，就是将电气智能化系统中的主管流程信息和数据管理信息进行集成分析，建立管理信息模型，管理信息模型作为电气智能化设计数字化信息模型中的一部分，主要负责的是满足电气智能化的任务，以及在任务结束之后的协同任务。船舶电气智能化设计系统可以通过管理信息模型，对电气的任意任务的控制流程和业务流程来进行管理。
表达船舶电气产品信息的集成，就是根据船舶电气系统中各种产品信息来集成建立产品信息模型，由于船舶电气智能化系统的设计阶段不同，所需要的产品信息也在不断的增加，所以产品信息模型的建立也是逐渐变化的，从最开始的初步设计模型到详细设计模型、生产设计模型、运营维护模型以及最后的退役拆解模型，不同阶段的产品信息模型都起到了不同的作用，它们所承担的任务也有所不同，要根据电气智能化系统设计的具体情况来对这些产品信息进行分类集成。
设备信息集成，就是对船舶建造的各种不同的设备以及设备相关的内容信息来进行集成，建立设备信息模型，在信息模型中具体确定设备的规格型号和信息数值。通过这三个信息模型的总体集成来形成一个完整的数字化信息模型。
3.3参数化办法
在船舶电气设计中，相对常用一点的办法就是查询改正母型船。但是这种办法在寻找过程中需要实施很多的信息处理，本文针对这个特点使用了参数化办法。参数化办法关键是对电气体系图纸使用参数实施量化以及辨别与有关功能模块的叙述。实施参数化的关键因素包括船舶类别、装载、航区、自动化标志、电力推进、主机、主电源与大型机械设备等。参数化模块关键是指叙述体系功能的特点项，包含图面需要表达、绘图需要的每一个方面。
3.4引进人工智能技术
人工智能技术在船舶智能系统设计中有不可或缺的作用。因此，此技术的引进对船舶智能设计系统有重要作用，会创造更大的经济效益。
4原型实现
此次系统设计选择的语言是VisualBasic，在Windows的支持下利用与其实现紧密结合的数据库SQLServer当作原型实现的工具。
4.1设计模块
这个模块主要实现对项目图纸和图纸的相应界面管理，实现设计安排、参数绘图能功能。图纸管理部分主要是对项目、图纸有关参数的设定，也能实现参数的编辑，管理比较便利。在图纸管理方面，其主要是对子系统管理、材料表等方面具备生成功能。这个模块能让图纸图框和相应设备实现数字化，插入图框实现了自动化的功能。在设计布置方面，其也可以将设计的对象实现数字化，也可以让电气功能有关的参数得到数字化的展示，相关的程度选择在第三方软件的辅助下得以实现，对绘图、文字、数据实施处理，利用图标驱动的方式，传播电气图纸也在数字化的形式下开展设计。在这个模块实现的过程之中，为了增强绘图的质量、提升绘图速度，对电气符号进行统一规范。对于参数绘图功能而言，其实现需要包括对最多的对象和相关的表达，也有属性方面的判定，创建相应的参数模型。扎起这个单元绘制之中，设计者能利用图标驱动方式绘图，编辑相应数据，也能使用参数绘图模块，对模型之中的数值进行编写，展示图面内容、数据和相应的格式，就能自主生成目标图，也可实现对数据库的调整，确保整个设计过程顺利完成。
4.2计算书生成模块
这个模块主要包括电压降和电力负荷两个计算书的生成。对电压降计算书的生成而言，其中有电缆相关的连续负载电流的测算、截面测算、短路温升校检，也包括了电压降校检，实际上这个部分每个都可以看成是一个步骤。其中，短路温升之外的其他各个步骤的结果都能被当作最后一步计算的条件，因此这个数值能够计算得出，也能直接键入。
4.3知识管理模块
这个模块主要负责知识学习。想要实现知识学习的目的，可以通过直接录入和资料的自主学习。此系统能在对设计结果进行分析的接触上，对程序自动展开研究，学习相应的格式规则方面的知识，不断拓宽知识面，也能实现对知识的修正。
4．4辅助性的模块
这个模块由另外的软件的数据交换、电气符合的相关设计产生与图纸图框的编制等。对于数据交换而言，其能将系统设计中出现的电气部件。设备等数据添加到相应系统的数据库之中，经过导出最终成为EXCEL数据表格文件，也可以将EXCEL数据表格文件直接存入到系统数据库之中。对于电气设备相关的符号设计而言，参照GB和CB，创建了符合要求的符号库，能满足一般船舶电气设计的需求，但是需要在系统设计的过程中对人性化和设计人员个人偏好等方面的因素进行考虑。在系统之中，存有自主从CAD图形转化的符号，保存位置是符号库。图框除了系统自带，还能根据使用者需求自选。
5未来智能船舶的发展趋势
就船舶而言，市场个体差别性带来市场的定制化要求愈来愈高，需要迅速成规模，这个过程中需要完成数据之间良好的交换分析与挖掘。这就需要把市场的要求以及运营企业的要求、制造企业的要求、设计的工作变成一个协作总体。工业4.0在船舶上的完成是定制和规模化的结合，也是现在和将来的结合，建造新要求的经过中完成新的价值。这些新的价值第一是能够大大加强市场反应能力。以航运企业为例，市场反应能够匹配出最合理的船舶和最适当的航路，适应最合适的输送要求。制造企业能够最适当的船舶满足要求，最合理的补给要求，根据市场的快速反应，完善船舶设计。新价值还会带来运营本钱的降低。没有全球服务的网络，船队走不出国门。而假如在全球分布许多服务网络，又需要很高的成本。但是在大数据的基础上，船上体系实施自动化，完成互联之后能够最大程度把成本降低。船队的运营，油料备品的运用，能够更好地联系在一起。举例来说，例如我们国家的船队到索马里护航，大概有80%的备件原封不动地带回来，由于不知道哪些备件会用到，这对备件的生产企业以及购买企业，都有大量的资金积压。而假如对备件运用状况时时掌握，完成岸基的远程控制，能够大大降低成本。
6结论
总之，在科技时代，传统的船舶已无法满足人们的需求，传统船舶的精密程度和自动化程度都比较低。船舶电气智能设计系统对实现船舶电气设计有重要的意义。随着中国科技的日新月异，计算机技术的迅速发展，国内的船舶电气智能化设计将会进步更大，步入真正的智能化阶段，设计成本和设计周期将大大的缩短。
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论文作者:杨阳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/12
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