侯蕾
天津德赛海洋船舶工程技术有限公司 天津市 300450
摘要：船舶行业作为一个历史悠久的传统制造业，其建造工艺、流程等也一直随着科技的发展而发生变化。近年来，基于电子信息技术高速发展的云计算、大数据等成为引领时代发展的方向标，船舶行业根据自身发展需求，加快了数字化信息模型变革的进程。“智能船舶”、“无人船舶”等概念层出不穷，本文对船舶电气智能设计数字化信息模型做了具体阐述
关键词：船舶电气；智能设计；数字化信息模型
1船舶电气系统与数字控制技术分析
1.1船舶电气系统
船舶电气系统具有复杂性的特征，船舶上的电气系统，是由电源装置、配电装置、电力网、负载构成的，其中电源装置可以指船舶上传统电源，包括蓄电池、发电机等，也可以是太阳能，风力发电机等新型能源。船舶电气系统对对数字控制技术有一定的需求，因为船舶电气系统中的内容，都面临着控制需求，所以采用数字控制技术准确的控制船舶电气系统，规范电气系统的运行过程。数字化信息模型控制技术运用自动化的控制方法，取代传统的人工控制，降低电气控制的困难度。船舶电气系统的控制对象比较多，如果采用人工控制的方法，就会出现风险，引入数字控制技术，促使电气系统根据被控对象的需求，能够及时做出控制反应，关联电气系统中的各项控制对象。例如:船舶电气系统的电源和负载相互连接，构建了内在的连续，数字控制技术根据电气系统的负载特性，把电源分配到照明、应急、动力、低压等模块中，以免出现电源失控的情况。
1.2数字控制技术
数字控制技术在船舶电气系统中，主要是利用数字化信息模型的信息系统控制船舶的电气设备，实时监控船舶电气设备的运行状态，规避潜在的运行风险[2]。船舶电气系统中的数字控制技术分为四个部分，首先是中央处理系统，其为电气系统数字控制的核心，全面处理信息系统输入端、检测端的电气信息，分析各项电气信息的目的，发送到执行部分并控制执行方式，其次就是上述的执行部分，执行部分接收来自中央处理系统的信息，根据信息的要求，控制船舶电气系统的运行，实现了电气系统的自动化，然后是监控部分，信息系统监控船舶电气系统的运行，提高电气系统的安全水平，最后是控制部分，数字控制技术中融入了大量的新技术，以计算机控制为主，自动化控制代替了船舶电气系统中的传统控制方法，实现精密、准确的控制操作，数字控制技术在很大程度上规避了误操作。
2船舶数字化信息模型制造的关键技术
2.1建模仿真技术
如果想要实现数字化信息模型造船技术，就要将先进的科技手段应用在传统的造船技术中。其中，建模仿真技术是非常关键的一项技术，它不但贯穿于船舶的设计、生产方面，对于管理和质量检验也有着重要的指导作用。建模仿真技术就是在计算机上建立仿真模型，实现生产过程的模拟，对于整个生产流程进行有效的评估，从而改进生产设计，提高生产质量，减少生产过程中可能出现的问题，进行资源的优化配置。
船舶的制造是一个系统的复杂工程，涉及到多方面的专业知识。在传统的造船模式下，由于涉及到的专业知识较多，各个环节之间联系紧密，因此作业人员往往只能通过图纸进行工作的协调，无法真正全面地解决问题。而随着信息技术的发展，建模仿真技术可以对于实际的生产系统进行模拟，可以预估可能出现的问题，提前做出应急预案。因此，如果将建模仿真技术与现代造船模式相结合，就可以有效地解决当前船舶企业中存在的一些问题。
建模仿真技术不但为设计者提供了方便科学的计划制定工具，还可以分析比对出最佳的生产计划，使得实际执行的计划更加科学合理，现场的生产部门也可以根据定好的计划来进行改变，制定出更加完善的生产策略。另一方面，实际的现场生产中会出现很多问题，导致实际的生产与计划有一定的偏差，如果利用建模仿真技术，就可以实时地对于生产计划进行调整，弥补问题，保证造船的周期不被延误。
同时，船厂的生产管理往往是出现问题的重要环节。在建模仿真技术的支持下，可以保证生产管理的及时性。全生产流程的仿真不但可以使管理者对于各个环节进行有效的控制，还可以有效地进行资源的配置，保证造船周期。同时，仿真系统还为实际生产提供了大量的数据，涉及各个部门，为各部门之间的协调提供了平台，加强各个部门之间的交流协作。建模仿真技术还可以模拟船厂的布局，进行生产摸拟，优化物流管理，避免资源的浪费。整体来说，建模仿真技术就是可以在计算机上模拟实际的生产过程，不消耗任何的资源但却可以为管理者提供重要的决策依据，提高造船的生产效率。
2.2数据库技术和信息化标准技术
船舶制造业也可以通过建立企业内部的数据库平台，形成企业数字化信息模型的信息共享系统、构造信息化的技术基础。在企业的数据管理平台上，各个环节的管理人员可以实现对于产品生产全周期的监控，为设计和生产提供依据。其中，首先要建立船舶企业的数据库体系，包括框架设计、数据库访问方法和信息安全的保障方法。其次，还要对于产品建立数据库，加强技术研究，包括对于信息对象的分析、信息模型的建立和表达，数据结构以及访问方法等。最后，造船知识智能库也是数据库的重要组成，包括知识的分类和表达方法、访问方法和使用方法等。
随着造船业的快速发展，船舶制造企业的信息化进程也逐渐加快，基本完成了对于设计手段的信息化改造，但是在生产过程和管理方面，由于国内管理体制的不健全，信息化的进程发展较慢，目前大多采取局部管理方法，解决一些独立的业务管理问题。因此，在其中存在着一些问题，设计过程中生成了大量的信息，但是在传递过程中丢失了很大一部分，能够被利用起来的信息资源很少。目前已经建立起的信息新装载着很多的重复信息，形成了资源的浪费。其次，不同企业所使用的信息平台系统不相同，没有建立统一的产品信息模型，因此信息的完整性无法保证。
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2.3船舶虚拟制造技术
目前，我国的造船企业已经开始了虚拟制造系统的研究，建立了虚拟制造研究中心。利用虚拟制造系统，可以在基本的设计环境下建立起数字化信息模型的生产线，构造三维数字模型。利用计算机的可视化技术，将产品的模型投影在计算机的屏幕上，对于整个的生产过程进行虚拟演示，解决生产中可能出现的问题，从而保证计划的可行性。
虚拟制造技术包括以下几个方面:虚拟制造体系以及方针模型的构造，数字化信息模型生产线的控制技术，面向设计制造的虚拟样品船只的制造，船舶制造过程中虚拟仿真技术的研究。其中涉及到多方面的专业知识，包括以下几项关键技术:三维设计模型与虚拟现实系统的接口技术、虚拟加工装配过程仿真技术、物流过程仿真技术、虚拟环境技术。
3船舶电气系统数字控制技术的发展
数字控制技术在船舶电气系统中表现出了自动化、智能化的运行特点，其在未来的发展中，致力于实现网络化与整体控制。数字控制技术的网络化发展，可以利用网络化的条件，集成收集船舶电气系统中的信息数据，数字控制技术网络化发展中引入了自动化技术，全面把控电气系统的运行。整体控制是指在船舶电气系统数字化信息模型控制的过程中，采用综合监控的方法，监督数字控制技术的应用，及时发现船舶电气系统中的不良操作，杜绝发生电气风险，维护船舶电气系统的安全性。数字化信息模型控制技术的未来发展，改进了船舶电气系统，提供了诸多优质的控制方法。
4船舶数字化信息模型对船舶行业的影响
“船舶数字化信息模型”技术已经被证明能够成功应用于包括制造业在内的诸多行业，其在缩短交货日期、改良产品质量、减小运营维护成本等方面的成效有目共睹。对于船舶行业而言，数字化信息模型变革趋势不
（下转第294页）可阻挡，日韩等国已开始研究“船舶自动化”技术在船舶行业的应用。可以预见，在不久的将来，“船舶自动化”技术的运用将会对船舶设计、建造、运营以及检验等各个阶段产生重大影响。
4.1对船舶设计的影响
在船舶设计阶段，可利用数字化信息模型技术对产品进行虚拟设计和组装，通过虚拟的产品数字化信息模型镜像展现产品设计、验证产品设计的合理性，实现“可见即可得”，大大缩短产品从设计到分析的周期，同时避免设计失误造成的返工。
目前，西门子、罗罗等船舶领域企业已经将数字化信息模型技术应用于产品设计。2017年，罗罗公司、挪威科技大学、SINTEF海洋研究组织和DNVGL船级社已经结成合作关系，共同打造一个开放性的数字化信息模型资源平台，用于研发新船。各方将努力将该平台打造成所谓的“数字双胞胎”，成为一艘现实船的数字拷贝。2016年，西门子发布了Simcenter产品组合，Simcenter将仿真和物理测试与智能报告和数据分析技术相结合，以帮助用户创建数字双胞胎，更准确地预测产品开发过程中各阶段的产品性能。
4.2对船舶建造的影响
在制造领域，“船舶数字化信息模型”技术被认为是制造企业迈向工业4.0战略目标的关键技术。利用船舶数字化信息模型技术建立与现实工厂相一致的数字化信息模型工厂模型，为制造企业的生产运营和质量管理提供了端到端的透明化，将车间的自动化设备与产品开发、生产工艺设计及生产和企业管理领域的决策者紧密连接在一起。借助生产过程的全程透明化，决策者可以很容易地发现产品设计与相关制造工艺中需要改进的地方，并进行相应的运营调整，从而使得生产更顺畅，效率更高。同时，生产管理人员可以通过工厂虚拟形象平台远程监控工厂，使管理人员随时随地及时获取生产、质量、订单等各种信息，提高管理响应速度和透明度，促进各部门间的知识共享和协作。此外，工厂船舶自动化还涉及到数字化信息模型服务，通过数字化信息模型服务提高设备利用率、提高设备维保质量、优化能源效率、提高信息服务的速度和质量，从数据中发现潜在价值，实现数据到服务并将数字化信息模型工厂中的大数据变成有意义的信息，使智能决策成为可能。目前，西门子等先进制造企业已经将“船舶数字化信息模型”技术应用于智能工厂的建设。
4.3对船舶运营维护的影响
数字化信息模型技术的应用将为每艘航行于大洋之上的船舶建立一个虚拟的数字模型，通过传感器与远程通信技术的支持，在远离船舶的岸基监控中心就会实时显示船舶的航行与设备数据，并通过数据分析为船舶的航行提供航路优化、故障诊断等服务支持，提升船舶的运营效率、节省维护成本，这也是智能船舶未来发展的蓝图。
4.4对船舶检验的影响
数字化信息模型技术在船舶领域的发展为船舶的远程检验提供了可能。船级社可以通过数字手段远程获取船舶设计的数字模型进行设计的检验认证，也可以远程地获取船舶建造以及运营过程中的数据，监控船舶的建造及运营状态，简化船舶检验发证的过程，提升检验认证效率。
结论：船舶电气系统中的数字控制技术得到了成熟的应用，数字控制技术提高了电气系统运行的稳定性、可靠性，促使电气系统能够严格按照船舶运行的需求执行各项控制命令，降低电气事故的发生机率。数字控制技术具有一定的发展潜力，结合船舶电气系统的运行，提出发展的方向，规划好数字控制技术的发展后，才能确保数字控制技术在船舶电气系统中的高效性，以此来提升船舶电气系统的工作效率和质量。
参考文献:
[1]叶界平.数字控制技术在船舶电气系统中的应用[J].产业与科技论坛，2016，15(15):42-43.
[2]彭仁松.基于DSP的船舶电力系统智能通信电源设计[J].舰船科学技术，2015，37(06):142-145+154.
[3]严成麟.探析数字控制技术在船舶电气系统的应用[J].山东工业技术，2015(11):155.
论文作者:侯蕾
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/16
标签：船舶论文; 电气论文; 模型论文; 系统论文; 技术论文; 信息论文; 仿真技术论文; 《防护工程》2018年第13期论文;