陳 軍 張 濤

（海軍工程大學船舶與動力學院 武漢 430033）

艦船動力裝置數(shù)字化設計研究*

陳 軍 張 濤

（海軍工程大學船舶與動力學院 武漢 430033）

針對傳統(tǒng)艦船動力裝置設計中存在的問題，文章在充分研究當前國內外數(shù)字化造船技術發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，提出開展艦船動力裝置數(shù)字化設計研究，研究構建了艦船動力裝置數(shù)字化設計系統(tǒng)的體系結構，主要包括底層平臺、集成管理環(huán)境、虛擬樣機及仿真支持環(huán)境、協(xié)同設計軟件支持環(huán)境及Web門戶等模塊，并對系統(tǒng)所涉及的硬件支撐平臺技術、現(xiàn)代設計工具／平臺支持技術、數(shù)字化設計系統(tǒng)支撐環(huán)境的研制、協(xié)同設計／應用軟件平臺的研究與開發(fā)、數(shù)字化設計標準和規(guī)范等關鍵技術進行了深入研究。通過該文的研究，將從系統(tǒng)層次上為艦船動力裝置設計的數(shù)字化提供指導，同時也能為數(shù)字化造船技術的發(fā)展提供參考。

艦船動力裝置；數(shù)字化設計；數(shù)字化造船

Class NumberU664．1

1 引言

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭對作戰(zhàn)平臺先進性要求的不斷提高，動力裝置的復雜程度也不斷的增加，如柴燃聯(lián)合、柴柴并車、噴水推進、綜合全電力推進等新型動力裝置開始應用或進行預先研究，從總體看，這些新型裝置所需的技術在國內尚處于初步應用或探索的階段，因而所需要的投入也相應增加，因此采取各種措施來提高動力裝置的效費比以適應未來戰(zhàn)爭所需的巨大科技投入是當前迫切需要解決的問題。而提高動力裝置的效費比涉及多個方面的因素，如設計、建造、維護、訓練等，其中最直接、最重要的就是提高動力系統(tǒng)的設計水平和設計質量［1］，以實現(xiàn)縮短設計建造時間、降低費用，促進艦船動力裝置綜合性能水平的提升。

1．1 設計過程缺乏現(xiàn)代設計理論方法的支持

艦船動力裝置的設計過程在多個任務環(huán)節(jié)（如方案設計）對設計者的經驗依賴較大，缺乏現(xiàn)代設計理論及方法的支持，因此設計者的經驗對設計質量往往產生較大的影響，設計質量往往受限于設計者的經驗和個人偏好，從而成為制約設計質量提高的因素。

1．2 設計過程缺乏現(xiàn)代設計工具的支持

隨著CAD／CAE技術的發(fā)展，動力裝置在設計的局部階段開始引入CAD／CAE技術，對設計過程起到了較好地支持作用。在虛擬現(xiàn)實、虛擬樣機技術的發(fā)展下，各種全面支持制造業(yè)各領域的先進工具不斷推出，在制造業(yè)的其他領域已經得到了廣泛的應用，而動力裝置設計過程還只是將處于計算機輔助工具應用的初級階段，比如在施工設計中，通常需要在車間內按照一定的比例建造機艙的模型，要求技術人員和工人能在這個模型中安裝或者拆卸同樣比例制成的每個設備、管路、電纜等模型，用以檢驗是否一切都合理，否則進行修改，直到滿足要求為止。

1．3 信息化水平較低

動力裝置的設計過程牽涉到大量的數(shù)據(jù)、圖紙、文件、計算書，傳統(tǒng)的設計過程雖然局部已經脫離了紙質圖紙，但在審批等過程主要還是依靠紙質圖紙的方式；設計過程的信息管理混亂，特別是涉及到的部門較多，各部門各自負責自身的相關資料數(shù)據(jù)，缺乏從全局的角度對資料的管理，造成查閱檢索困難；信息管理權限混亂，而設計信息多為涉密內容，因此造成較大的安全隱患。

1．4 缺乏網絡化協(xié)同設計的支持

動力裝置的設計過程涉及到多個階段、多個部門，而傳統(tǒng)的設計過程中的各部門之間相關問題的協(xié)調解決主要還是依靠專家會等形式解決，這種方式不僅費用較高，而且容易造成效率低下。計算機網絡技術的發(fā)展已經能夠為動力裝置的設計過程提供較好的支持，因此采用計算機網絡技術和并行設計技術將能較好地解決設計過程中各階段、各部門之間的協(xié)同問題。

1．5 設計的范疇過于狹隘

傳統(tǒng)動力裝置的設計過程限定在狹義的設計階段，而隨著虛擬樣機技術等現(xiàn)代技術的應用，現(xiàn)代設計的概念已經不僅僅局限于傳統(tǒng)的設計范疇，在現(xiàn)代工具的支持下，設計的范疇可以延伸到制造階段、使用階段和維護階段，從而在設計階段實現(xiàn)對動力裝置生命周期各個階段的支持。

可見，動力裝置設計的理念、理論支持、工具、方法、手段已經受到現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的挑戰(zhàn)，當前數(shù)字化技術等現(xiàn)代化技術在制造業(yè)其他領域已經引起巨大的變革，而動力裝置的設計在設計理念、工具、方法和手段上滯后于現(xiàn)代科技的發(fā)展水平。本文針對當前動力裝置設計中存在的問題，在充分吸收當前國內外數(shù)字化造船先進理念和技術的基礎上，研究艦船動力裝置數(shù)字化設計的總體框架和關鍵技術，為艦船動力裝置設計水平的提高提供科學支撐，同時也為國內數(shù)字化造船的發(fā)展提供一定的參考。

2 國內外研究現(xiàn)狀

2．1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

世界造船中心在20世紀50年代開始從歐洲轉向日本，70年代轉向韓國。日本用10年的時間超過歐洲發(fā)展成為世界第一造船大國，而韓國在1999年超過日本成為世界第一造船大國。從軍船制造的角度來看，美國一直是軍船制造最強大的國家。在美國、日本、韓國的先進造船企業(yè)中，長期以來一直致力于先進設計、制造、管理理念在生產管理實踐中的廣泛應用和推廣工作［2～6］。綜合分析相關文獻，國外造船行業(yè)的發(fā)展的主要特點如下：

1）設計理念與方法不斷突破創(chuàng)新

隨著現(xiàn)代設計理念方法和計算機技術的不斷發(fā)展，國外造船界積極吸收制造業(yè)其他領域的先進設計思想和理念，研究適合船舶制造領域的設計理論及方法，如：數(shù)字化設計（Digital Design）、計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacture System）、并行設計（Concurrent Engineering）等，這些先進設計理念和方法的應用對推動船舶制造業(yè)的發(fā)展起到了重要的作用。比較有代表性的有［7～11］：日本從20世紀80年代開始實施CIMS技術，目前大型船廠技術已實用化，在使用CIMS技術使用后，節(jié)省人工約50%，縮短工期20%；自20世紀90年代中后期開始，韓國造船業(yè)重點加強“軟件”投入，通過研究應用CIMS技術，全面實施現(xiàn)代造船體制，取得了顯著成果，如韓國大宇船廠于1991年實施CIMS后，年造船縮短約500萬工時，船舶建造周期縮短3．5個月；法國DCN作為歐洲最大的軍船供應商，全部采用艦船數(shù)字化設計技術，實現(xiàn)了各船廠間的數(shù)據(jù)共享和產品全壽命周期管理，提供了一整套產品協(xié)同設計制造解決方案，極大地提高了設計效率；美國紐波特紐斯造船廠和通用動力公司在“海狼”級、“弗吉尼亞”級核潛艇項目的研制過程中，全面采用數(shù)字化設計技術，使核潛艇的成本大幅降低，有效地提高了該型號的綜合性能。

2）設計工具不斷強化

現(xiàn)代設計制造方法需要相應的設計工具的支持，國外造船強國十分重視設計工具的開發(fā)和應用［12～13］。在專業(yè)船舶設計軟件方面，具有代表性的有瑞典的Tribon、美國的CADDSS、西班牙的Foran等，這些船舶專業(yè)軟件在國外的造船企業(yè)得到了廣泛的應用；在通用軟件方面，如CAD／CAE／CAM軟件CATIA和 UG等、CAE軟件 Ansys和Nastran等，這些軟件有針對船舶設計的模塊或者能夠在船舶設計中的某個階段得到應用，因此也被廣泛地應用到船舶設計中。這些設計工具的開發(fā)和使用為更新設計理念、提高設計質量提供了強大的支持。

3）信息化程度不斷提升

船舶產品結構復雜，涉及各行各業(yè)配套企業(yè)達上千家之多，零、部件達數(shù)百萬件以上，生產組織機構龐大，協(xié)調困難，很難達到計劃的精確管理。先進造船國家一直非常重視船舶領域的信息化建設，歐盟已明確將造船業(yè)列為“最適宜于信息技術應用的理想領域”，并積極開展信息技術的推廣應用，效果顯著；日本、韓國等的先進船廠也已在其生產、經營、管理中廣泛應用信息技術，大大提高了造船效率。比較有代表性的有［14～15］：韓國八所大學及專業(yè)公司于2002年共同成立聯(lián)合研究協(xié)會，致力研究將船舶生產信息和數(shù)字化技術相結合有效改進造船生產過程，通過該系統(tǒng)將造船與信息技術融合一體；日本造船協(xié)會及七大造船集團于1998年進行船舶企業(yè)的信息化研究，嘗試通過網絡將七大造船集團的CIMS連接起來，通過信息共享推進企業(yè)間的協(xié)同合作，為實現(xiàn)虛擬造船奠定一定的基礎；歐盟于1999年開始通過建立企業(yè)間的網絡信息化系統(tǒng)，推動造船虛擬企業(yè)的建立；全美六大造船公司于2000年開始研究采用能夠交互的一致性定義的設計、建造過程控制方法，初步建立基于信息技術的虛擬造船企業(yè)。

4）管理手段的現(xiàn)代化

現(xiàn)代設計方法的采用、現(xiàn)代設計工具的支持以及信息化的全面實施對船舶企業(yè)的管理提出了更高的要求，國外先進造船企業(yè)及軍方十分重視船舶設計、建造過程的管理上的改革，主要包括采辦過程的改革、企業(yè)業(yè)務流程重組、組織管理機構調整、管理模式轉變、生產組織管理及質量管理等方面［16～17］。美國海軍部門是最早支持基于仿真的設計（SBA，Simulation Based Design）思想與采辦相結合的部門，對美國國防部高級研究項目署（DARPA，Defense Advanced Research Projects Agency）提出的基于仿真的設計給予了大力支持，并要求在未來艦艇制造中大量采用建模仿真技術。當前美國海軍項目中部分應用SBA思想的有：LPD-17運輸艦、DD21驅逐艦、先進兩棲戰(zhàn)車。另外美國的ASE（Advanced Shipbuilding Enterprise，先進造船企業(yè)）項目對船廠的人力資源管理、機構改革等方面分別進行了特定的項目研究，取得了明顯效果。

5）全面支持網絡協(xié)同設計

船舶設計過程分多階段進行，方案設計、技術設計、施工設計；涉及到多個專業(yè)，總體、結構、輪機、電氣等；需要多方參與，船東、設計所、船級社、船廠、設備廠等。隨著計算機網絡技術的發(fā)展，國外先進造船企業(yè)充分利用網絡技術，構建時間上的多階段、結構上的多專業(yè)、空間上的多部門網絡協(xié)同設計平臺［18］，如美國的國家造船研究項目實現(xiàn)了主要船廠的網絡協(xié)同工作等。

2．2 國內發(fā)展現(xiàn)狀

我國造船工業(yè)從20世紀70年代開始采用CAD技術使造船生產效率和加工質量有了較大地提高；80年代后期，船舶工業(yè)統(tǒng)一組織開發(fā)了CASIS、CADIS和 MIS等造船造機系統(tǒng)，有力促進了船舶企業(yè)的信息化進程；90年代中后期，中國造船企業(yè)根據(jù)自身的條件，相繼引進了具有先進建摸技術的國外三維CAD／CAM系統(tǒng)，如瑞典的TRIBON，美國的CADDSS、法國的CATIA等，并對引進的軟件進行了大量消化吸收工作；進入21世紀之后，各骨干船廠及研究所在引進國外先進設計軟件的同時，積極進行與船廠實際相結合的二次開發(fā)工作，同時積極進行自主開發(fā)的研究［19～21］。滬東中華造船集團把“數(shù)字造船、綠色造船”作為企業(yè)發(fā)展的基本方針，在多年CAD／CAM／CIM開發(fā)應用及引進瑞典Tribon系統(tǒng)的基礎上，以自我研發(fā)為主，建立了企業(yè)信息化系統(tǒng)，正在繼續(xù)開發(fā)后續(xù)模塊HDSCMIS；滬東中華造船集團于2005年開發(fā)具有我國自主知識產權的船舶產品設計（Shipping Product Design，SPD）系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于OpenGL開發(fā)具有自主知識產權的三維CAD圖形平臺，已在國內數(shù)十余家船廠應用；外高橋造船自2004年引進韓國HANA公司的ADES系統(tǒng)和CIMS系統(tǒng)以來，完成了集成技術和系統(tǒng)平臺研究；江南造船于1995年引進Tribon軟件后，現(xiàn)已徹底實現(xiàn)從二維繪圖模式到三維設計的轉變，到2006年為止，Tribon軟件各個模塊主要應用于船體、舾裝的設計，完成了CADDS5到Tribon模型數(shù)據(jù)的部分轉換研究；廣船國際已在使用一套由前國家經貿委支持開發(fā)的GSI-SCIMS一期系統(tǒng)，目前正在實施以SPDM為核心的GSI-SCIMS二期系統(tǒng)。另外中船重工集團七院、海軍工程大學也針對船舶現(xiàn)代化設計、制造進行了大量的研究，如708所開展的船舶CAE信息鏈研究等。

從總體上來看，我國造船業(yè)與國外先進造船企業(yè)還是存在著較大的差距，我國專家曾經以國際通用的68個要素、340項標準評估我國骨干船廠，發(fā)現(xiàn)我國與世界先進水平的綜合差距為15年，其中組織與管理體制的差距為18年，信息技術應用方面的差距為19年［23］。對于動力裝置設計而言，所面臨的問題是相同的，即動力裝置作為艦船的重要分系統(tǒng)，同時自身又包含眾多分系統(tǒng)，其設計水平和艦船整體的設計水平是相輔相成的，相互之間是一個共同提高的過程，因此開展艦船動力裝置的數(shù)字化設計及其關鍵技術研究，不僅能夠為動力裝置設計水平的提高奠定一定的基礎，同時也能為艦船總體設計的數(shù)字化提供一定的參考。

3 數(shù)字化設計總體框架研究

艦船動力裝置設計是一項非常龐大而又復雜的系統(tǒng)工程，是多個專業(yè)子系統(tǒng)綜合和協(xié)調的結果，具有多階段、周期長、多專業(yè)、多部門、系統(tǒng)性強等特點。為了有效縮短設計周期、提高設計質量、加快設計進程、降低研制成本，突破傳統(tǒng)設計手段和方法的限制，有效的方法是建立以數(shù)字化為核心的現(xiàn)代艦船動力裝置設計模式，該模式以網絡為平臺，以Web技術為支撐，以并行理念為核心，以虛擬樣機和仿真技術為基礎，以信息化技術為手段，實現(xiàn)對艦船動力裝置生命周期各個階段的支持。通過深入分析研究現(xiàn)代設計理論、理念、工具和技術手段，針對艦船動力裝置生命周期的特點，本文研究建立了如圖1所示的艦船動力裝置數(shù)字化設計系統(tǒng)構架，該系統(tǒng)在一個開放的、分布式的網絡環(huán)境下，廣泛采用網絡技術、數(shù)據(jù)庫技術、仿真技術、虛擬樣機和虛擬現(xiàn)實技術，實現(xiàn)多團隊、多領域、多專業(yè)信息系統(tǒng)之間的交互與協(xié)作，以支持并行、協(xié)同的艦船數(shù)字化設計。系統(tǒng)共分為五個部分：底層平臺、集成管理環(huán)境、虛擬樣機及仿真支持環(huán)境、協(xié)同設計軟件支持環(huán)境及Web門戶。

圖1 艦船動力裝置數(shù)字化設計系統(tǒng)構架

3．1 數(shù)字化設計系統(tǒng)底層平臺

艦船動力裝置數(shù)字化設計支撐平臺為一個支持多個時間上分離、空間上分布，而工作又相互依賴的多專業(yè)、多部門成員之間協(xié)同工作的網絡、通信、數(shù)據(jù)庫與計算機平臺系統(tǒng)。主要包括：計算機和基礎網絡、操作系統(tǒng)和保密系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、Web服務器、應用服務器和即時通訊服務器。艦船動力裝置數(shù)字化設計底層平臺開發(fā)是艦船動力裝置數(shù)字化設計工作順利開展的前提和保證。

3．2 集成控制管理環(huán)境

當前由于缺乏科學的數(shù)據(jù)管理手段，動力裝置在設計過程中由CAD產生的電子文檔無法作為設計依據(jù)，數(shù)據(jù)的技術狀態(tài)得不到很好控制，各種數(shù)據(jù)又急劇膨脹，無法實現(xiàn)實時、動態(tài)的過程管理與質量控制，經常出現(xiàn)數(shù)據(jù)文件傳遞滯后、信息一致性和數(shù)據(jù)的安全性無法保證、文件檢索和管理困難等問題。艦船動力裝置數(shù)字化設計數(shù)據(jù)集成控制管理環(huán)境管理所有與艦船動力裝置設計過程相關的信息和所有相關過程（包括過程定義和管理），對分布于各類系統(tǒng)和介質中的有關動力裝置設備及部件數(shù)據(jù)信息和應用實行集成管理，保證信息的完整性、規(guī)范化以及研制管理制度科學化，實現(xiàn)動力裝置設計數(shù)據(jù)的高度集中、協(xié)調、共享，實現(xiàn)各專業(yè)設計人員的并行協(xié)同工作。同時，集成控制和管理模塊還為時間上分離的各個階段以及空間上分離的各個部分提供協(xié)同工作交流的平臺。艦船動力裝置數(shù)字化設計集成控制管理化境主要包括：需求分析管理、文檔管理、流程管理、項目管理、權限管理、產品可視化配置管理及協(xié)同工具等，是艦船動力裝置數(shù)字化設計的核心。

3．3 數(shù)字化設計虛擬樣機及仿真支持環(huán)境

艦船動力裝置設計包括主動力裝置設計、機艙設計、管路設計、動力裝置自動化設計、電站及自動化系統(tǒng)設計、輔助系統(tǒng)設計等多個方面的工作。如何有效地提高設計水平、設計質量、設計效率，在設計過程中對設計結果進行實時有效的評估與控制，在動力裝置設計過程中顯得尤為重要。而虛擬樣機及仿真技術對解決這類問題提供了有效的手段。艦船動力裝置數(shù)字化設計虛擬樣機及仿真技術是以計算機技術、仿真技術、虛擬樣機技術和虛擬現(xiàn)實技術為支持，對艦船動力裝置設計全過程進行仿真支持，實現(xiàn)艦船動力裝置三維CAD設計結果在虛擬系統(tǒng)中的動態(tài)再現(xiàn)和漫游性檢查，發(fā)現(xiàn)總體布局的不合理性，并進行修正；通過系統(tǒng)仿真的手段對動力裝置的匹配性能、穩(wěn)態(tài)動態(tài)性能及設備或部件的結構特性進行仿真分析，為設計提供依據(jù)；虛擬現(xiàn)實技術的交互性、沉浸感、自主性，使設計者能夠方便、直觀地對設計結構進行瀏覽與展示，提供了進行布置合理性檢查、虛擬安裝、設計方案的驗證等，多種有效的設計手段和評估手段，增加設計的可靠性，通過虛擬樣機、性能仿真及虛擬現(xiàn)實的方式對總體設計方案進行評估、優(yōu)化，用以驗證設計的正確性和可行性，保證設計結果在開始生產建造前的合理性檢驗。虛擬樣機及仿真環(huán)境是艦船動力裝置數(shù)字化設計系統(tǒng)的支撐手段。

3．4 數(shù)字化設計系統(tǒng)協(xié)同設計軟件環(huán)境

數(shù)字化協(xié)同設計軟件環(huán)境的建立是依據(jù)并行設計理念，采用網絡協(xié)同的方式，全面利用虛擬樣機及仿真技術，采用基于計算機軟件平臺，實現(xiàn)對方案論證、技術設計、施工設計、制造、使用、維修等各個階段提供支持。協(xié)同設計軟件環(huán)境的特點是“集成”與“并行”。所謂“集成”是指在信息集成的基礎上，對設計過程進行優(yōu)化和重組，實現(xiàn)過程的集成；所謂“并行”是指在同一時刻內可進行更多的設計活動，設計過程并行開展，有效地消除了由于串行過程而引起的部門分割、人員分散及信息交換障礙，在提供設計質量的同時，大大減少整個設計過程的時間。

3．5 數(shù)字化設計系統(tǒng)Web門戶

艦船動力裝置數(shù)字化設計系統(tǒng)Web門戶為艦船動力裝置數(shù)字化設計平臺中所涉及到的船東、設計所、船廠、設備制造商等提供交互界面，其中所呈現(xiàn)的內容和信息組織形式與艦船動力裝置數(shù)字化設計內容密切相關。各部門通過網絡連接，實現(xiàn)信息的共享、工作過程的交互等內容。

4 關鍵技術研究

4．1 硬件支撐平臺技術

為了適應艦船動力裝置數(shù)字化設計過程信息量大、傳遞處理速度快、數(shù)據(jù)庫復雜、各設計階段模型建立修改顯示響應速度快、安全保密要求高等特點，需要基礎網絡設備、各類工作站、各類服務器等計算機硬件平臺的支持，因此需要建設具有高性能工作站、高速網絡、綜合通信接口、大型計算機、可視化和虛擬現(xiàn)實設備等數(shù)字化設計硬件支持環(huán)境。計算機網絡用于連接單位和各部門，實現(xiàn)協(xié)同工作、信息共享、遠程協(xié)助，且各單位和各部門之間采用廣域網和部門內部之間局域網，圖形或計算工作站以及服務器用于支持虛擬樣機建模、各類仿真分析、數(shù)值計算及可視化環(huán)境建模等。圖2為數(shù)字化設計系統(tǒng)的硬件支撐平臺的結構圖。在建設硬件設備環(huán)境的過程中，應注重整體的規(guī)劃和選型工作，確保各單位能夠在該硬件環(huán)境中能夠安全、穩(wěn)定、暢通的進行各種信息交互和協(xié)同工作。

圖2 艦船動力裝置數(shù)字化設計系統(tǒng)硬件支撐平臺

4．2 現(xiàn)代設計工具／平臺支持技術

隨著計算機技術的發(fā)展，各種先進的設計工具／平臺相繼出現(xiàn)，為艦船動力裝置的設計提供了支撐的軟件平臺。如各種CAX軟件、VR軟件、仿真軟件、QFD軟件等。虛擬樣機技術是近年來在產品開發(fā)的CAX和DFX等技術的基礎上發(fā)展起來的，虛擬樣機技術的研究和應用，改變了傳統(tǒng)的設計理念，使產品的開發(fā)由傳統(tǒng)的“設計－樣機制造－試驗分析”模式走向了“設計－虛擬樣機－樣機仿真”新模式，這對于設計創(chuàng)新，改進設計質量，縮短開發(fā)周期，降低產品成本，具有重要的意義；仿真作為一種技術手段為艦船動力裝置的設計提供了強有力的支持，如動力裝置的性能分析、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)特性分析、控制參數(shù)與控制規(guī)律的研究以及艦船的機動性能、適航性能分析等。應用虛擬樣機技術和仿真技術能夠將設計的觸角延伸到傳統(tǒng)設計無法到達的領域乃至到動力生命周期的各個階段，為各個階段提供更為直觀、合理的判據(jù)，提高設計的質量。

4．3 數(shù)字化設計系統(tǒng)支撐環(huán)境的研制

艦船動力裝置數(shù)字化設計系統(tǒng)面向空間上分布的各個部門（使用方、設計所、船廠等）、時間上分布的各個階段（需求分析階段、方案設計階段、技術設計階段、施工設計階段、生產制造階段、試驗試航階段、使用維護階段等），是時間上并行、空間上協(xié)同的設計系統(tǒng)，因此，需要一個系統(tǒng)支撐環(huán)境實現(xiàn)空間上異地分布的各部門之間的協(xié)同、時間上分散的艦船動力裝置生命周期各個階段的并行，這部分內容也是動力裝置數(shù)字化設計系統(tǒng)的核心功能模塊。傳統(tǒng)的基于局域網的協(xié)同設計環(huán)境在應用的廣度和滿足動力裝置設計的現(xiàn)實需求方面已經遠遠不能滿足要求，而現(xiàn)代Web技術的發(fā)展將為艦船動力裝置數(shù)字化設計系統(tǒng)支撐環(huán)境的開發(fā)提供實現(xiàn)的平臺。

4．4 協(xié)同設計／應用軟件平臺的研究與開發(fā)

目前對動力裝置的各個系統(tǒng)和生命周期的各個階段尚缺少專門的設計／應用軟件，因此不可避免帶來的問題是對設計者經驗的過分依賴，對設計質量產生較大的影響。艦船動力裝置數(shù)字化設計系統(tǒng)需要針對動力裝置各個分系統(tǒng)、各個階段的設計／應用軟件，如針對各個分系統(tǒng)的設計軟件，包括主動力裝置設計軟件、軸系設計軟件、機艙設計軟件、管路設計軟件、電站設計軟件、自動化系統(tǒng)設計軟件及輔助系統(tǒng)設計軟件；針對各個階段的應用軟件，如需求分析軟件、方案論證軟件、技術設計軟件、施工設計軟件、生產制造支持管理軟件、使用管理軟件及維修支持軟件；動力裝置各性能指標計算軟件，包括航速性計算軟件、動力性能計算軟件、生命力計算軟件等。而且這些軟件需要在分布式環(huán)境下實現(xiàn)協(xié)同工作，因此需要做好統(tǒng)一的頂層規(guī)劃，為各類設計軟件制定統(tǒng)一的規(guī)范和標準，以便實現(xiàn)與系統(tǒng)支撐環(huán)境的集成。

4．5 數(shù)字化設計標準和規(guī)范

因此，艦船動力裝置數(shù)字化設計系統(tǒng)的關鍵問題之一就是對龐大的設計、制造、管理、使用等信息的采集、管理和有效的利用，建立起動力裝置性能、結構、產品標準、規(guī)范等工程數(shù)據(jù)庫及資源數(shù)據(jù)庫，將離散在設計、建造、使用管理部門的大量有用信息收集起來，將隱性知識轉化為顯性知識，對相關數(shù)據(jù)進行匯集分類、審查、配置、變更管理和提供安全保證等。目前，由于缺乏統(tǒng)一的接口標準、編碼標準和數(shù)據(jù)格式標準，設計所與總裝廠之間、總體所與設備所之間，設備所與設備制造廠之間，甚至是同一單位的不同部門之間，產品模型數(shù)據(jù)和圖紙數(shù)據(jù)的交換和傳遞存在很大的障礙。因此，必須在各單位為適應本單位數(shù)字化設計建造需要而編制的代碼、符號、接口、格式數(shù)字化定義等各種標準的基礎上，集中梳理、制定一批行業(yè)級的基礎標準以標準化的手段統(tǒng)一基本信息單元、數(shù)字化模型、接口要求。確保各方之間在代碼、符號、接口格式、數(shù)字化定義等方面的統(tǒng)一和產品模型數(shù)據(jù)、圖紙數(shù)據(jù)等的高效傳遞和共享。同時，船舶行業(yè)協(xié)會和集團公司應積極參與國際合作，參與有關國際組織船舶行業(yè)標準的制定完善工作，從中吸取有益的經驗，促進艦船動力裝置數(shù)字化設計標準和規(guī)范的制定。

5 結語

本文在深入分析艦船動力裝置傳統(tǒng)設計方法存在的問題的基礎上，針對艦船動力裝置設計的任務和特點，結合國內外數(shù)字化造船技術發(fā)展現(xiàn)狀，對艦船動力裝置數(shù)字化設計框架及其關鍵技術進行了系統(tǒng)深入的研究，該框架針對艦船動力裝置數(shù)字化設計具有較好的適用性和較強前瞻性，能夠為動力裝置設計的數(shù)字化工作的開展提供系統(tǒng)的指導，同時考慮到動力裝置作為艦船的重要子系統(tǒng)及其自身的復雜性，本文的研究成果也能為艦船總體數(shù)字化設計提供一定的參考，因此具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的應用前景。

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Research on Digital Design of the Marine Power Plant

CHEN Jun ZHANG Tao
（Naval Architecture and Power Eng．College，Naval Univ．of Engineering，Wuhan 430033）

Based on the analysis of the problems in the traditional design process of the marine power plant and the development of the digital shipbuilding technology both here and abroad，research on digital design of the marine power plant was proposed in the paper．Firstly，the architecture of the digital design system of the marine power plant was studied which include supporting platform，the integrated management environment，the virtual prototyping and simulation environment，the collaborative design software and the web portal and other module．Furthermore，the related key technology which include the hardware support platform technology，the modern design tool／platform technology，the supporting platform for the digital design system，the development of the collaborative design software and the standards and the criterion for the digital design system were studied．In general，the research in the paper would provide instruction in system hierarchy for the digitalization of the design of the marine power plant，which could be used as a reference for the development of the digital shipbuilding technology．

marine power plant，digital design，digital shipbuilding

U664．1

2012年6月1日，

2012年7月10日

陳軍，男，博士研究生，講師，研究方向：計算機圖形學、動力裝置設計工作。張濤，男，碩士，講師，研究方向：計算機圖形學、虛擬現(xiàn)實研究。