解析船舶电气智能设计系统关键技术

贺俊华

（中交四航局江门航通船业有限公司，广东江门 529100）

0 引言

当前经济贸易发展迅速，船舶作为重要的交通运输工具之一，对电气设计技术提出了更高要求，不但要求设计者具备较强的专业技能，还要拥有一定的经验与创造性，才能更好的设计出船舶电气智能设计系统，通过充分运用数据识别、故障检索、应力检测等关键技术，推动船舶电气朝着智能化方向发展，促进电气系统设计质量提升，满足行业发展需求。

1 船舶电气智能设计系统的基本要求

在系统设计方案制定期间，应根据系统功能需求，采集和应用相关材料，借助以往设计经验对优质母型船并收后再优化处理，更好地寻找目标图，在资料采集期间找到与当前方案相近的目标图纸，再根据设计图要求，将目标设备或元件电气关系图深入整合与应用。在技术设计研究期间，根据设计方案要求分析系统投入使用后可能存在的影响因素，并提出有效的解决措施；通过方案设计将电气性能标准数据进行确定，统一技术设计形式，在关键技术应用环节可根据体系界面操作，分析优化后的设计方法，确保程序与后期检测相互配合。在方案设计阶段，在关键数据确定后可自动与设计要求、实验推断结果相结合，制定统一协调的发展目标。在方案应用阶段，应遵循数据体系的应用规律，确保计算机绘制结果与设计基本要求相符。在生产设计阶段，应与不同技术手段相结合，将系统设计中蕴含的专业技术整合起来，使最终成果能够有效运用到设计阶段，减少重复性工作[1]。

2 船舶电气智能设计系统的框架构建

在系统设计阶段，应对开发周期与成本投入综合分析，借助第三方软件绘制图形，并在Windows系统支持下实现系统功能。整体结构主要包括操作界面、主要程序、数据中心等内容（图1）。

图1 系统框架

2.1 操作界面

该系统的操作界面包括众多主界面，各主界面下方包含许多子界面，且子界面大多带有特殊功能。上述界面在系统运行中肩负着不同重任，包括创建系统设计所需模型、数据间交换、创建标准化图框与符号等。除此之外，部分界面还具备图纸管理、材料报表总结、设计图绘制等功能，上述均根据系统需求创建而成，各个部分都是系统中不可或缺的内容，通过精准定位与功能划分，使系统运行更加便捷高效。

2.2 主体程序

该系统中许多界面功能是依靠相应程序实现，如若失去程序支持，操作界面的相应功能便无法应用。此类程序不但具有信息整理、绘图、材料表报与各项管理功能，还可协助设计模块运行，并安排了相应接口程序。可见，主体程序在该系统中的地位不容忽视[2]。

2.3 数据中心

该系统设计的全部信息均存储在数据中心，包括图纸、文档等材料。在系统创建时应创建专门的数据信息模块，使应用信息充分整合。在该框架中，包含系统数据库，系统设计中一旦用到某项数据信息或资源，便可从该部分调取或查阅，主要为部件参数、标准符号等等。同时，每个项目拥有各自的数据库，主要作用是存储电气系统与设备相应信息，可见该框架是整个系统的核心所在。

2.4 绘图模块

该系统借鉴Step绘制流程格式，采用自上向下、逐层分割的方式，将船舶全生命周期分为订船、设计与送审、生产与检验、运行维护与拆解等内容，将其绘制成一个图画，再分别绘制各个环节的具体内容，持续分解直到最后一层。在绘图阶段，为确保画面清楚整洁，规定任务包利用方框表示，将约束条件添加在任务包的上方，设计前提位于任务包左侧，可将资源设置在任务包下方，设计结果设置在任务包右侧。

3 船舶电气智能设计系统的技术应用

3.1 数据识别与处理技术

在数据识别技术方面，与船舶管理中参数功能模块相结合，利用数字识别技术进行电气智能设计，由此提高船舶管理效率。在实际设计中，应创建多功能模块，并与模块中参数信息相结合，将图片内容清楚准确的表达出来，实现船舶管理绘图需求。以设计功能模块参数为例，可为电气智能系统模块以图像化方式展示出来，为设计者数据识别提供便利，与原有设计方案相比。例如，在船舶电气设计中，需要对载驳船信息进行修正，船只本身包含信息非常复杂，想要对此类信息充分处理任务量较大，需要船舶信息以更明确的方式体现出来。在数据处理技术方面，该项技术的应用可使船舶整体情况充分展示出来，特别是船舶结构设计方面特征，可使设计更具针对性与适配性。在船舶电气设计中，为提高电气设计有效性，可引入数字化技术，将设计所需的各类信息综合分析，并以数字化形式展示出来，如船体结构、吨位、材料等；然后，将上述信息统一整理归类后存储到数据库，以此作为电气设计的依据。在信息数字化储存方面，设计者可更加客观全面地了解设计对象，满足方案设计的应用需求。数字化信息是在若干信息中提取而成，十分精准明确，可为电气设计提供依据[3]。

3.2 故障检索技术

在船舶长期运行中难免出现系统故障，如若未能及时检修，容易使隐患扩大。在该系统创建中，可在项目设计阶段预测可能存在的故障隐患，并与数据库中的故障发生数据结合，采集故障发生时的线索。通过连锁逆推的方式分析事故发生原因，并对此类原因的操作细节进行分析，在智能系统中以关系树的形式展示逻辑关系，借助上述事件分析，解释最终故障原因与细节。故障树具有直观、逻辑清晰等优势，可应用到各类定量分析作业中，该系统通过故障树图表应用，预测后续可能发生的故障，并提前制定设计管理方案，有助于优化设计，有效控制故障事件发生。

此外，还可借助知识库进行校验与指引。知识库是将船舶设计手册中的规定与设计理念结合起来，根据条款内容与相关参数，在算法支持下存储到数据库中，支持推理程序。以知识库为基础开展指引，在关键设计环节中，在系统设计命令辅助下对产生事件出发与整体设计过程、内容进行推理判定，使知识库中内容在系统中直接体现出来，包括设计方式、校验标准与流程等等。例如，在对馈电回路担负上限持续电流计算时，系统便会出现以下界面。通常送交流电机分电箱馈电回路中持续电流最大值的计算方式：

其中，Ii代表第i台电机额定电流；Imax是最大电机中的额定电流；Is是备用回路容量。校验是指在关键设计参数确定后，在知识库与数据信息基础上，以成本控制为依据，坚持一致性原则进行方案检验，还应对结果与参考数据进行故障判定。同时，还可智能生成材料清单与计算书，针对不同类型生成书的参数模板进行定义，在选取计算方式、填写参数的情况下获取数据，由此自动生成电压降计算书，并创建数字化模型，根据设计需求以智能化形式生成不同材料的报表[4]。

3.3 应力检测技术

该技术可对船舶系统进行刚柔耦合动力学仿真，主要的技术原理是因缸体受力分析只能显示外部受力情况，依靠智能华泰运动可采集船舶内部零件作用应力、变形情况等，对船舶冲击强度进行分析。值得注意的是，因船舶行驶速度较快，柔性体的应用可使刚体反映信息更加明确，使船舶整体运动与受力情况充分体现出来。此外，该项技术对系统的动力学仿真，可弥补以往静力学仿真中单一状态研究的缺陷，使整体运作结果充分展示出来。通过创建力学模型进行动力学仿真，可准确判断设计方案是否与系统强度需求相符合。在电压降计算书生成中，可采用应力检测技术针对电缆相关连续负载电流测算、短路温升、截面测算等进行校验，电压降校验也可借助该项技术完成。

3.4 智能模拟技术

在系统开发中常常综合利用多项技术，通过智能设计方式设计时，应在前期确定好软件开发的各项细节，以写文章的方式设计软件，先将操作阶段可能遇到的问题总结出来，制定软件设计的“大纲”，帮助设计者理清思路，减少操作中的失误。在智能模拟技术应用中应避免“蝴蝶效应”。例如，在某船舶设计中，在初始条件下的细微变化经过一系列演变后便会产生连锁反应，致使整个船舶智能控制陷入瘫痪。对此，在智能模拟设计中应精简软件设计内容，特别是在复杂船舶系统中，可将复杂问题划分为一个个小模块，以精细化处理方式设计模块。通常该项技术应用需要投入一定资本，每年至少进行两次船舶检修。

4 结论

综上所述，在船舶行业与科学技术飞速发展下，船舶电气智能系统创建显得十分必要，该系统可将文档资源、绘图信息与设计标准整合起来，根据输入参数创建报表，充分发挥数据识别与处理技术、故障检索技术、应力检测技术、测绘技术与智能模拟技术的优势，满足船舶产业智能化、功能化发展需求。在未来的发展中，相关企业还应加强对智能化系统设计的研究，使船舶电气设备布设更加合理，并逐渐延伸到其他领域，为产业发展提供不竭动力。