解析船舶電氣智能設計系統關鍵技術

賀俊華

（中交四航局江門航通船業有限公司，廣東江門 529100）

0 引言

當前經濟貿易發展迅速，船舶作為重要的交通運輸工具之一，對電氣設計技術提出了更高要求，不但要求設計者具備較強的專業技能，還要擁有一定的經驗與創造性，才能更好的設計出船舶電氣智能設計系統，通過充分運用數據識別、故障檢索、應力檢測等關鍵技術，推動船舶電氣朝著智能化方向發展，促進電氣系統設計質量提升，滿足行業發展需求。

1 船舶電氣智能設計系統的基本要求

在系統設計方案制定期間，應根據系統功能需求，采集和應用相關材料，借助以往設計經驗對優質母型船并收后再優化處理，更好地尋找目標圖，在資料采集期間找到與當前方案相近的目標圖紙，再根據設計圖要求，將目標設備或元件電氣關系圖深入整合與應用。在技術設計研究期間，根據設計方案要求分析系統投入使用后可能存在的影響因素，并提出有效的解決措施；通過方案設計將電氣性能標準數據進行確定，統一技術設計形式，在關鍵技術應用環節可根據體系界面操作，分析優化后的設計方法，確保程序與后期檢測相互配合。在方案設計階段，在關鍵數據確定后可自動與設計要求、實驗推斷結果相結合，制定統一協調的發展目標。在方案應用階段，應遵循數據體系的應用規律，確保計算機繪制結果與設計基本要求相符。在生產設計階段，應與不同技術手段相結合，將系統設計中蘊含的專業技術整合起來，使最終成果能夠有效運用到設計階段，減少重復性工作[1]。

2 船舶電氣智能設計系統的框架構建

在系統設計階段，應對開發周期與成本投入綜合分析，借助第三方軟件繪制圖形，并在Windows系統支持下實現系統功能。整體結構主要包括操作界面、主要程序、數據中心等內容（圖1）。

圖1 系統框架

2.1 操作界面

該系統的操作界面包括眾多主界面，各主界面下方包含許多子界面，且子界面大多帶有特殊功能。上述界面在系統運行中肩負著不同重任，包括創建系統設計所需模型、數據間交換、創建標準化圖框與符號等。除此之外，部分界面還具備圖紙管理、材料報表總結、設計圖繪制等功能，上述均根據系統需求創建而成，各個部分都是系統中不可或缺的內容，通過精準定位與功能劃分，使系統運行更加便捷高效。

2.2 主體程序

該系統中許多界面功能是依靠相應程序實現，如若失去程序支持，操作界面的相應功能便無法應用。此類程序不但具有信息整理、繪圖、材料表報與各項管理功能，還可協助設計模塊運行，并安排了相應接口程序。可見，主體程序在該系統中的地位不容忽視[2]。

2.3 數據中心

該系統設計的全部信息均存儲在數據中心，包括圖紙、文檔等材料。在系統創建時應創建專門的數據信息模塊，使應用信息充分整合。在該框架中，包含系統數據庫，系統設計中一旦用到某項數據信息或資源，便可從該部分調取或查閱，主要為部件參數、標準符號等等。同時，每個項目擁有各自的數據庫，主要作用是存儲電氣系統與設備相應信息，可見該框架是整個系統的核心所在。

2.4 繪圖模塊

該系統借鑒Step繪制流程格式，采用自上向下、逐層分割的方式，將船舶全生命周期分為訂船、設計與送審、生產與檢驗、運行維護與拆解等內容，將其繪制成一個圖畫，再分別繪制各個環節的具體內容，持續分解直到最后一層。在繪圖階段，為確保畫面清楚整潔，規定任務包利用方框表示，將約束條件添加在任務包的上方，設計前提位于任務包左側，可將資源設置在任務包下方，設計結果設置在任務包右側。

3 船舶電氣智能設計系統的技術應用

3.1 數據識別與處理技術

在數據識別技術方面，與船舶管理中參數功能模塊相結合，利用數字識別技術進行電氣智能設計，由此提高船舶管理效率。在實際設計中，應創建多功能模塊，并與模塊中參數信息相結合，將圖片內容清楚準確的表達出來，實現船舶管理繪圖需求。以設計功能模塊參數為例，可為電氣智能系統模塊以圖像化方式展示出來，為設計者數據識別提供便利，與原有設計方案相比。例如，在船舶電氣設計中，需要對載駁船信息進行修正，船只本身包含信息非常復雜，想要對此類信息充分處理任務量較大，需要船舶信息以更明確的方式體現出來。在數據處理技術方面，該項技術的應用可使船舶整體情況充分展示出來，特別是船舶結構設計方面特征，可使設計更具針對性與適配性。在船舶電氣設計中，為提高電氣設計有效性，可引入數字化技術，將設計所需的各類信息綜合分析，并以數字化形式展示出來，如船體結構、噸位、材料等；然后，將上述信息統一整理歸類后存儲到數據庫，以此作為電氣設計的依據。在信息數字化儲存方面，設計者可更加客觀全面地了解設計對象，滿足方案設計的應用需求。數字化信息是在若干信息中提取而成，十分精準明確，可為電氣設計提供依據[3]。

3.2 故障檢索技術

在船舶長期運行中難免出現系統故障，如若未能及時檢修，容易使隱患擴大。在該系統創建中，可在項目設計階段預測可能存在的故障隱患，并與數據庫中的故障發生數據結合，采集故障發生時的線索。通過連鎖逆推的方式分析事故發生原因，并對此類原因的操作細節進行分析，在智能系統中以關系樹的形式展示邏輯關系，借助上述事件分析，解釋最終故障原因與細節。故障樹具有直觀、邏輯清晰等優勢，可應用到各類定量分析作業中，該系統通過故障樹圖表應用，預測后續可能發生的故障，并提前制定設計管理方案，有助于優化設計，有效控制故障事件發生。

此外，還可借助知識庫進行校驗與指引。知識庫是將船舶設計手冊中的規定與設計理念結合起來，根據條款內容與相關參數，在算法支持下存儲到數據庫中，支持推理程序。以知識庫為基礎開展指引，在關鍵設計環節中，在系統設計命令輔助下對產生事件出發與整體設計過程、內容進行推理判定，使知識庫中內容在系統中直接體現出來，包括設計方式、校驗標準與流程等等。例如，在對饋電回路擔負上限持續電流計算時，系統便會出現以下界面。通常送交流電機分電箱饋電回路中持續電流最大值的計算方式：

其中，Ii代表第i臺電機額定電流；Imax是最大電機中的額定電流；Is是備用回路容量。校驗是指在關鍵設計參數確定后，在知識庫與數據信息基礎上，以成本控制為依據，堅持一致性原則進行方案檢驗，還應對結果與參考數據進行故障判定。同時，還可智能生成材料清單與計算書，針對不同類型生成書的參數模板進行定義，在選取計算方式、填寫參數的情況下獲取數據，由此自動生成電壓降計算書，并創建數字化模型，根據設計需求以智能化形式生成不同材料的報表[4]。

3.3 應力檢測技術

該技術可對船舶系統進行剛柔耦合動力學仿真，主要的技術原理是因缸體受力分析只能顯示外部受力情況，依靠智能華泰運動可采集船舶內部零件作用應力、變形情況等，對船舶沖擊強度進行分析。值得注意的是，因船舶行駛速度較快，柔性體的應用可使剛體反映信息更加明確，使船舶整體運動與受力情況充分體現出來。此外，該項技術對系統的動力學仿真，可彌補以往靜力學仿真中單一狀態研究的缺陷，使整體運作結果充分展示出來。通過創建力學模型進行動力學仿真，可準確判斷設計方案是否與系統強度需求相符合。在電壓降計算書生成中，可采用應力檢測技術針對電纜相關連續負載電流測算、短路溫升、截面測算等進行校驗，電壓降校驗也可借助該項技術完成。

3.4 智能模擬技術

在系統開發中常常綜合利用多項技術，通過智能設計方式設計時，應在前期確定好軟件開發的各項細節，以寫文章的方式設計軟件，先將操作階段可能遇到的問題總結出來，制定軟件設計的“大綱”，幫助設計者理清思路，減少操作中的失誤。在智能模擬技術應用中應避免“蝴蝶效應”。例如，在某船舶設計中，在初始條件下的細微變化經過一系列演變后便會產生連鎖反應，致使整個船舶智能控制陷入癱瘓。對此，在智能模擬設計中應精簡軟件設計內容，特別是在復雜船舶系統中，可將復雜問題劃分為一個個小模塊，以精細化處理方式設計模塊。通常該項技術應用需要投入一定資本，每年至少進行兩次船舶檢修。

4 結論

綜上所述，在船舶行業與科學技術飛速發展下，船舶電氣智能系統創建顯得十分必要，該系統可將文檔資源、繪圖信息與設計標準整合起來，根據輸入參數創建報表，充分發揮數據識別與處理技術、故障檢索技術、應力檢測技術、測繪技術與智能模擬技術的優勢，滿足船舶產業智能化、功能化發展需求。在未來的發展中，相關企業還應加強對智能化系統設計的研究，使船舶電氣設備布設更加合理，并逐漸延伸到其他領域，為產業發展提供不竭動力。