张小光 李 高 刘东锋
（1.中国社会科学院研究生院，中国 北京 102488；2.中船第九设计研究院工程有限公司，中国 上海 200063）
0 引言
船舶是一项多专业、跨学科的系统工程产品，其设备、系统众多，复杂程度高。随着科技的不断创新和发展，以计算机技术、网络通信技术、软件技术、数据库技术、仿真技术等为代表的数字化技术已经广泛地应用于船舶设计、制造、维修、保障等全生命周期过程，逐渐改变着传统的船舶设计与制造模式，对提高设计水平、改善建造质量、降低研制成本和风险、增强竞争能力、缩短设计及建造周期具有重要意义。
船舶设计是产品生命周期中的第一个环节，也是最重要的环节。工程研究与实践表明：整个产品生命周期约80%的费用是由产品设计阶段的工作所决定，本身所需费用则不到3%。而船舶数字化设计在改变设计人员工作时的设计手段的同时，还改变着设计人员的思维模式。
1 船舶数字化设计现状
世界上发达国家在船舶数字化设计技术的应用方面起步较早，在设计中已经广泛采用数字化的理念。美国从20世纪80年代开始，已经经历了两个大的发展阶段，第一阶段从20世纪80年代初到90年代中期，以DDG51项目最具代表性，全面采用三维设计技术。第二阶段从20世纪90年代中期到现在，以LPD17项目最具代表性，实现了各种应用技术的集成，建立了集成产品数据环境（IPDE）,取得了显着可观的经济效益和社会效益。
数字化技术作为先进设计制造技术的基础核心，国内船舶行业也非常重视，从20世纪90年代开始，以三维设计技术为代表的数字化技术在船舶设计过程中得到较为广泛的应用。三维数字化建模为基础的数字样船技术也得到逐步发展,已达到几何样船的水平。在自主研发方面，沪东造船厂牵头研制了三维设计系统SPD3，611所牵头研制了三维设计系统SB3DS。基于虚拟样船的仿真分析、性能评估、虚拟维修及制造等方面的研究工作也已逐步展开。
2 船舶数字化设计存在的差距
与世界造船发达国家相比，船舶数字化设计还存在着一定的差距。具体体现在：
（1）三维设计技术得到普遍应用，但在设计前期阶段，二维设计图纸还是定义产品设计的唯一手段。
（2）虚拟设计、HIS、人机工程仿真等前沿技术在船舶设计过程中应用的广度和深度还有待加强。
（3）产品数据管理仍然以二维图文档管理为主，三维模型管理尚处起步阶段，单个三维零件数据管理还未实现。
（4）设计中应用到大量国内外船舶设计CAD、CAE、PDM软件，各软件使用相互独立，形成信息孤岛，没有形成统一集成平台。
（5）设计所和船厂没有形成统一的设计、制造数据传递标准，厂所协同程度低，存在大量重复劳动。
3 船舶数字化设计应用前景和发展趋势
船舶数字化设计应用的发展具有集成化、网络化、虚拟化、智能化的特征。针对存在的差距，参考国内外其他行业数字化设计的成功经验，船舶数字化设计的技术发展趋势主要体现在：
（1）设计全过程数字化。数字化设计工具研发的重点由过去服务于详细设计和生产设计阶段，逐步向概念设计和初步设计阶段转移。实现产品从市场需求开始直至产品报废的全生命周期各个环节数字化。
（2）全面应用基于人机工程的虚拟设计，帮助设计人员在详细设计阶段，测试和验证各种设备是否便于操作和维修，各种工作空间是否满足要求，在建造前就可最大程度的避免可能出现的布置、操作空间以及维修空间等问题，减少返工。
（3）深化并行协同设计技术，加强面向制造的设计技术 DFP(Design for production)的应用，优化与制造相关的设计流程，在设计过程中就考虑制造因素，加强系统集成和业务过程协同，打通设计所和船厂之间的数据传递，消除信息孤岛，逐步实现设计制造一体化，降低研制成本和缩短周期。
（4）构建综合集成设计平台，全面考虑CAD、CAE、CAM以及维修等信息系统的需求，在基于共同产品数据模型的基础上，实现产品全寿命期不同阶段信息系统集成，这是船舶数字化设计重要发展方向之一。美国是这一路线积极的倡导者和实践者，已完成第一步“船舶产品数据模型的定义”，正在开展第二步“设计出一套可行的产品数据描述方法”。
4 总结
随着大数据时代信息技术的快速发展，数字化设计技术在船舶设计中的应用将越来越广泛，能有效推动船舶由传统经验设计向预测设计/仿真设计发展，提升创新设计能力，提高知识和数据重用率，减少重复劳动，必将推动数字化设计技术在船舶行业的广泛应用，缩短与世界造船发达国家的差距，提高船舶研制水平。
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