我國船流電池建造技術(shù)的發(fā)展與展望

我國船流電池建造技術(shù)的發(fā)展與展望

1造船業(yè)已成為我國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的依托隨著船舶設(shè)計和施工技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是近年來以自動化為代表的高科技以及各種新工藝新材料的廣泛應(yīng)用，造船技術(shù)在整合和高科技的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展。現(xiàn)代船業(yè)已發(fā)展成為一項現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)，在信息技術(shù)的支持下成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)。中國造船業(yè)近年發(fā)展迅速,據(jù)國外有關(guān)資料稱去年接獲船舶訂單達700萬修正總噸,以單一國家計算已超越日本,晉身全球第二大造船國,步入了自身發(fā)展的黃金時期。造船業(yè)的興起,帶動了一系列的產(chǎn)業(yè),成為我國國民經(jīng)濟增長的推動力量?，F(xiàn)從船舶設(shè)計技術(shù)、建造技術(shù)及所使用的材料技術(shù)三個方面,對船舶設(shè)計建造技術(shù)作一闡述和展望。2船舶行車性能預(yù)報技術(shù)設(shè)計是現(xiàn)代船舶工業(yè)發(fā)展的前提和關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；A(chǔ)性的研究工作,涉及船舶水動力性能及船舶結(jié)構(gòu)性能技術(shù),主要包括船舶航行性能預(yù)報和優(yōu)化設(shè)計技術(shù)。這些技術(shù)是確保船型具有優(yōu)秀的航行性能和結(jié)構(gòu)性能的保障,是船舶設(shè)計的熱點和新船開發(fā)的關(guān)鍵著眼點。隨著船舶不斷向大型化、復(fù)雜化方向發(fā)展,利用先進的計算機技術(shù),提高設(shè)計水平,縮短設(shè)計周期,設(shè)計出經(jīng)濟、高附加值的船舶,已相當(dāng)普及。2.1船舶維修通用軟件目前,國際上常用的船舶設(shè)計軟件有如下幾種。2.1.1分析和建造軟件Formsys由澳大利亞FormationDesignSystems公司開發(fā),是一套非常完整的船舶設(shè)計、分析和建造軟件,包括船舶阻力及有效功率計算模塊、復(fù)雜曲面設(shè)計、耐波性設(shè)計、航行狀態(tài)模擬及分析、船舶設(shè)計整合的資料庫、船體線型設(shè)計光順、船舶水動力學(xué)性能(螺旋槳和機槳匹配)設(shè)計、數(shù)據(jù)交換模塊等模塊。在全球各種船舶設(shè)計和建造領(lǐng)域應(yīng)用非常普遍,澳大利亞、中國、日本、德國、荷蘭、新加坡、美國等國家有1000多所船舶設(shè)計和建造用戶。2.1.2計算機軟件設(shè)計Tribon系統(tǒng)是由瑞典KCS(KockumsComputerSystemAB)公司設(shè)計開發(fā)的用于輔助船舶設(shè)計與建造的計算機軟件集成系統(tǒng)。Tribon是集CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計與制造)與MIS(信息集成)于一體,并覆蓋了船體、管子、電纜、艙室、涂裝等各個專業(yè)的一個專家系統(tǒng)?？傮w上Tribon系統(tǒng)可分為船體設(shè)計、舾裝設(shè)計、系統(tǒng)管理及維護三大部分,Tribon版本還在不斷發(fā)展之中,許多新的功能,如設(shè)備選擇、合同設(shè)計等方面也在不斷推出。2.1.3napa公司的軟件接口NAPA公司在船舶設(shè)計軟件中采用3D技術(shù),并在船舶初步設(shè)計和基本設(shè)計階段提出了3DNAPA船舶模型的概念,這一概念已得到廣泛認同。軟件特點是可在較短時間內(nèi)完成結(jié)構(gòu)初步設(shè)計和重量、成本計算,生成可供送審的技術(shù)文件和圖樣,可根據(jù)需要生成結(jié)構(gòu)有限元計算所需的網(wǎng)格模型。NAPA于2003年1月發(fā)布的版本中具有的最新的功能之一是提供了許多軟件與NAPASteel之間的接口,如TribonHull和Nupas-Cadma-tic,以及其他一些典型的經(jīng)常使用的船舶設(shè)計系統(tǒng)。其中與Tribon之間的接口可以實現(xiàn)曲線的轉(zhuǎn)換、表面的轉(zhuǎn)換、圖的轉(zhuǎn)換等功能。2.1.4船舶管理子系統(tǒng)設(shè)計CADDS5i是PTC公司針對船舶、航空、航天行業(yè)推出的產(chǎn)品,占世界船舶設(shè)計市場15%的份額。該軟件主要包括船體、管系、舾裝、電力、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)等幾大模塊。船體模塊主要進行船體結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計,可輸入輸出全部船體制造所需的數(shù)據(jù);管系模塊則提供了管系設(shè)計和制造所需的工具,如3D管系布置;電力模塊提供船舶電氣系統(tǒng)開發(fā)的工具,包括3D電纜通道網(wǎng)絡(luò)、3D布線圖以及電纜通道支撐結(jié)構(gòu);空調(diào)通風(fēng)模塊提供的工具支持開發(fā)大型HVAC(熱力、通風(fēng)與空調(diào))系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)的能力,并可輸出制造數(shù)據(jù);選擇船舶系統(tǒng)的設(shè)備和電纜庫,用戶可以創(chuàng)建示意圖。國內(nèi)有部分船廠在使用NAPA軟件進行詳細設(shè)計,使用Tribon做生產(chǎn)設(shè)計,而CADDS5i易與他們數(shù)據(jù)互通。2.1.5國內(nèi)船際設(shè)計軟件現(xiàn)狀及存在問題此外,常用的船舶設(shè)計軟件還有:挪威DNV公司的Nauticus、德國勞氏船級社的Poseidon、美國的Cadkey產(chǎn)品等。國內(nèi)各大船廠在設(shè)計時通常采用上述一些船舶設(shè)計軟件。國外設(shè)計軟件的引入,提高了我國艦船設(shè)計的效率,但與真正滿足艦船設(shè)計、制造要求差距甚大,更重要的是國外軟件開放性差,難于實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)和管理信息的集成,國內(nèi)船廠在使用這些軟件時需要進行二次開發(fā)。進入21世紀(jì),我國造船CAD/CAM軟件急起直追,在掌握了三維建模技術(shù)后,開發(fā)出了多個以三維建模技術(shù)為核心的船舶設(shè)計軟件產(chǎn)品,如船舶制造三維設(shè)計系統(tǒng)SB3DS從2002年開始推廣應(yīng)用,其中的船體結(jié)構(gòu)快速背景生成,管系、通風(fēng)(螺旋風(fēng)管、方風(fēng)管)及支架的三維設(shè)計模塊,電纜生產(chǎn)設(shè)計模塊,設(shè)備三維建模及布置和鐵舾裝三維設(shè)計模塊已經(jīng)成熟,系統(tǒng)在實用、易用、開放、靈活、快速、高效方面達到或超過了國內(nèi)外同類軟件的先進水平。但從總體上來說,國內(nèi)軟件的設(shè)計技術(shù)與世界水平差距較大,在技術(shù)上存在的問題主要有:船舶設(shè)計自頂向下的全過程集成尚未實現(xiàn),設(shè)計信息轉(zhuǎn)移主要使用二維圖紙,制造廠做三維建模時需要重新輸入詳細設(shè)計的信息,工作量很大;現(xiàn)有系統(tǒng)的集成度差,國內(nèi)在CAD/CAM方面開發(fā)的多項應(yīng)用系統(tǒng),其中一些單項的研究開發(fā)水平并不比國外水平差,但從系統(tǒng)的集成性、完整性、管理思想的先進性方面來看,還存在著較大差距;系統(tǒng)架構(gòu)的整體性考慮尚欠缺協(xié)同與柔性應(yīng)對能力。管理缺乏協(xié)調(diào)、資金投入不足等問題,也使軟件不能有效應(yīng)用,開發(fā)進程緩慢。2.2船際鋼是否發(fā)達,全球制造以船舶為主要動力船舶建造和運行的特點,要求船舶鋼材要有足夠的強度、韌性和良好的可焊性。常規(guī)船舶如散貨船、油船、集裝箱船和雜貨船船體的建造采用船用結(jié)構(gòu)鋼材(包括型材、鑄鋼件、鍛鋼件等),建造工藝技術(shù)已趨成熟。隨著我國造船工業(yè)的發(fā)展,一些船用特種鋼材,如含稀土耐蝕B級碳素鋼、低合金高強度鋼和低溫鋼、低磁鋼開發(fā)并投放市場,滿足不斷增長的船舶工業(yè)需要。但在超大型油船、浮式生產(chǎn)儲油船、超巴拿馬型集裝箱船、液化天然氣船建造方面,外國船東在國內(nèi)船廠訂造的船舶,較少采用國內(nèi)生產(chǎn)的鋼材,大部分依賴進口,主要來自日本和西歐一些國家,大大地降低了生產(chǎn)利潤。而液化天然氣船的主要材料殷鋼,目前國內(nèi)還沒有一家企業(yè)能夠提供,全部需要進口。2.3分段建造技術(shù)船舶產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜,船舶的建造涉及各個不同專業(yè)、不同的建造單位、不同的配套企業(yè)。零、部件達數(shù)百萬件以上,按傳統(tǒng)的打造船體、鋪管道、裝甲板等步驟,造船周期長、效率低、組織協(xié)調(diào)困難。采用分段建造,模塊總裝技術(shù)生產(chǎn)效率高,對建造精度要求也高。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,以集成制造和數(shù)據(jù)傳遞為特征的數(shù)字化造船技術(shù)應(yīng)運而生,成為現(xiàn)代造船技術(shù)的核心和基礎(chǔ),而高技術(shù)含量船的建造技術(shù),成為一個國家船舶建造能力的體現(xiàn)。2.3.1數(shù)字化建造技術(shù)所謂數(shù)字化造船,是以造船過程的知識融合為基礎(chǔ),以數(shù)字化建模仿真與優(yōu)化為特征,將信息技術(shù)、先進的數(shù)字化制造技術(shù)、先進造船技術(shù)和現(xiàn)代造船模式,綜合應(yīng)用于船舶產(chǎn)品的設(shè)計、制造、測試與試驗、管理和維護全生命周期的各階段和各方面。從推行CAD/CAPP/CAM/CAE/PDM(船舶數(shù)據(jù)管理),到數(shù)字化樣船技術(shù)、虛擬仿真設(shè)計和制造技術(shù)、異地協(xié)同設(shè)計技術(shù)等智能化設(shè)計技術(shù),通過船舶產(chǎn)品全數(shù)字化模型的建立,生成滿足現(xiàn)代造船模式所需的精確制造信息、精確管理基礎(chǔ)信息,應(yīng)用模塊化建造技術(shù)、精益建造技術(shù)、虛擬建造和裝配技術(shù)以及協(xié)同制造技術(shù),按中間產(chǎn)品組織專業(yè)化生產(chǎn)原則,實現(xiàn)船舶殼、舾、涂一體化制造,達到有效控制造船周期、質(zhì)量和成本。世界造船強國從CAX開始,逐步由實施CIMS、應(yīng)用敏捷制造技術(shù)向組建“虛擬企業(yè)”方向發(fā)展,形成船舶產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計、建造、驗收、使用、維護于一體的船舶產(chǎn)品全壽命周期的數(shù)字化支持系統(tǒng)。這些年來,美國一直是軍船制造最強大的國家,韓國和日本船舶產(chǎn)量高達世界市場份額的70%左右,世界造船強國加大“數(shù)字造船”投入力度,以保持市場壟斷地位。我國骨干造船企業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面初具規(guī)模,計算機輔助設(shè)計制造與生產(chǎn)管理的軟硬件平臺初步建立,使我國船舶產(chǎn)品制造能力和水平得到較大的提升,但“數(shù)字化造船”技術(shù)水平仍與國際先進水平有較大差距,在新一輪的發(fā)展中,所面臨的最大威脅將可能不再是造船生產(chǎn)能力的短缺,而是體現(xiàn)船舶建造核心技術(shù)的綜合素質(zhì)和整體效率的提高。2.3.2u集裝箱船的建造技術(shù)我國高附加值船舶建造技術(shù)取得明顯進展,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了優(yōu)化升級。我國實現(xiàn)了30萬噸級超大型油船(VLCC)、5668箱大型集裝箱船的建造,并成為繼韓國、日本、丹麥之后少數(shù)幾個能建造8000TEU集裝箱船的國家;特別是LNG船的開發(fā)建造,標(biāo)志我國已成功進入世界造船尖端技術(shù)領(lǐng)域,填補我國在這一行業(yè)的空白。LNG船建造技術(shù),主要有超大型分段精度建造技術(shù)、總組和船塢總裝技術(shù)、船體焊接技術(shù)、新型動力裝置安裝及實驗技術(shù)等。還有專用工裝的設(shè)計,如液貨艙圍護系統(tǒng)殷瓦安裝模板及工具、檢驗超低溫閥門的壓力檢測設(shè)備、泵塔制造的專用工具裝備等。絕緣箱是LNG船貨物圍護系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,每艘船需要5300多只箱子,1100多種不同類型,每個箱子精度必須控制在0.5mm公差范圍內(nèi)。3船船設(shè)計與施工技術(shù)的總結(jié)船舶設(shè)計與建造技術(shù)是密不可分的整體,每一環(huán)節(jié)的發(fā)展或滯后都會促進或制約其他方面的發(fā)展。3.1生產(chǎn)模式和軟件功能的一體化國內(nèi)軟件企業(yè)要加快以三維建模技術(shù)為核心的艦船設(shè)計信息一體化軟件產(chǎn)品的開發(fā)。軟件應(yīng)能提供一套完整的,數(shù)據(jù)自上而下全過程集成、共享的,符合當(dāng)今國內(nèi)船舶制造先進生產(chǎn)模式的,內(nèi)容覆蓋船舶初步設(shè)計、詳細設(shè)計、生產(chǎn)設(shè)計的CAD/CAM集成系統(tǒng)。其次,軟件功能的一體化、模塊化,要求造船達到殼舾涂一體化和設(shè)計、生產(chǎn)、管理一體化的同時,設(shè)計方面的模塊,要求集成下料、成本預(yù)算等各功能。拓撲關(guān)系的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計,是船體結(jié)構(gòu)三維設(shè)計系統(tǒng)研究開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一,要求考慮船體構(gòu)件相互之間的物理和邏輯關(guān)系,設(shè)計關(guān)系型數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),當(dāng)數(shù)據(jù)庫中某些船體結(jié)構(gòu)零件被修改或刪除時,與之相關(guān)的結(jié)構(gòu)零件便能自動更新或刪除,或直接進行零件的拆分。3.2復(fù)雜船舶影響船結(jié)構(gòu)在21世紀(jì)之初,船舶品種將繼續(xù)呈現(xiàn)多樣化、復(fù)雜化趨勢。集裝箱船的大量建造,將使常規(guī)雜貨船和冷藏船訂造減少;清潔能源如天然氣和石油氣應(yīng)用擴大,增大了液化氣船需求;運輸汽車的發(fā)展,增加了高速滾裝船、車客渡船的建造。世界船舶仍然以原油船、成品油船、散貨船、雜貨船和集裝箱船為主,液化石油氣船、液化天然氣船、化學(xué)品船、冷藏冷凍船、滾裝船、客船、客貨船等各類復(fù)雜船占少數(shù)。我國的目標(biāo)是,建造超大型油船(VLCC)、浮式生產(chǎn)儲油船(FPSO)、超巴拿馬型集裝箱船、液化天然氣船(LNG船)及毫華客船,它們代表著當(dāng)前的世界船舶和海洋工程高附加值、高技術(shù)船舶水平。因此,寬長鋼板、大型材、抗腐蝕性能良好的不銹鋼、細晶粒的低溫鋼、碳當(dāng)量低焊接性能好高強度鋼等,是船舶建造的迫切需要。3.3構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)平臺在船舶建造核心技術(shù)方面,我國要在常規(guī)船建造訂單上增加利潤,必須積極吸收國外先進技術(shù),加強開發(fā),以提升數(shù)字化船舶建造技術(shù)作為突破口,建立自己的造船軟件產(chǎn)業(yè)。首先,須制定出符合船舶企業(yè)實際,以及發(fā)展需求的船舶建造數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系,包括信息編碼的標(biāo)準(zhǔn)化;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表達、存取方法的標(biāo)準(zhǔn)化;建立相應(yīng)的基礎(chǔ)性和通用性的數(shù)據(jù)庫、知識庫和模型庫;建立和研究船舶信息集成和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和平臺,以及一個通暢、穩(wěn)定、安全的網(wǎng)絡(luò)通信平臺基礎(chǔ)信息的屬性描述和信息結(jié)構(gòu),如物料基本信息、物料清單(BOM)信息、工藝路線和生產(chǎn)能力基本信息、托盤/分段信息等;業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化組合和信息交換接口的標(biāo)準(zhǔn)化;船舶產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理(PDM)和數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。其次,構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺、信息存儲和信息交換的基礎(chǔ)平臺,以及系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)平臺,開展集成技術(shù)、協(xié)同技術(shù)、供應(yīng)鏈技術(shù)等基礎(chǔ)技術(shù)的研究;異構(gòu)平臺下信息交換技術(shù)的研究,建立高效的系統(tǒng)開發(fā)和運行的環(huán)境。在此基礎(chǔ)上,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中與分布相結(jié)合的數(shù)據(jù)操控體系,各專業(yè)、各企業(yè)的工作協(xié)同,關(guān)聯(lián)企業(yè)間供應(yīng)鏈順暢,企業(yè)內(nèi)物流、資金流精確受控,從而實現(xiàn)敏捷、精益、自動化和虛擬化建造船舶,以此大幅度提升生產(chǎn)效率和降低成本。在高附加值船舶建造技術(shù)方面,盡管目前國內(nèi)