关键词船舶电气化;智能设计;数字化;信息模型
中图分类号：U665文献标识码：A文章编号：1671-7597（2014）21-0053-01
船舶电气设计是高学科交叉性的复杂设计过程，无论从设计方案的确定，还是分析模型的建立，都离不开高度集中的数字化模型的支持，只有在数字化模型下，才能创造性的设计出符合设计需要，满足设计精度高、周期较短、各种资源得到优化利用的现代船舶电气智能系统。对于船舶的电气设计具有重要的决定性作用，也为船舶的设计发展提供重要的基础性支撑。
1船舶电气化智能设计系统设计
船舶电气智能设计系统是建立数字化模型的基础，在探讨建立船舶电气智能系统时，了解电气智能系统的需求分析和框架结构以及关键技术实现――数字化信息系统模型的建立。
1）系统设计功能需求分析。
船舶电气智能设计系统需要解决船舶设计质量、精度、周期以及资源的合理利用，在这些方面需要大量的数据支撑，并对大量的变量数据进行合理估算，最终形成规律性自动化完成。在设计方案结算首先需要找到合适的母型船，并修正成为目标船;找出相应的图纸改变成目标图纸，形成出厂资料的电气系统图纸;其次，在设计和生产阶段，根据方案设计最终确定的船舶电气性能主要约束数据，对于每个系统的运行界面给出科学的设计方法，设计流程以及检验标准，形成经济性、安全性的参考数据，达成《船舶电气说明书》、《电气设备汇总表》。形成较为规律的参数绘图;最后，对于实现数据的统一和关联性上形成较为完整的规范性数据，这个过程即是数字化信息系统需要操作的，实现数据的交互。
2）系统设计框架结构分析。
船舶电气的结构设计框架由于受到船舶的独特性，在电气系统的规律上存在较大的差别，本文主要探讨的是较为基本的船舶电气智能化设计系统，考虑到开发和设计的成本，系统主要包含以下几个方面：操作界面、主程序、参数绘图以及数据库和资料库。这些环节之间只相互联系的统一整体，所以这需要利用数字化信息系统进行信息的交互和连接，最终形成系统的高效运作，不同的框架模块之间的联系是非常紧密的，信息最终在信息化系统中实现相互的连接。控制船舶电气智能系统的正常运转，在系统的建设中，无不体现了数字化信息系统在期间发挥的重要作用。
3）数字化信息系统模型对智能设计的重要意义。
从船舶电气智能系统的设计环节中，不难发现数字化信息系统模型在期间发挥的重要作用，其重要意义主要表现在以下几个方面：首先，信息的交互和连接，智能设计系统其核心是信息能够无障碍的传输、处理和加工，实现自动化、智能化操作，数字信息系统实现了信息之间的相互交互，满足信息交互的需求，所以说数字化信息系统模型对于整个智能设计的重要意义;其次，保证整个系统的正常运行，在船舶电气智能设计系统中，强调整个系统的高速、智能、自动化操作，缺少数字化信息模型的串联和沟通，很容易导致信息的闭塞和信息的遗漏，也会增加整个系统的运行负担，不能及时的发现系统问题，导致系统的智能化操作受到严重的限制。
2数字化信息模型的设计
上文中简要叙述了数字化信息模型在船舶电气智能设计系统中的重要作用，在船舶电气智能设计系统中，如何才能建立数字化信息模型，满足船舶电气智能化设计的需要，是整个智能设计系统设计的重要内容。
1）信息构成。
在协同设计和资料管理中，电气信息主要包括设计流程信息、设计任务信息、电气功能模块信息以及其他专业设计信息，在设计流程中，为了执行相关任务，满足设计传递的需求，保证信息的第一时间执行，最终缩小设计周期，保证设计质量，主要需要了解和明白设计的流程和要素，其电气智能设计主要包括以下设计流程：任务、约束、条件、资源、结果以及关联。在设计活动中，为了实现不同角色的相互协同，及时的进行产品模型分析和评价，设计活动又包括了以下内容：启动的条件、结束标准、设计结果以及角色。在过程中，理清相关限制性因素，是提高整个系统设计的运行效果的关键。设备信息在数字化信息系统中具有重要的作用，其包含了电气参数、总体参数、轮机参数、通用参数等。
在了解整个系统的设计信息构成之后，对各种复杂的信息进行有效集成，最终保证这些信息能够在数字化信息模型在完成操作。
2）信息集成。
主要采取的方式是分层、分块的信息集成方式，首先，将船舶电气信息分为主管流程和数据管理流信息、表达船舶电气产品信息、设备信息三大模块，对于信息进行有效的信息集成，并最终形成总体集成。
管理信息集成，根据流程、任务和数据控制建立管理信息模型，满足任务结束之后能够实现控制程序发送相关任务，判断是否满足条件，满足即可启动该任务并形成协同工作。为了减少模型的可重用性以及减少模型的规模，对于任意任务的控制流程和业务流程进行规范和约束。
产品信息集成，由于各个阶段的设计模型不相同，所以在产品信息模型是按照设计习惯分为初步设计模型、详细设计模型、生产设计模型、运营维护模型以及退役拆解模型，不同的设计模型的任务编码不尽相同，并且在不同的船舶电气智能设计中实际情况也不尽相同，在设计时需要实事求是，对产品信息按照分类，进行逐个讨论。
设备信息集成，结合船舶的不同设备分类以及设备的布局，尺寸以及出厂通用属性等等，表达的模型和产品信息集成类似，要确定型号规格和信息数值，实现三个集成模块的数据之间的集成。
3）船舶电气化信息数据库的构建。
按照公式建立的数据在操作过程中，会出现大量不需要的信息，在建立数据库是要在公式的基础之上对于数据库的优化方法和软件进行优化，做出相应的调整，对于技术性数据进行一定的改进，并且形成较为规范的《施工工艺文本》和《电气说明书》，提高整个船舶电气智能设计的规范性，减少设计成本，提高数字化信息模型建立的效用。
参考文献
[1]蒋如宏.船舶电气智能设计系统开发研究[J].船舶工程，2009（6）.
[2]续爱民.对研发与创新具有自主知识产权的造船软件的思考[J].上海造船，2009（2）.
【关键词】模糊化；隶属函数；线性规划
近几年来，全球“温室效应”加剧，导致世界各地重大灾害频繁发生，人们逐渐意识到环境保护的重要性，并不断地改善各种场合的能源利用效率，而作为温室气体排放大户的航运业，实现运营船舶的节能减排目标具有现实的重大意义。尤其是燃油价格近年来大幅度上涨，，燃油费用所占的成本比例越来越高，为了应对此种局面，减少燃油消耗已成为最优先考虑的问题，而某些情况下航运时间具有不确定性，因此考虑对船舶航速优化问题进行模糊化处理.，以期找到一种能体现节能减排的优化模型，使船舶航行成本降低。
1.最优调度模糊规划模型
1.1模型假设
内河船舶航速优化过程中，最终的目的是船舶燃油消耗最少。在解决船舶燃油优化的问题前，做出如下模型假设：
假设1：船舶内河航行航道分成了若干小水道，船舶在每个水道的不同转速已获得，且不同的转速均能保证船舶正常行驶。
假设2：风速、设备状态、污底等情况对油耗的影响忽略不计。
假设3：船舶不同转速之间转换的缓冲时间忽略不计。
1.2模型建立
根据船舶航行的起点和终点找出其航行过的水道编号，设编号集合为A，对于每个i∈A，其转速的集合Ni={ni1，ni2，···，nij，···}，油耗率的集合Gi={gi1，gi2，···，gij，···}，航速的集合Vi={vi1，vi2，···，vij，···}，其中每个转速nij对应油耗率gij、航速（l/km）。假设第i水道长度为Si（km），当船舶以转速nij通过第i水道时，所需要的时间T=（h），船舶要求达到的时间大致为t（h）。
求解每个水道i最优转速ni*模型为minS=xSg（1）
模型中x为0-1变量，若第i水道选择第j个转速，则x=1，否则x=0。目标函数（1）的目的是船舶燃油消耗最少，约束（2）中表示“近似小于等于”，表明船舶通过所有航道的时间弹性约束，约束条件（3）（4）要求船舶以每个水道转速集合中的某个转速通过水道。
1.3模型求解
求解模糊线性规划问题的最优解，首先将模糊线性规划问题转化为普通线性规划问题，即先分别求解以下两个普通线性规划：
得到两个模型的最优解S0，S1，然后求出新的伸缩指标d0=S0-S1>0，进而将求的问题转化为求解如下混合线性规划问题
2.数值模拟探究
以某船舶的航运为例，已知它在5个航段上油耗、时间、航速、水道距离等数据，如下表述。
G=[123115120119102；120147125255152；171190163184186；198185204176153；162126137174180]；V=[1411131210；1114121615；1721161819；2019221715；1511131619]；S=[2435405346]
G表示油耗矩阵，其中G（i，j）表示船舶在第i水道以第j转速航行时每公里的耗油量。V表示航速矩阵，其中V（i，j）表示在第i水道时采用的第j航速。S表示距离向量，其中S（i）表示船舶在第i水道航行的距离。
假设船舶走完这5条水道总的时间大致为12h，时间伸缩性参数t0=1，在MATLAB上编程实现，分别用普通线性规划及模糊线性规划模型计算出船舶航行时所用总油耗，两种方法结果分别为30.108，29.849l，两者相差0.259l，可见在时间相差不大的情况下，利用模糊线性规划计算出来的油耗量比普通线性规划计算的结果低，船舶燃油成本相比较降低了，符合船舶燃油消耗量与转速之间的关系。对于时间伸缩性参数，需根据具体的情况设置。
3.结论
由于船舶运行时间的不确定性，文章中对船舶约束条件进行模糊化处理，并运用隶属函数，在求解过程中将模糊约束条件转化成一般约束条件，最终化为混合线性规划问题求解。以某船舶的航行为例，选择了5个水道的油耗值、航速、航行时间、水道的距离，采用文中模型与一般线性规划模型计算比较时间、油耗，结果表明，模糊线性模型计算的油耗更低，可见适当改变船舶航行时间，优化选择船舶转速，船舶燃油成本也将改变。
【参考文献】
[1]郑守岩.浅析船舶节能减排之有效途径[J].天津航海，2009（3）：12-13.
一、市船舶产业信息化现状
2012年，全市船舶工业企业实现总产值432.4亿元，同比增长35.5%，占全省55%。造船企业造船完工量为365万载重吨，占全省48.8%,占全国份额8.4%;新接订单914万载重吨，占全省88.3%,占全国份额35.2%。船舶工业在快速发展的同时，信息化工作越来越受到企业重视，信息化总体水平有了一定提升。
在信息化资金投入方面，据抽样调查（下同），船舶企业信息化投入覆盖率达到100%。不论企业性质为私营还是国有控股，还是企业规模大小，每家企业都对信息化应用投入资金，其中2012年信息化投入最多为扬帆集团，达到380万。
在组织、人员保证方面，中型以上企业都设立了信息化专业部门，小型企业有负责信息化专职人员。在设立了信息化专业部门企业中，由副总以上级别的领导分管信息化工作。
在信息化基础设备方面，所有企业计算机普及率为100%，在涉及企业核心部门和岗位都配置和使用计算机，INTERNET接入率为100%，大中型企业为100M接入，小型企业为2-10M接入。
在软件工具或独立软件应用方面，主要强调个人能力或局部能力的提升，典型的如CAD应用、物资管理系统或者财务管理系统，这些系统在大部分企业已经推广应用，完成了从最早的二维设计到三维设计之间的转换，一些大企业已将其作为标准配置。
在企业级系统应用方面，PDM（产品数据管理）、PLM(产品生命周期管理)或者ERP(企业资源计划)等企业级管理系统，已在宏洲船舶修造、龙山船厂等一些较大的船厂开始应用。
船舶修造企业通过信息化建设，提高了企业技术水平和生产效率,如扬帆、欧华已开始应用精度放样等信息技术实施精度造船，造船周期从3个月缩短到48天，实现大部分段无余量制作，降低了生产成本,增强了企业竞争力。
二、市船舶产业信息化存在的主要问题
尽管市船舶产业信息化有了较大进展，但仍存在许多问题，主要包括：
1、企业设计系统与生产管理系统之间联系不够紧密。大部分船舶企业数字化设计与数字化管理的集成度较弱，在数字化设计阶段产生的大量有效信息目前一般都不能高效地自动导入后续的管理系统，造成后续管理系统因为缺乏及时、准确的设计数据源，而无法发挥更强的管理效果。由于对信息化整体架构考虑不足，因此企业间、企业内、系统间不能有效地协同工作，不能快速地、柔性应对产品设计生产过程中的变化需求。
2、成本管理较为粗放。目前船舶行业在成本设计、统计、监控、分析方面的管理较为粗放，没有精确地即时反应船舶产品的实际发生成本。企业仍然处于追赶日韩先进造船企业的阶段，整个造船管理模式还在不断变革、改进和提高，还没有形成比较规范和标准的管理机制和管理体制，无法完全照搬国外经验和现成软件，这也是管理信息化实现过程中的难点。
3、缺乏行业规范和行业标准。虽然大多数船舶企业都在积极实施与应用信息化，但各企业仍处于单打独斗的局面，没有一个行业标准可以参考和借鉴，不能做到行业间的互相配合与促进。各企业往往过于强调各自的特性，无法统一口径。
4、自主创新不足。目前我市应用于船舶产品设计和管理的大型核心软件基本是以引进国外系统为主，缺乏自主创新，不但购置价格昂贵，而且维护升级费用也很高。如扬帆集团购置国外设计软件、ERP系统、三维管系方案系统化了1000多万人民币，而且系统还需不断升级付费。
5、企业信息化专业人才缺乏。信息化人才紧缺，从事核心技术研究开发、软件开发和系统集成、信息资源开发利用、信息服务的人才严重不足。全民的信息化意识和信息技术应用能力有待提高。市内高校数量少，尚未形成产、学、研结合培养信息化人才的有效机制。
三、市推进船舶产业和信息化融合的对策措施
1、应用数字化设计技术，实现船舶产品绿色设计。通过船舶产品数字化系统的开发和应用，在完善数字化设计系统功能的基础上，进一步推进船舶产品数字化设计的深度和广度，在计算机中建立船舶产品全数字化信息模型，使各阶段、各专业的设计作业能在同一数据库中进行，优化各个设计环节，减少产品生产的往复过程，提高整个制造系统的资源利用率，降低废品率，节约资源。同时在设计中还应综合考虑产品的结构设计、材料选择、制造环境设计、工艺设计、回收处理设计等各个方面。
2、应用计算机虚拟现实和仿真技术，实现船舶产品绿色制造。通过开展虚拟制造技术、仿真技术和多媒体技术研究，建立船舶产品虚拟制造的装配系统和应用环境，研究与开发船舶产品装配可行性校验、产品建造工艺编制及可行性校验、产品运行维护功能性校验、产品舱段及整船的虚拟装配和漫游、CAD实体数据的转换接口等技术，实现船舶三维CAD模型在虚拟制造系统中的动态再现和漫游性检查，使船东、设计师和建造师能够较早地在虚拟环境下对船舶设计布置的合理性以及分段/总段的整体吊装、设备、装备的系统模块安装等生产过程的可装配性、可维护性和安全性进行虚拟仿真，检查船舶设计和工艺的合理性，从而优化船舶制造模型，预测产品的可制造性，避免产品装配、安装过程中的干涉，减少船坞/船台、码头施工过程中的返工。
3、应用船舶产品数据管理技术，提高信息资源的集成应用。通过对船舶产品数据管理技术的研究，应用船舶产品工作流管理、任务流管理、产品结构配置、数据与文档管理、设计变更与版本管理、产品BOM管理、与CAX的接口等技术，构建企业级的船舶产品数据管理平台，根据船舶产品设计和建造的特殊性，在不同阶段按不同的组织方式(系统、托盘等)管理设计资源，实现与CAX系统的信息集成，对各设计阶段产生的船体BOM、舾装BOM、涂装BOM等加工和工艺信息进行统一动态管理，为设计、制造和管理一体化及时提供正确的信息，实现船舶产品数据的有效集成和管理。
4、应用资源配置优化技术，提高造船企业制造资源配置管理水平
突破造船企业资源利用率低，生产变动因素多，壳、舾、涂一体化制造的计划管理难度大等难点，通过研发具有自主知识产权的造船企业制造资源配置管理系统，在保证船舶产品开工、上船台/船坞、下水、交船的四大节点下，以计划为导向的造船企业劳动力负荷、制造场地设备资源负荷S曲线为基础，依据产品动态BOM表、船台/坞搭载网络图，以及人力、设备、场地等能力，编制生产技术准备计划、造船大/中日程计划，各级月度、周计划及其负荷计划、托盘集配计划等，实现船舶建造空间上分道、时间上有序，使造船企业的生产管理和协调从以现场调度型为主的模式提高到网络计划型管理模式，提高造船企业制造资源优化配置能力。
5、应用供应链技术，提高造船企业的物流管理水平。运用科学的管理理念和方法，研发具有自主知识产权的、能实现设计、采购、配送、制造并行模式的造船企业物流管理系统，对造船企业中物流的各个环节实行合理有效的计划、组织、控制和调整，提高造船企业的经营决策和电子商务技术水平，采用条形码技术，实现材料和设备等船舶制造物资全过程跟踪、控制和管理，变二次领料为一次配送，使造船企业由传统的领料型生产转变为配料型生产，建立按流通量控制的生产物资管理与集配体系，实现造船制造物流的通畅性、准时性和为生产现场服务的高效性。
6、应用造船产品成本管理技术，加强成本管理控制。研发具有自主知识产权的造船企业成本管理系统，建立一个快速、合理的目标成本分解和产品成本核算体系，建立船舶产品成本项目库，对设计、采购、制造过程中工、料、费的目标成本进行分解，并应用有效的核算手段，在生产过程中进行成本管理与控制，变事后核算为事先控制，实现从目标、控制到核算的全过程成本管理，提高造船企业成本管理水平。
7、应用信息集成技术，实现造船企业设计、制造和管理一体化。加强船舶企业与企业、企业与设计院所、企业与供应商之间的信息整合，大力推进设计、制造和管理信息共享平台的建设，通过异地协同网络等先进技术，达到信息流、物流和价值流的高度集成，逐步实现区域性设计、制造和管理信息的数字化无缝连接，有计划、有步骤地逐步建立起面向整个造船过程的信息集成系统，实现设计、制造和管理的一体化以及壳、舾、涂一体化。
8、完善船舶产业信息技术创新和信息化社会服务体系
完善以企业为主体、市场为导向、产学研用相结合的船舶产业信息技术创新体系，加大科技研发投入力度，在重点园区和船舶骨干企业建立船舶产业信息技术研发中心。加强面向船舶行业的区域性信息技术创新服务机构建设，加强高等院校、科研机构、船舶企业在科研开发、人才培养、技术支撑、信息交流和投融资方面的合作和交流。邀请全国范围内该行业信息化专业知名人事和主要船舶行业信息化负责人组成专家委员会，我市船舶行业信息化发展中的重大问题提出建议，对我市信息化发展战略、政策和规划提出意见和建议；编制并市船舶行业信息化发展年度咨询（评价）报告；对国内外船舶行业信息化问题进行跟踪和超前性研究，为我市船舶行业重大信息化建设项目和船舶行业信息产业发展项目提供决策咨询和评估服务。
9、加大财政政策支持。