中图分类号：S611文献标识码： A
前言
管道被广泛地应用于石油化工"水利工程"建筑"船舶等领域，其在不同的应用环境下需承受不同的外力作用，大规模、全面地开发利用海洋资源和空间，发展海洋经济已列入各沿海国家的发展战略。海洋开发和利用除了需要先进的海洋工程技术，还需要各种海洋工程结构物的支撑。这为与海洋工程装备业关联度极大的船舶工业提供了极好的机遇。作为未来世界经济的支柱产业，海洋工程和海洋开发潜力非常巨大。近几年，全世界对浮式生产系统的新增需求达到约120座，全球浮式生产系统的年投资额以高速度递增，其中FPSO船(浮式生产储油装置)仍将是全球浮式生产市场的建造热点,该船型集生产、储油、运输多项功能于一身，是当前国际海上石油开发生产设施的主流形式。随着生产向深海的不断进入，FPSO船的优势将会更充分显现出来。中国海洋石油开发总公司也需要较大数量的海洋平台、多艘FP-SO平台，用于海洋开发建设的资金达到了数百亿元。船舶工业是海洋工程的天然“霸主”。随着海洋油气开发向深海发展，船舶工业与海洋工程的关系更加紧密，船舶工业在海洋油气开发中的作用更加突出。这主要有两方面的原因:一方面是技术上的因素。随着作业水深的增加,固定式平台海洋构造物难以适应深海作业，各种浮式海洋工程结构物成为深海油气开发的主角。船舶工业与其他专业平台厂相比其优势正是在这类浮式结构物上——海洋开发装备具有船舶的属性，它的基本要求是在水上能浮起来、稳得住、移得动，这就与船舶有了相近的技术要求。这种天然优势为船舶工业迅速占领深海平台市场创造了良好的条件。另一方面是开发周期的因素。由于海洋油气开发竞争日趋激烈，国际石油商对从发现油气到生产的时间要求越来越紧，而与船舶相近的海洋工程物恰恰可以以最快的时间迅速部署于生产现场， 从而大大缩短深海油气的开发时间。正是由于这两方面的原因，使船舶工业迅速成为深海油气开发装备生产的主要力量。船舶工业越来越深地融入海洋开发装备领域，已成为当前海洋装备发展的一个重要特点。相对于已经成熟的船舶工业来说，海洋开发装备业是一个新兴产业，正在发展过程中，据专家估计,目前及未来几年,仅油气开发生产一项，全世界就需要约100多艘FPSO船、200多座钻井平台，加上其他海洋产业的需求,海洋开发装备甚至比整个国际船舶市场的需求还要高。因此未来船舶企业会参与更多的海洋工程结构物的建造。
管线几何优化设计
管道隔振支座最佳布置设计优化需确定隔振支座的类型"数量及位置!由于支座类型的选择难以依靠程式化优化计算来得到，本研究仅针对支座力学与隔振性能参数给定情况下，研究管线支座的数量与几何位置优化问题涉及到的约束条件包含强度( 应力) "刚度( 位移和变形) "稳定性( 屈曲) 和动力学特性( 管线固有频率和管线响应振幅) ，同时考虑工艺安装方面的特殊要求( 某些位置无法安装支座) 针对上述约束，细化为优化数学模型中考虑应力"位移"固有频率"稳定性和评价点在指定频率区间的振级落差等约束条件简化的支座布局几何优化设计模型见图所示，通常选取支座数目和支座位置为设计变量本模型假定支座总数目事先已知( 通常按照工艺要求确定，但适当增加一定数量) ，通过确定各支座的几何位置坐标实现布局优化!当相邻两个支座的位置坐标非常接近或重合时，代表其中一个支座可以取消。
支座布局几何优化模型
2.管道隔振支座布置设计优化模型迭代解法
上面给出的支座布局优化模型仍为基于连续与离散设计变量的混合数学规划问题，常规优化算法较难解决，可采用迭代优化算法
进行求解!考虑到计算效率的问题，需采用变步长的迭代优化算法!
该迭代算法依据约束条件的满足情况及变步长的临界间距值来确定支座数量的减少与增加，然后通过
常规优化方法得到支座的几何位置坐标，最终得到较优的支座数目及间距!迭代流程见图采用迭代算法求解该支座布局优化模型时，其计算效率有赖于迭代步长的选择!对于特定的管道结构，当假定的支座初始数目与最优支座数目相接近时，即使迭代步长为常数，依然能够获得较好的计算效率，但假定的支座初始数目与最优支座数目相差较多时，则必须选择逐步增加的迭代步长才能获得较为理想的计算效率。
支座布局优化模型迭代解法
由管线各目标函数下的优化结果可知，三种目标函数下的优化模型，优化后满足约束要求，支座最优数目均为6个，各支座位置接近，优化结果基本相同，三种方法迭代次数均为 5-6次，计算效率较为理想，但以关联支座造价为目标函数下的优化模型与其他两个模型相比迭代次数较多，将几何优化设计方法所得优化结果与规范设计方法优化结果比较可知，以管线结构应变能和管线最大下垂为目标函数的优化模型，几何方法和规范法所得优化结果接近!以关联支座造价为目标函数的优化模型，采用几何方法时，尽管迭代次数较多，但仍然取得了满足约束条件的优化结果，其计算过程较规范设计方法更为稳定，结果更为可靠!
总体来看，两种设计方法所得优化结果是相一致的，几何优化设计方法是可行的!在几何优化设计方法中，由于支座初始数目通过假定得到，且往往与最优数目相差较大，因此迭代次数较多，其计算效率明显低于规范设计方法，但较多的迭代次数同时也保证了迭代过程的稳定性，使计算结果更为可信!因此，尚须进一步研究更为稳定高效的管线隔振支座布局优化算法。
3.总结：将所得结果与规范设计方法优化结果进行了比较，证明了几何优化设计模型及方法的可行性，并得到了与规范设计方法中相一致的结论: 以管线最大下垂或管线结构应变能为目标函数的隔振支座布局模型计算过程更为稳定高效"优化结果更为可靠。
参考文献:
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ANALYSIS OF PIPING OPTIMIZATION DESIGN IN MARIN SHIP & OFFSHORE PROJECT
Xiaoyimeng
(BOMESC Offshore Engineering Company Limited TEDA TIANJIN CHINA 300457)
Abstract: Ships engineering technology has been mainly based on general navigation of the ship-based, with the development of Deep Ocean, marine construction vessels generally have not restricted, but extends to all parts of marine engineering, such as various engineering ships, offshore oil platforms, FPSO vessels. Ships engineering technology should be based on a ship and the proper development of the situation to increase technical knowledge, so that professionals have mastered the knowledge of other marine engineering structures.
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.245
协同设计理念属于当前新出现的一种设计理念，它的出现得到了许多设计单位的认可，被成功的应用与设计生产之中，极大的提高了船舶设计的效率。但是在当前的并行协同设计理念下的船舶设计流程仍旧有着许多的不足，需要对这些流程进行进一步的优化。
1 船舶设计业务的流程分析
随着当前计算机技术的不断发展，在进行船舶设计的时候也发生了较大的改变，但是从整体上来看，船舶设计业务的内容基本是相同的，下面根据实际的船舶设计制造探讨整个船舶设计业务流程。
1.1 概念设计阶段
概念设计阶段也就是所谓的送审设计阶段。当企业在接受产品的订单之后需要对产品的总体性概念进行说明，以方便后期生产设计制造的顺利。其中主要包括生产产品的主要尺度、强度以及性能等，这些内容都必须对船东或者相关的部门进行明确。此阶段属于前期的准备阶段，对于后期的工作开展有着较大的实际性意义，对此应当给予足够的重视。
1.2 初步设计阶段和详细设计阶段
初步设计阶段和详细设计阶段实质上并没有进行明确的划分，只是二者在进行设计工作上的深浅有着一定的区别。在此过程中主要对前期概念设计阶段中一些局部的技术进行仔细的分析，能够构建出一个较为详细的三维船体结构模型，并且将该模型能够有效的利用到船体生产设计之中。
1.3 生产O计阶段
在生产设计阶段之中所需要的许多数据都需要信息设计阶段来提供，也就是从并行协同设计理念来分析和设计，使得在进行生产设计的时候能够高效快捷的对数据进行运用，使得整个生产设计阶段和详细阶段统一结合起来，让设计变得高效化，质量也更加具有保障。
在这整个设计的过程中，从最早期的概念设计阶段就应该考虑到生产设计的相关工作，设计工作人员可以充分的运用计算机辅助工装设计、数控加工仿真、装配设计、制造设计等设计软件，将将并行协同理念运用到其中，让整个仿真设计流程变得更加合理高效。让设计的各个阶段能够实现完美的配合，在此情况下才能够让各阶段的过度变得更加的科学自然，减少设计中出现不协调的情况。
2 基于并行协同设计理念的船舶设计流程优化措施
在当前的并行协同设计理念下的船舶设计流程主要可以分为两个部分：管理技术和计算机辅助工具技术，下面对其流程优化进行分析。
2.1 在设计管理机制上做出创新
在船舶设计的管理机制上需要做出创新，改变原有的船舶设计院单独设计的模式，在整个设计过程中应当由造船企业与船舶设计院来共同完成。船舶企业的设计人员与船舶设计院的工作人员之间各自擅长的领域有着差异性，让他们在一起组成船舶设计小组，能够让他们在设计中对各自不完善的地方进行弥补。如：船舶设计院的工作人员可能在设计的时候会忽略一些实际制造中的问题，此时船舶制造企业的设计人员可以及时的发现问题，并有效的处理问题。
2.2 加强计算机辅助设计和管理技术的应用
随着当前计算机技术的不断发展，在船舶设计中也有着较大的改变，其中主要在协同仿真上面，该技术的成功应用使得船舶的设计、生产制造变得更加的具有保障，各方面的性能都得到了较大的改善。但是从当前的许多船舶设计院使用现状来看，在设计的过程中对于船舶设计的各类型软件和硬件的应用还不是十分的完善，技术也不是十分的成熟，对船舶仿真模型设计带来较大的困扰。船舶的仿真模型设计对于船舶的设计制造有着较强的作用，要想在现实的设计过程中真正实现并行系统设计，就必须加强对一系列的计算机辅助设计技术的重视，使得在设计的过程中能够充分的将这些技术利用起来。
计算机数据的管理技术也是并行协同设计理念下船舶设计中的一项重要技术，加强对其的研究和应用能够对整个船舶设计的流程起到优化的作用。船舶的设计通常都较为复杂，其中涉及到的零部件也较多，对于这些零部件的信息也是处于一种零散的状态，如果某个零部件的信息出现错误，将会影响到整个船舶设计发生相应的变化。因此，为了能够保证在船舶设计的过程中对这些数据进行充分的应用，保证生产设计数据的准确性，在现代的科学技术环境下，可以建立起一套支持设计、生产、管理信息一体化的并行协同设计平台。在此设计平台之中，不管是生产企业还是设计单位都可以通过互联网络进行实时的交流和探讨，对于各个零件的设计带来的帮助非常大，将整个设计的过程有效的结合起来，使得生产制造企业和设计院在进行设计的时候能够更加的科学合理。同时，对于所有的设计数据村能够更好的存储和整理，提高设计效率。
3 结束语
综上所述，在船舶设计之中采用并行协同设计理念对于提升船舶的设计效率有着非常大的帮助，在当前许多的国家之中已经得到了实践的证明。但是为了更好的实现并行协同设计，应当加强计算机辅助技术的应用，建立专门的管理技术平台，在此情况下才能够让并行协同设计理念的船舶设计流程进行优化，让船舶设计能够更加的科学合理，提升船舶生产制造的质量。
参考文献：
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[3]曲鹏翔.船舶产品并行协同设计计划管理系统研究[D].江苏科技大学，2010.
摘要：针对船舶Buck变换器电路的内部机理建立了数学模型，设计了基于输入/输出线性化的方法，得到了定频PWM滑模控制器。考虑到电路受外部干扰以及参数摄动带来的不确定性，采用RBF神经网络对电路未知量进行估计，提高了系统的抗干扰能力。仿真结果表明，设计的控制器在标称情况下和在存在外界干扰以及参数摄动的情况下，都能较好地稳定在期望值上，体现了较强的鲁棒性。
关键词 ：船舶Buck变换器；PWM；输入/输出线性化；神经滑模
0引言
滑模变结构控制由于算法简单、鲁棒性好和可靠性高而被广泛应用于运动控制中，尤其被用于可建立精确数学模型的确定性控制系统中［1］。它的思想是确定切换函数，使系统先运行到滑模面上后做滑模运动，最终使系统稳定下来。由于切换函数的选择一般是关于系统状态变量的函数，且滑动模态可自行选择，故采用滑模控制对参数变化及扰动不灵敏。相比线性控制技术，滑模控制技术更适合用于开关变换器的控制，可克服开关变换器的周期性时变特性［2-4］，从而改善变换器的瞬态和稳态品质。功率变换器在工作过程中受开关控制量的控制，在两个拓扑之间来回切换，从而使系统在两个拓扑结构之间切换，具有变结构的特点。目前采用滑模控制对开关变换器的控制已取得了一定的实用研究成果［5-7］。
上述文献大多采用的是滞环调制，其最大的缺点就是运行开关频率不固定，而且对噪声敏感，给滤波器的设计带来了不便［8-10］。本文采用PWM调制，PWM调制最大的优点就是无论控制占空比的信号如何变化，其输出脉冲信号的频率都保持不变。
文献［11］针对上述问题，提出了一种新的定频PWM滑模变结构控制方法——基于精确反馈线性化的定频PWM滑模变结构控制，但基于精确线性化的反馈控制对系统参数稳定性具有较高要求，而实际参数会随温度、压力等的变化而改变。本文在此基础上提出了基于输入/输出线性化的神经滑模控制方法，主要用于解决参数摄动对控制性能的影响，以船舶Buck变换器为例进行仿真，仿真结果表明，设计的控制器具有较好的鲁棒性。
1船舶Buck变换器的数学模型
船舶Buck变换器的电路图如图1所示。
采用PWM控制，u为PWM的占空比（0≤u≤1），在u的控制下，可得到Buck变换器的状态平均方程：
2输入/输出线性化
对于非线性系统，通过适当的反馈变换实现输入/输出反馈线性化，从而将复杂的非线性系统转化为线性系统问题。对于原系统是线性的情况，可以转换为能控标准型的线性系统问题。相对泰勒级数展开，反馈线性化没有忽略任何高阶非线性项，因此这种变化不仅是精确的，而且是整体的［12］。
对系统（2） 求李导数，可得：
所以系统的相对阶数为2，对系统（2） 进行同胚坐标变换z=h（x），可得以z为状态变量的系统：
输出方程为y=h（x）=z。
3神经滑模控制器设计
对系统（3）采用滑模控制，设计滑模切换函数为：
s=ce+e·（4）
其中e=z－zd，采用趋近率的滑模控制，并选择等速趋近率s·=-ρsgn（s），ρ>0，则可得s·=－ρsgn（s），所以，滑模控制律为：
u=P－f（z）/g（z）（5）
在电路运行时，由于受环境的影响，电路会受到外界干扰且参数会发生摄动，表现为L2fh（x）和L
gLfh（x）的不确定性，因此采用式（5）的基于精确化的反馈线性滑模控制效果在电路存在不确定性情况下效果并不理想。利用神经网络的自学习能力，现已证明采用RBF网络可以以任意精度逼近一个非线性函数，采用神经网络滑模控制，可得控制律为：
按下式调整网络权值：
则：
所以加入控制器后的航迹控制系统在李氏意义下是渐近稳定的。
4实验及仿真分析
根据图1，选取E=20V、R=20Ω、L=27mH、C=210μF，期望输出电压Vd=10V。为了对比分析，选取了三种方法进行控制，分别是本文的神经滑模控制以及精确反馈滑模控制［8］、常规滑模控制［7］，对存在不确定性的情况进行仿真，如图2所示。
电路运行时受外界温度等的影响，参数会发生摄动，且输入电压也会存在扰动，本文假定参数摄动为1.5倍，并在t=10ms时在输入电压上加入5V的脉冲干扰。
结果显示，在存在不确定性的情况下，文献［7］给出的常规滑模控制已经无法跟踪上期望值了，原因在于文献［7］给出的切换函数是基于对iL的跟踪，即根据期望输出电压Vd得到期望电流id，但实际运行时，由于电路参数的摄动，无法得到Vd与id的准确关系，因此得到的输出电压无法跟踪上期望电压值，如图3所示。而本文的控制方法和文献［8］给出的精确反馈线性滑模控制的切换函数都是基于对uC的跟踪，因此在存在不确定性的情况下仍能较好地跟踪上，但是由于精确反馈线性化滑模控制对参数的稳定性要求较高，所以最终存在较大的误差，如图4所示。
5结语
本文以船舶Buck电路为例给出了跟踪期望输出电压的自适应神经滑模控制算法。首先建立船舶Buck电路的数学模型，将其转换为标准的仿射非线性系统，采用基于输入/输出线性化的神经滑模控制算法，再理论证明控制算法的全局渐近稳定性，最后为了进行对比分析，给出了另外两种常见的控制算法的仿真。针对有无不确定性两种情况进行仿真，结果表明本文提供的控制算法在性能上优于常规滑模控制和基于精确反馈线性化的滑模控制，具有较强的鲁棒性。
［
参考文献］
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STAR-CCM+是由CD-adapco公司推出的新一代CFD软件，它采用最新的连续介质力学数值技术，具有包面和多面体网格划分等功能，支持大规模并行计算，是进行热流体分析的有力工具；其新版本V 3.04中增加针对船舶行业的最新功能――六自由度解析DFBI(Dynamic Fluid Body Interaction）功能，可使工程师轻松地模拟流体和固体相互作用、固体在流体作用下运动等复杂物理现象.
modeFRONTIER（V 4.0.3）是由意大利ESTECO公司研发的世界上首个多目标优化软件，具有将高质量的实验设计、优化算法、相应面分析和稳健设计结合在一起的特点，拥有8种单目标算法（SIMPLEX，BFGS，SA，FSIMPLEX，MACK，DES，NLPQLP，NLPQLP-NBI）和8种多目标优化算法（MOGAII，MOSA，FMOSAII，MMES，NASH，1+1-ES，NSGA-II，ARMOGA），可以使用户直接操作设计目标的均值和方差，具有高度的灵活性和可操作性.
根据松耦合原理，MpCCI能对两个或多个按一定顺序排列的分析进行处理，可以将前一个分析的结果作为载荷施加到下一个分析上，从而实现分析间的耦合，而且每个分析可以属于不同物理场，这为已有的商业软件或非商业程序提供独立的多学科耦合分析平台.
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.023
采取有效的分析方法加对基于维修性的船舶管路布局优化研究，有利于减少相关的维修成本，完善船舶使用中的服务功能，延长其使用寿命的同时增强船舶管路的性能可靠性。在具体的研究过程中，应加强对船舶管路布局合理性的深入理解，确保相关的优化措施在实际的应用中能够达到船舶正常使用的具体要求。
1 基于维修性的船舶管系设计流程的优化研究
作为船舶设计的重要组成部分，船舶管系的有效设计，可以优化船舶管路在长期使用中的服务功能，促进我国造船工艺的快速发展，为现代化船舶整体服务水平的不断提升提供可靠地保障。因此，为了达到基于维修性的船舶管路布局优化的具体要求，应注重船舶管系设计流程的优化，从初步设计、详细设计、生产设计三方面实现对船舶管系的不断优化。具体表现在以下方面：
1. 1 船舶管路布局优化中的管系初步设计
作为船舶详细设计的基础，船舶管系的初步设计，关系着后续设计流程的开展。因此，需要注重船舶管路布局优化中的管系初步设计，增强管路实际应用中整体布局的合理性。船舶管系初步设计主要包括：（1）选择可靠的管材。像船舶管系设置中常用的不锈钢管、无缝钢管等，都需要确保其材料选取的有效性。同时，管子的大小、壁厚、使用的所能承受的最大压力，工作温度等，都需要在管系初步设计中进行重点地考虑；（2）各阀件的有效选取。结合管子大小，选择正确的阀件类型，确保其材质，压力等无误，及使用中能够达到船舶稳定工作的实际需要；（3）各附件的有效选取。通过对考克、吸入口等不同附件类型的确定，可以为管系中附件使用寿命的延长提供可靠地保障。除此之外，也需要对管路的走向布置进行重点地考虑，优化管系的初步设计方案。
1.2 船舶管路布局优化中的管系详细设计
当船舶管系初步设计完成后，需要开展管系详细设计工作，确保管路整体布局的合理性。船舶管系的详细设计内容主要包括：（1）结合管系原理图，增强其具体走向设置的合理性，确保船舶管系平面综合布置的设计合理性；（2）在管系详细设计阶段，应结合行业技术规范的具体要求，灵活地运用各种优化措施增强管系详细设计的有效性，减少管系设计成本的同时优化资源配置；（3）管系平面综合布置过程中应满足安全可靠性、可行性、操作维修便捷性、经济性等原则的要求，确保管路布局优化能够达到船舶安全使用的具体要求。
1.3 船舶管路布局优化中的管系生产设计
为了达到船舶管路布局优化的具体要求，需要采取必要的措施，注重管系的生产设计，确保所有管路布局的合理有效性。管系生产设计要点主要包括：（1）熟悉详设图纸、设备资料、规格书等相关船型的文件及三维软件数据库初始化。（2）加强三维软件的合理运用，促使复杂的三维管系设计问题能够得到有效地处理，避免管路安装过程中出现干涉。同时，在可靠的三维软件支持下，有利于降低设计人员的工作强度，优化船舶管路布局，实现管系安装图及管子零件图的自动生成。除此之外，需要加强船体模型、数据库、设计图纸的严格把控，最大限度地增强所有管路布局的合理科学性。
2 基于维修性的船舶管路布局优化的可维修设计要点
为了增强管路的适用性，降低其长期使用中的故障发生率，需要加强对可维修设计技术的合理运用，对管路布局优化设计中存在的问题进行及时地处理，延长其使用寿命。实现这样的发展目标，需要注重船舶管理的可维修设计，降低其后期的维修成本，为船舶管路服务功能的不断优化提供可靠地保障。船舶管路的可维修设计要点主要包括：（1）在确定产品设计方案的过程中，应注重各零件数据资料的搜集与分析，明确具体的维修准则；（2）对管路相关的配件材料及型号选择合理性进行重点地考虑，明确船舶管理维修过程中的具体要求，并制定出相关的优化措施；（3）结合信息化技术及计算机网络的优势，构建出可靠的可维修设计参考模型，实现对船舶管路为维修中的动态分析与控制，降低各零件维修成本的同时增强船舶管路布局的合理性。除此之外，船舶管路可维修设计中应确保维修安全性，并结合标准化、模块化的要求，不断提升船舶管路可维修设计水平。
3 基于可维修的船舶管路布局优化措施
为了使船舶管路布局优化能够达到行业技术规范的具体要求，需要采取必要的优化措施进行必要地处理。具体表现在：（1）结合维修可达性的要求，构建完善的船舶管路布局数学模型，增强所有设备旁维修管道的设置合理性，保证维修空间的充足性，为各维护点的合理设置提供必要的参考信息；（2）构建可靠的单管路数学模型，对管路的拆卸、管路维修操作的可行性等进行综合地评估，计算出管路与各设备、舱壁等障碍物之间的最短维修距离，实现船舶管路布局优化的经济性目标，增强所有管路布局的合理性；（3）构建可靠的多管路数学模型。基于可维修的船舶管路布局优化目标的实现，需要对管路模型、维修人员活动范围、不同专业工具的活动空间等进行重点地考虑。因此，需要结合计算机系统三维空间模拟分析软件的作用，实现船舶管路多管路数学模型的有效构建。
4 结束语
基于维修性的船舶管路布局的不断优化，可以增强这些管路长期使用中的安全可靠性，完善船舶服务功能的基础上，不断地降低船舶管路的故障发生率，推动现代化船舶整体服务水平的提升。与此同时，加强对基于维修性的船舶管理优化研究，可以降低这些管理的维修成本，对于未来船舶使用中可靠性的不断增强具有重要的现实参考意义。
参考文献：
[1]王运龙，王晨.船舶管路智能布局优化设计[J].上海交通大学学报，2015（03）.
船舶作为交通运输中重要的水上载运工具，承担着国内和国际间贸易运输，每年消耗大量燃油。提高船舶能效，降低能源消耗势在必行。本文从航速、船型、动力和推进系统及节能附体装置四个方面，分析了影响船舶能效提高的因素，对船型节能优化方案进行了讨论。
1.航速
船舶的航行速度，受到的影响因素较多。考虑主要的因素，获得节能航速。船舶每年预期的运输货物量和燃料消耗量，两个变量一定的情况下，通过指标分析，如必要运费率的计算（RFR）分析，可以得到船舶的节能航速。在进行RFR分析时，选取的参数包括满足货物运输需求船舶的装载量，初始投资成本和运营成本，优化目标结果是节能航速。
2.船型
船舶的能效与船型形状是密切相关的。单从船型大小判断能耗的高低存在偏差。对于每吨公里油耗指标，在均为满载的情况下，航行过程中大吨位船舶往往比小吨位船舶节省油耗。然后如果船舶空载出港，巨型船舶航行过程中的燃油消耗会更高。因此需要考虑船型形状对船舶能效的影响。对于新建船舶，可以通过优化船体水下形状提高船舶的能效。在船体初步选型过程中，通过系统性的优化过程，可以同时降低船体阻力并改善船舶推进效率。由于优化的过程是一个螺旋上升的过程，因此很难确定船舶进行“优化”过程后的结果。通常需要在实际情况下进行试验，证实提供了最佳的优化结果。船舶的试航试验中，一般选取的环境条件是在船坞内或静水或遮蔽水域。对于船型的优化同样需要考虑到船舶在波浪中的性能，该性能对于不同类型的船舶会有明显的不同。船舶外部环境优化的结果需要能够同时满足风和波浪共同作用。
船型形状受到各种约束的影响。在船体初步选型过程中，往往受港口、运河的限制，约束提高船舶能效的可选设计方案。始发、挂靠和目地港口的泊位尺寸，航道运河的水深和转弯半径，碍航设施中的跨江大桥距离静水面的高度，船闸闸室尺寸和升船机船箱尺寸，对船型的关键设计参数，包括吃水，船宽和船长等主尺度参数的选取有很大的限制，进而约束船型的形状。同时满足以上条件和规范的设计是一个高度复杂的任务。然而在该阶段的所做的选择，往往对船舶能效的影响非常大。
3.动力和推进系统
提升船舶动力和推进系统的效率，采用的方法包括使用低速柴油机，更换旧齿轮，或使用新型发动机。更换使用新的发动机，通常船舶的能效效果会有较大的提升，采取这种做法通常是为了满足国际海事组织对NOX排放的限制标准。然而由于购买新型发动机设备需要昂贵的费用，同时安装更换旧齿轮时的复杂操作，该方法的应用面并不广泛。
除了更换现有设备之外，还包括增添新的船舶节能设备。通过使用发动机废热回收系统，吸收废气中的热能和动能，推动发电机生成电力驱动辅机的运转。使用废气回收系统同样可以获得轴系效率的大幅度提升。未来废热回收系统可能会使用流体代替气体，这样会压缩节能系统的体积，从而产生更高的效率。
对于船舶的推进系统，可以采用特殊的布置方式，优化螺旋桨的使用效率，或者变换辅机的数量和尺寸。采用电力推进系统，可以产生节能效果。然而电力推进会产生额外的能量传递损失，在获得节能之前需要首先控制能量损失。采用电力推进会带来其他方面的益处，例如增加船型可采用方案的灵活性，同样会间接的提高船舶能效。
使用转速低大直径螺旋桨，可以获得较高的推进效率。理想情况下，螺旋浆叶片的数量越少越好，面积越小越好，这样可以减少作用在叶片上的摩擦力。然而在船体初步选型过程中螺旋桨的尺寸受到船舶航行区域吃水和发动机扭矩的限制，通常无法达到理想状况。
4.节能附体装置
通常情况下，提高船舶推进效率达到提高船舶能效的效果，可以通过使用节能附体装置，如高效舵、导管桨、鱼鳍、不对称舵、对转螺旋桨等。这类装置的原理是回收螺旋桨旋转后的能量，达到减少船舶推进系统消耗的能量。在某种类型的船舶上，使用该类附体装置能达到节能效果，不是意味着在另一种船型上也会取得类似的效果。因此该类节能附体装置通常不具有通用性。由于该类设备购高额费用，使用中的可靠性等因素，同时并不是所有类型的船舶都适合使用这些装置，使得该类附体装置并没有得到广泛的应用。
5.讨论
从最初的船舶选型对船舶进行节能优化，可以选择三种方案：第一种，选用船厂已经建造过的现有的优化后的标准船舶；第二种，修正已有的船型确保满足运输货物的装载要求；再或者，开发新船型。
第一种方案选用船厂标准船型，船舶的船型已定，因此考虑到船舶在航行过程中影响船舶性能的变量因素较少，尤其是与船舶航行过程中的节能因素有关的船舶水动力性能。由于船舶的水动力性能主要与船舶的水下形状和航速有关，然而船型已定，无法完全考虑到这些条件。虽然船舶建造和设计费用花费较少，但获得的节能效果是有限的。
第二种方案，修正已有的船型，对船体型线进行优化，包括对船体首部形状进行优化和对船体尾部形状进行优化。
第三种方案，开发新型高能效船舶。这种情况下，船东需要做出判断，在船舶运营过程中节省燃料的收益，是否能够快速收回前期投入大量的设计和建造新船的费用，根据判断结果做出选择。
6.结语
嘉兴目前大多数船企所建造船舶的吨位不大，以总吨200-300吨为主，由整体造船到分段造船的模式难以转变，做不到壳舾涂一体化，也做不到绿色造船技术体系的要求。但在局部上也可以进行小构件制作，预舾装、预涂装等；或在船舶建造中对具体的施工流程、行为进行合理的优化、规范和约束；特别是在船舶设计环节多做一些经济型船型和基于环境保护的绿色设计因素考量。从而既能提高造船效率，又能减少有害物的排放、提高节能降耗水平。
船舶设计
设计人员必须要树立绿色设计观，在船舶设计中对节省资源、降低能耗方面给予重视。加强船型的研究开发和储备，形成一系列技术经济性能优良的标准船型和系列船型，从设计的源头上推动嘉兴造船的绿色进程。
1、船舶设计的原则与考量要素
节省资源角度。对于钢质船舶来说，最大的资源消耗莫过于钢材的消耗，因此钢材用量的控制对船舶造价有很大的影响。设计时，①注意船舶主尺度的合理选择，尤其是船长。因为船长对船体钢料的影响最大，同时对船舶的总纵强度也敏感；②注意结构的合理确定，树立等强度概念，减小不必要的结构裕度，在保证船舶总纵强度和局部强度的情况下降低船舶自重；③注意高强度钢的合理使用，以减轻船舶的自重；
降低能耗角度。作为航行船舶，其消耗包括燃油、淡水、物料等，其中燃油消耗的费用在整个营运成本中占有相当高的比例。即船舶的线型及船上所配主机功率的大小、耗油设备的多少，与船舶的经济性能关系非常密切。因此，在保证航速的情况下，设计时要注意主机机型的选择，具体可从三方面来考虑：①选取合理的主要素和船体线型，使船舶的阻力性能优良；②尽量改善船、机、桨的匹配， 提高船舶的推进效率；③优化船舶动力系统。
船舶高效性。通过对船舶进行优化设计，使下列系数更优，从而提高船舶的节能水平。
2、结合以上要素和设计原则，推进标准化船型研究和使用
通过标准化、模块化设计，可以简化船体结构。采用功能多样化与复合化的零件，使整体装置的零件数减少；合理地设计产品中零件、支撑、载荷的布置，确定适当的整体尺寸，提高材料利用率；设计结构应符合工艺性与加工性，以减少加工过程中的材料损耗与能源消耗；设计的结构便于维修，提高维修的方便程度；设计的结构便于回收、拆解，实现资源的重复利用。
船舶设备的标准化、模块化设计可较好地满足设备更新拆装的互换要求，也可以有效地避免舾装件逐件装船，从而降低舱室内的污染和噪声危害，提高工作效率和工作质量，使劳动量和资金的消耗大大减少。
标准化设计可以提高零部件的通用性、使用的重复性，亦可以促进专业化生产。如对驾驶室、船员室以及客船舱室模块进行标准化、模块化生产。
3、绿色设计的其他措施
优化船型，比如船型的方改（圆）尖，降低船舶阻力、提高能耗比。
新能源船型，开展LNG（LPG）燃料代替燃油驱动主机的新型动力船舶的研究设计。据测算，使用LNG清洁能源比使用柴油节约30%-55%的费用，在大幅降低船舶运营成本的同时，可减少环境污染，具有非常明显的社会效益和经济效益。
船舶布置优化，如干货船采用前驾驶、集装箱船的船首驾驶室布置，解决驾驶盲区问题，减少事故的发生。
新技术的应用。包括船尾附加水动力装置，如前置导管、桨前反映鳍、桨后叶轮装置；采用球鼻艏、涡尾船型等优化船舶线型；溢油监视、鉴别等船舶防污染技术。
新设备的应用。推广使用节能型柴油机、新型燃油添加剂、节油减烟器、主机轴带发电机、岸电技术；优化电子喷油控制装置、机舱自动化控制；舵桨一体化装置、污油水柜和油气回收装置；采用高效推进装置如低转速大直径螺旋桨、适伴流螺旋桨、导管螺旋桨等，提高桨机船的匹配度；设置生活垃圾接收处理装置及油水分离装置等措施实现达标排放，防止船舶对水体的污染。
船舶制造
1、改善造船模式，提高船舶建造水平
1.1改进船舶构件的装配，提高造船效率
对船舶骨架，可多进行一些以小构件为中间产品的制作，并实施预涂装。比如先将船舶底部的龙骨和肋板骨架以几个肋位为单位装配焊接成小构件，对构件进行预涂装，再吊装到船底板上进行施焊。
1.2控制余量，提高造船精度，尽量实施室内造船
控制好船舶余量，就是要提高放样的准确度，增强号料、套料的精细水平，采用放样切割成型加工工艺，控制好船舶构件在加工中的结构余量。而成形的零部件直接或稍加处理即可用于组成产品，从而可以大大减少原材料和能源的消耗。
受技术和资金等因素的限制，嘉兴造船仍然以手工电弧焊为主，而且大多数在露天平台上施工。而钢板的锈蚀，钢材边角料、废焊材，废油、含油污的生产用水、密性用水、油漆泄漏，含生活垃圾、含油揩布、废油漆和废电子元件等，在露天及下雨中及容易对周边环境和河道造成污染，有必要尽量实施室内或棚内造船。
1.3升级焊接技术，改善焊接工艺
在船体建造中，焊接工时约占船体建造总工时的30%-40%，焊接成本约占船体建造总成本的30%-50%。焊接过程中，不可避免地会出现有害气体、粉尘、弧光辐射、电磁、噪音等污染，同时也会消耗大量电力资源，船舶焊接技术的进步对推动绿色造船的发展具有十分重要的意义。
嘉兴船企多采用以传统焊条为材料的电弧焊，该方式飞溅较多、焊条利用率低、电能消耗大，使得船舶建造的效率下降、周期延长、能耗比增加。为此，有必要减少传统焊条的使用，在船厂中推广高效焊接工艺的运用。可重点推广以CO2气保焊和埋弧焊的工艺方法，既减少焊条额飞溅和丢弃又能高焊接速度，生产效率为普通焊条电弧焊的3～5倍，同时操作简单，适用范围广。
有条件的船企，也可采购更高效的焊接技术。①节能逆变焊机。在美国，逆变焊机的产量占弧焊机总产量的比例已超过30%，日本已超过50%。据统计，2000年国产逆变焊机仅占当年生产的弧焊机总产量的8.4%。②搅拌摩擦焊。搅拌摩擦焊是一种固相焊接方法，可用于对金属板材全熔深焊接，而不会达到金属的熔点。搅拌摩擦焊无飞溅、烟尘，不需添加焊丝和保护气体，无气孔、裂纹等焊接缺陷，形成的焊缝强度高、变形小，是一项性能优良的环保焊接新方法。③激光焊接。激光焊接过程是一种既快速，又几乎无任何变形的低热量输入焊接过程，目前已能对15mm 厚的不锈钢和低碳钢进行激光焊接。
1.4喷砂―采用无灰尘的精砂
由于钢板存放周期长，且在露天或半封闭的建造中极容易引起钢板的锈蚀，需要对船板进行喷砂处理。在喷砂过程中，嘉兴船企选用的砂灰尘较多，带上口罩防尘效果也较差，除了污染环境外还会引起呼吸道疾病，鉴于此，建议船企采用无灰尘的精砂。
1.5管理钢板堆场
钢板堆场应采取防雨措施，尽可能堆放在室内或搭建简易棚。通过减少钢板表面氧化量，可减少喷砂除锈量，从源头上减少喷砂粉尘排放量。
2、选择绿色材料
在船舶全寿命周期中，对环境影响最大的有两项：一是制造过程中的焊接、涂装作业；二是船舶拆解后废弃的舱室绝缘材料。因此，材料的选择尤其重要。
焊接材料。在电弧高温燃烧下，焊丝（焊条） 的添加助焊药剂随焊接烟尘一起向空气中扩散，对操作人员和环境构成危害。因此，应选用高效焊接工艺和低毒、低烟低毒低尘焊丝（焊条）。
对可再利用价值的舱室绝缘材料的选择。矿棉、玻璃棉因具有防火、隔音、保温等性能和可加工性，被用于船舶舱室的内装。但在船舶营运寿命结束后的拆解过程中，这些材料由于没有再生利用价值而被大量抛弃，且其不可降解性直接导致周围水质和土质的恶化。研制一种高效、环保的绝缘材料并制订相应技术标准，也将成为完善绿色造船技术的一项重要工作。
涂装材料的选择。传统溶剂型涂料对人体的危害和对空气的污染已无法满足绿色造船的要求，取而代之的将是毒性较小、省资源、省能源的绿色环保涂装材料：如水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等。另外，船舶外板水线以下的涂料，应具有驱赶而并不杀灭海洋生物的性能，是既能防止海洋生物附着，但又不污染海洋的绿色环保涂料。
部分船舶如公务艇等可多采用钢铝混合结构、纤维增强塑料。
船舶营运
绿色造船不应仅局限于船舶的建造过程，也应贯穿船舶整个生命周期。在船舶营运到退役的整个过程中，都应使其对环境的负面影响最小，能耗最低。
前言
作为海上重要的交通运输工具，不仅要确保船舶的可靠性高和速度快，而且需要处理好船舶设计节能减排技术问题。中国正在进入节能减排时代，船舶航运作为Q易运输的主体，其能源结构和废气排放对自然环境的影响很大，因此从船舶设计入手，研究节能减排技术，以尽可能地减少船舶航运对环境的不利影响。
一、船舶节能减排的意义
船舶作为海上运输的主要工具，他具有通过能力大、运费低廉、运输量大等特点，目前，国际贸易总运量的三分之二，我国进出口货运总量的90%都是利用海上运输。随着物流业的进一步发展，其数量也在不断增加。而船舶作为能耗大户，对其进行节能减排技术改造，保护环境，具有重要的现实意义。国际航运业对环境到底产生了多大的影响？众多的研究表示船舶的二氧化碳排放量估计占世界二氧化碳排放总量的1.8%到4.5%。而且该数字还将随着世界贸易活动和国际航运量的增长而不断增长。除排放二氧化碳外，船舶动力装置还会排放一氧化碳、氮氢化合物、硫化物、微粒等有害物质，这些都会对海洋环境造成影响和破坏。
二、节能型船舶的发展趋势和在研发中存在的问题
（一）节能型船舶的发展趋势
目前节能减排已经成为船舶行业关注的重要问题，选择节能型船舶是节能减排的重要因素。选择节能型船舶需要坚持的两个原则：1）根据不同的地形，不同河流，选择不同的节能型船型；2）根据经济效益因素选择不同的节能型船型。节能型船舶除了船型、螺旋桨等因素影响节能外，还存在许多因素，比如航速和外界条件等。
（二）节能型船舶在研发中存在的问题
1.政府支持力度不够
节能型船舶的研发与推广需要大量的资金，因此节能型船舶必须得到政府的大力支持才能取得明显的进步，但是部分政府对于节能型船舶的环保作用认识不到位，并没有给予资金以及政策上的支持，这是节能型船舶在研发中存在的主要问题。
2.节能环保意识不强
人们对于环境保护的意识不强，必须依靠宣传才能增强节能减排的意识。节能型船舶的宣传力度不够，导致决策者以及船东对节能型船舶的认识不够，从而影响节能型船舶的研发和推广。
3.短期经济利益的影响
节能型船舶的造价较高，受经济利益的影响，大多数船东会选择造价低、短期经济效益高的船舶，一般不会选择造价高的节能型船舶。
4.基础设施的制约
目前我国中一半的航道存在机械化程度低、技术条件差、工作效率低等问题，这些问题影响大型节能型船舶的推广。
5.缺乏法律保障
近年来环境污染日益严重，需要利用法律对环境保护进行制约，目前船舶的能耗对环境污染造成的影响非常的大，由于缺乏法律保障，对于环保型船舶没有明确的规定，导致节能型船舶推广受到阻碍。
三、船舶节能减排技术的应用
（一）船体减阻降耗
船舶船体减阻降耗是船舶节能减排重要手段之一。从船舶设计层面上讲，船体减阻降耗可以从船体低阻力线型设计、浮态调整、船舶船体表面减阻以及低风阻上层建筑等方面进行设计研究。低阻力线型设计主要包括线型优化和总体设计优化两个方面，如下图3.1所示。低阻力线型设计中的总体设计优化指的是设计优化人员根据设计经验和母型船等，在保证船舶具有足够排水量的前提下，调整方形系数和浮心位置，选取合适的船型尺寸比。而线型优化则指的是船舶船体线型的UV度、水线进流角以及去流角等的设计对船舶船体阻力具有一定的影响，设计优化人员依靠模型试验和CFD手段等，反复调整船舶线型，并最终确定船体的低阻力线型。船舶在实际航行中的阻力不仅仅取决于船舶的静水阻力，还与航线上风浪流等环境因素有关，研究人员对船舶在多种转载工况下的阻力性能进行研究，实现了在全航程多工况下船舶综合阻力性能全面提升的目标，从而形成了船舶船体减阻降耗的浮态调整方法。低风阻上层建筑则指的是设计人员通过优化船舶船体上层建筑的外形，降低风阻力，从而实现节能减排。
（二）使用经济航速
船舶的燃油消耗是一种综合反映船舶节能减排技术与经济性的指标，其与船舶航速息息相关。在实际的船舶运行过程中，经济航速的概念主要有三种，也即最低燃油消耗率航速、最高盈利航速以及最低燃油费用航速，实际意义上的经济航速常指的是最低燃油消耗率航速。船舶主要部分有锅炉、船舶主机以及发电柴油机等，其中最重要的耗油就是船舶主机耗油，其重要的耗油特点就是在运行船舶主机时，船舶功率和船舶航速之间具有三次方关系，因此应适当地降低船舶航速。从实际的船舶运行方面进行考虑，当船舶转速和功率变化时，船舶主机消耗燃油量就会受到船速、换气量以及喷油量的影响，因此就要找到一个船舶航速和耗油的最佳平衡点。最佳平衡点主要从以下几个方面进行考虑：船舶航速和主机耗油量关系、船舶耗油设备的状态、船舶运营年限、船舶航行条件、船舶实际的运行路线等。因此，船舶使用经济航速的基本原理就是工作人员在主机安全的转速范围内，根据主机实际的运行情况，找到船舶耗油和航速最佳的平衡点。
（三）提高推进效率
提高船舶推进效率主要有改进尾部伴流场、主机降功率使用等方式，改进尾部半流场指的是在船舶船体上加装螺旋桨整流罩，这种技术主要应用到对螺旋桨尺寸有限制的以及拖轮等高负荷低航速的船舶。加装螺旋桨整流罩后的螺旋桨后流场、桨轴上下不完全对称，其螺旋桨桨轴上方流场偏右，桨轴下方流场偏左。因此，使船舵上下部成一定角度，来分别对齐螺旋桨后流场，进而减少船舵所受扭矩，这种节能措施可在服务航速工况下节省4%的功率。主机降功率使用指的是将船舶主机的功率降低，进而降低船舶燃油消耗率，达到船舶节能的目的。这种节能技术较为成熟，虽然初次投入成本较大，但从整个船舶生命周期来看，该节能技术经济性较好。目前，很多的大型船舶公司可以接受这种优化设计方案，其通过主机的优化配置可实现3%D6%的降耗。
（四）废热回收及废气处理
船舶废热回收及废气处理也是一种较为重要的船舶节能减排手段，其中船舶废热回收主要指的是船舶废热利用技术，在船舶燃油消耗中，大概有50%的热量以热辐射、废气以及热交换的形式浪费掉。船舶主机废热利用透平转化功率为最大功率的0.6%到4%，这种利用技术初次投入资金较多，多用在大型集装箱船上；船舶主机冷却水废热再利用则可对船舶扫气和缸套的废热进行再次利用，从而提高2%到3.5%的主机功率，这种回收系统较为复杂，通常需要与蒸汽透平和废气透平等联合使用，因此多用在大型集装箱船上。
四、结束语
综上所述，设计节能减排技术在船舶中，对于船舶设计节能减排技术应当从原理进行研究，重视船舶能效设计指数及其影响，最大限度的善船舶的环境。
我国造船业不仅是国际制造业较早转移的产业之一，而且国际造船业正在加速向我国转移，我国船舶工业面临着良好的发展机遇期。
据船舶工业统计快报数据，2005年全国造船完工量首次突破1000万吨，达到1212万载重吨，同比增长42%，占世界造船市场份额由2000年的5.4%提高到2005年的18%，增幅呈加速之势；造船量新承接船舶订单1699万载重吨，同比增长7%，首次超过日本，位居世界第二；手持船舶订单3963万载重吨，同比增长18%。按英国克拉克松研究公司对世界造船总量的统计数据，以载重吨计,我国2005造船完工量、承接新船订单和手持船舶订单分别占世界市场份额的17%、23%、18%，与国际造船大国的差距大幅度缩小，这些都表明国际造船业正在加速向我国转移。
二、国际造船业向我国转移的特点
1、船舶产业的国际转移具有产业集群现象
世界造船业的发展历史表明：造船业的发展和产业转移都具有明显的产业集群现象。在日本和韩国，船舶制造业都集中在一定的区域，并且是围绕相应的几大造船集团而集聚。而中国造船企业规模偏小，集聚现象也不明显。产业集聚使日、韩造船业在生产、原材料采购、研发等方面形成合力，十分有利于其综合竞争力的提高。所以我国要大力促进船舶产业集聚，以综合提高我国船舶工业在国际上的竞争力。
2、呈现小型向大型船舶、技术含量低向技术含量高的梯度转移格局
船舶制造业的国际转移是遵循从低级到高级，从小型船舶到中、大型船舶，从散货船、油船、集装箱船到化学品船和液化气船的梯度转移。尽管中国高技术船舶完工量较少，其所占比例较低，但开始有所增长，国际造船业向我国梯度转移特点明显。我国造船是从中小船舶，逐步发展到万吨级直至30万吨级特大型船舶；船舶品种也是从一般散货船、油船、杂货船等普通常规船舶，发展到具有国际先进水平的高技术、高附加值船舶。2005我国承接新船订单中，散货船、油船和集装箱船三大主流船型的市场份额均为世界第二，分别为42%、25%和19%。一批品牌船型也成功进入国际造船主流市场。
3、先船舶制造转移，再船舶配套转移
国际经验表明，船舶产业国际转移是以核心船舶制造业、船舶主要配套设备业、一般船舶设备产业和船舶设备零部件产业的方式先后进行转移。表现为先船舶制造转移，再船舶配套转移，即船舶制造业开始转移一定时间和一定程度后，船舶配套业开始转移并呈现快速转移之势，而目前我国造船业正处在这一阶段。
三、中国造船业未来的发展战略
我国船舶工业应对国际造船业转移，应通过促进船舶产业集聚，尽快形成船舶产业集群，加大承接国际造船业转移的力度。以产业集群、大集团为支撑，形成具有特色和竞争优势的我国造船业产业布局和产业基地，推动船舶产业发展和船舶产业升级。
1、统筹规划建设现代化造船基地
我国船舶工业要进一步调整和优化产业布局，以适应世界造船业区域集群发展的特点。依据产业集群理论和船舶工业发展的特点，船舶工业的产业集群表现为：①区域大、面积广。②核心企业作用大。③不同产品类型生产企业多。一个船舶产业集群中既有核心造船企业，更有大量的船舶配套企业。④配套服务要求高。船舶工业具有产业链长、涉及面广和配套服务要求高的发展条件要求，大基地船舶产业集群内不仅要有各类配套企业，还需要有各种服务中心。我国船舶工业集群化建设、构筑大基地应遵循以下原则：①立足和发挥现有船舶产业布局、产业基础和资源优势；②坚持市场自发形成和政府推动形成相结合；③依据区域特色、产业特点，合理规划，避免重复建设。
依据上述原则和我国船舶工业的发展态势，未来我国应大力发展三大船舶工业基地，中型船舶产业集群，若干个小型船舶产业集群。
三大船舶工业基地。从大集群建设思路来看，我国将集中力量建设渤海湾、长江口、珠江口三大造船基地。三大基地的造船量将达到世界总量的20％以上，成为具有国际竞争力的现代化造船基地。目前，三大集群基地迫切需要加强大型重点船舶配套设备的发展，尽快提高国产船舶设备的配套率，尽快建立船舶设计中心、技术服务平台中心等服务体系。
中型船舶产业集群。从中集群建设思路来看，我国将会形成上海、江苏的南通和泰州、广州、大连、浙江的舟山、山东的胶东半岛和福建的厦门为核心的船舶产业集聚区。如江苏的南通、泰州两市船舶工业总量已占全省船舶工业总量的70%以上。
若干个小型船舶产业集群。从小集群建设思路来看，我国应该培植若干个工业基础好，技术相对发达的市、县形成中小型船舶制造产业群、一般船舶设备产业群和船舶设备零部件产业群。相对于船舶制造产业群而言，船舶配套设备产业群点多、面广、量大，产业集群现象将更为明显。如江苏正在形成以南通、南京、泰州和镇江为重点的四大船舶配套业集群基地。
2、完善优化产业价值链体系
要将完善和优化产业价值链体系作为重要的出发点，注重专业化协作体系的构建，推动大型造船企业与中小船厂、中央企业与地方船厂、造船企业与配套企业以及上游厂家的协调发展和建立战略联盟。大型造船企业应尽可能地把总装造船以外的生产活动通过专业化协作体系转移出去，从而有效提高造船设施的利用效率和产出效率，真正发挥产业集聚优势。
依据发达国家的发展经验，世界船舶工业产业集聚现象十分明显。但是中国造船企业规模偏小，还没有一家进入世界前十强。由此可见，中国船舶工业的进一步发展，不应该是企业数量的增加，而应是强调集聚式发展，扩大企业规模，重点培育少数几个特大型企业，使它们成为中国船舶工业的核心，并具有与国际大型造船企业抗衡的实力。因此我们要①站在全国的角度，统筹规划，加快培育和组建以现有的龙头造船企业为核心、具有国际竞争力的企业集团是必要的。②组建集团的类型可以是造船与配套综合型的，也可以分别成立造船集团和配套集团；可以是紧密型的，也可以是松散型的；可以是本地区资源整合型的，也可以是跨地区资源优配型的。③组建的原则是打破行政分割，自由结合，市场推动，政府扶持。
3、强调优势和特长，开展错位竞争
从国际来看，世界各大造船厂都有自己的优势和特长，他们在国际竞争中各自发挥优势，错位竞争。如韩国的现代重工以建造液化天然气船见长；而三星重工则在建造海洋勘探船方面独占鳌头，在世界市场上占有6O%的份额；大宇重工在建造大型油船方面称雄。
因此，我国造船企业也应该注重培植和形成特色，开展错位竞争。依据我国目前造船业发展态势，我国造船业应各自发展优势，明确市场定位，形成国家、地方和专业特色大中小造船企业。另外，船舶配套企业也应该以地区或骨干企业为单位，培植和形成船舶配套产业特色，开展错位竞争。
中图分类号： TN961?34； U675.6 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0097?04
0 引 言
近年来，随着我国经济的迅速发展，国内外贸易迅猛发展，海上交通运输量不断增长，特别是某些重要的水道，船舶交通非常繁忙；随着装载船舶自动识别系统 （Automatic Identification System，AIS）设备的船舶数量越来越多，充分利用船舶AIS数据进行船舶交通研究已是焦点问题[1?3]。实时获取准确的船舶AIS信息显得至关重要，只有获取实时的船舶AIS数据，才能有效地监控某些水域通航状况，及时发现通航水域中存在碰撞以及搁浅等海事事故的区域，这样有助于岸基人员更好地协调和管理通航水域的安全。
目前，尽管在船舶和岸基管理已经安装了大量的AIS设备，但是由于AIS操作不当、AIS设备播发的数据由于船舶与AIS基站之间的距离较远、 AIS设备自身工作不正常或人为的关闭AIS设备等各种主客观原因以及AIS船站和岸站时隙拥堵和网络传输，造成岸基AIS存在接收到的AIS数据不正确以及数据位置报告更新不及时等情况。
为了弥补AIS数据堵塞等原因导致更新数据不及时，造成船舶轨迹的不准确或者误差较大的问题，本文提出利用对卡尔曼滤波算法进行适当的修改，引入系统噪声和测量噪声，利用AIS船舶观测节点数据对系统状态做最小二乘法估计，对船舶轨迹进行平滑和预测处理，能够比较正确地估计出船舶轨迹。
1 AIS数据格式分析
1.1 AIS设备配备规定
目前，按照国际海事组织的规定，国际航行的500总吨及以上的船舶以及所有客船均需强制配备安装AIS。我国海事主管机关对中国籍100总吨以上的沿海航行船舶以及内河航行船舶都配备安装AIS的要求。
1.2 AIS数据质量分析
船舶位置报告的更新延时长短船舶轨迹的分析研究产生较大的影响，图1是选取了上海港外高桥水域内自2011年4月27日0805—4月28日0725时间段内，每隔35 min统计一次该段时间内船舶位置报告的更新延时情况。
从图1分析可得，2 min未更新位置报告的船舶比例为30%左右，3 min未更新位置报告的船舶比例为15%左右，5 min未更新位置报告的船舶比例为10%左右，15 min未更新位置报告的船舶比例约为2%。
按照AIS设备规范的规定，左边是A类船载AIS设备，右边是B类船载AIS设备，船载AIS设备的报告间隔。通过与船载AIS设备的标准时间间隔对比，实测AIS数据的位置报告间隔确有一定的延时，这种定位信息的延时会对后期的船舶位置的同步产生一定的误差，同时AIS位置报告数据中船舶位置信息也客观存在着误差，其主要源于船载定位设备的定位误差，基站数据接收和记录延迟误差。
通过上面数据分析可知，5 min以内有90%船舶AIS数据都进行了更新，仅有2%的船舶定位信息更新延时会超过15 min，考虑到船舶航行速度相对较慢，在研究中期对船舶数据更新延时在5 min、10 min的数据进行处理和分析，可以满足船舶轨迹预测和估计的精度要求。
2 卡尔曼滤波算法基本方程[4?5]
2.1 卡尔曼滤波算法的系统状态方程
5 基于卡尔曼滤波算法的船舶轨迹仿真和分析
（1） 直航段无转向时不同时间间隔船舶轨迹预测和误差分析
在Matlab环境下，对船舶在直航段的不同时间间隔的轨迹预测仿真图如图6所示。船舶直航段（无转向）航行时，红色、蓝色和青色三角形分别是1 min后，5 min后和10 min后的船位预测仿真图。
通过对不同时间间隔的船位误差进行分析（见表1，表2），在直航的情况下，对1～5 min内船舶轨迹的预测，卡尔曼优化值的船位误差在9 m左右，而推算值的船位误差在10 m左右，采用卡尔曼滤波优化仿真值船位的精度可以提高大约11%。随着时间间隔时段增加，对5～10 min内的船舶轨迹进行预测，卡尔曼优化值的船位误差在13 m，而推算值的船位误差在17 m，采用卡尔曼滤波优化仿真值船位的精度可以提高大约24%，船位误差是可以接受的。
（2） 转弯航段有较大转向不同时间间隔船舶轨迹预测分析
船舶有较大转向时，红色、蓝色和青色三角形分别是1 min后，5 min后和10 min后的预测仿真图，如图7所示。
通过对不同时间间隔的船位误差进行分析（见表3，表4），在船舶转向的情况下，对1～5 min内船舶轨迹的预测，卡尔曼优化值的船位误差在32 m，而推算值的船位误差在39 m，采用卡尔曼滤波优化仿真值船位的精度可以提高大约18%。随着时间间隔时段增加，对5～10 min内的船舶轨迹进行预测，卡尔曼优化值的船位误差为50 m，而推算值的船位误差为75 m，采用卡尔曼滤波优化仿真值船位的精度可以提高大约50%，船位误差是可以接受的。
6 结 论
船舶轨迹预测准确性的精度与预测时间间隔以及船舶的运行速度有关。时间间隔越长，船舶轨迹的误差越大，反之亦然。通过研究在船舶运动轨迹中加入系统噪声和动态系统测量噪声的卡尔曼滤波估测方式对节点定位进行预测仿真，改进的卡尔曼滤波算法对节点位置信息进行滤波，提高了传统航海上航迹推算船舶定位的精确度，对船舶节点轨迹预测和估计有所提高。
参考文献
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船舶设计是一项大型而又复杂的系统工程，在计算机技术未出现之前，船舶设计主要以螺旋上升的设计方式为主，而再产生了计算机技术之后，设计周期不断缩短，而且设计流程也更加规范，但是船舶的结构也越来越复杂了，因此如何能够更好的在较短时间内完成符合标准的设计，依旧是船舶设计中比较严峻的问题。
一、计算机技术在船舶三维设计中的价值性
在整个船舶企业的设计制造当中，船舶企业必须要依赖一个设计平台。来管理整个设计过程，并进行数据交换与数据共享。因此为了提高船舶的建造质量，并且降低船舶的建造成本，必须要重视船舶三维设计的重要意义。
首先，船舶三维设计平台可以对系统的资源进行整合，因为软件是多样性的，所以企业需要利用平台对软件系统进行整合，让每个软件系统都发挥自己的优势，这样就会加快设计的效率。
其次，这个平台可以管理模型的数据信息。在船舶的开发与设计过程中，需要产生大量的数据，而这些数据证实船舶制造的关键信息，但问题是每个软件生成的信息不是统一的，这样一来就增加了信息管理的难度，且软件的不断更新、更换或者升级，又有可能会造成数据丢失。因此利用三维平台可以让数据进行统一规整与管理，提升效率，保护数据。
最后，三维设计平台有利于船舶一体化的设计。船舶设计软件设计的结果是环环相扣的，修改一个数据机会牵扯到其他数据，因此采用三维设计平台，通过统一管理数据，可以避免很多因为数据修改而产生的错误，并且对船舶一体化的设计有着非常重要的作用。
二、船舶三维设计平台的技术方案探析
船舶的设计是多方面的，分为较多部分，其中依次是概念的设计、总体的规划设计、深化设计以及生产深化设计几个部分。且这个几个部分相互关联相互影响，呈螺旋上升的过程。因此在三维设计平台设计船舶的外形及结构设计过程中，因此需要通过平台对进行资源与数据整合。
（一）系统的架构分析
CATLA作为三维平台的核心系统，具有相当重要的意义，其通过Automation技术开发船体外形，实现船体的基本机构设计。通过XML中间格式文件，实现系统集成。而整个船舶设计功能模块，是分为5个部分的，但是船舶设计表达通用模型是整个平台的核心。
（二）核心平台分析
船舶三维设计平台在前期的研究中，也是做了比较多的测试与对比的，因此最终选择的是CATLA作为核心平台。主要是原因是：首先，其实一款通用的CAD软件，船舶设计的几个造型功能非常强大，且操作简单，精度也是比较高的。在转换软件时也能保证完整的模型精度。其次，CATLA软件提供了比较多的二次开发接口，资料较为丰富，这也为软件的开发降低了难度。其接口能够提供标准的文件格式，且还可以输出标准的文件格式。其三，CATLA软件可以建立船舶的型材库、板材库与设备库等，这样就能提升设计效率，降低建模时的难度。最后比较重要的一点就是，CATLA软件具有比较强大的发展空间，其收购了许多家公司，因此可以预测其再将来的一段时间之内，仍将是船舶设计中的比较主流的一款软件，这样就能保证船舶设计三维平台的生命力与反发展力。
（三）模型的接口方案分析
船舶三维设计平台，有很重要的一个功能就是数据交换功能，实现模型共享，因此其CAX系统的数据接口主要有三种主要方式：专用、通用以及统一模型的数据交换。
专用格式数据交换是为了实现三维模型的映射与转化，其针对的主要特性系统有CAD的DWG格式、CATLA软件的CATpart与CATprodurct等。而通用的数据标准则是由DXF、STEP、LGES、VRML、X3D等，这些数据格式是中性的，不依赖与任何系统。统一产品模型数据交换是不同的系统采用相同的数据管理软件。因此，由于船舶设计的三维平台有着跨平台的优越性，因此其具体图（1）示如下：
图（1）船舶通用模型数据信息示意图
三、船舶设计的表达通用模型分析
船舶设计是牵扯到的因素是方方面面的，其本身就是一个复杂的综合物体，所以对其进行设计其方案也必定拥有较为复杂的综合性特点，这些问题包含了流体静力学、水动力以及结构等多方面的知识。只有把这些学科高度优化与融合在一起，才能完整的设计船舶，因此，对于船舶的设计而言，其设计问题是具有综合性的特点的。因此，在船舶设计到建造施工的过程中，涉及到的设计者、船厂与船检方等，都需要共同努力。船舶设计者也应该将整个设计的船舶作为研究对象，利用船舶设计表达通用模型。
（一）模型表达中的单位与坐标
船舶设计的不同阶段对应相应的设计知识积设计自由度，设计阶段越靠后需要的设计知识越多，而设计的自由度却越低。在船舶的设计过程中，一般以毫米为单位进行建模，针对不同软件的不同单位制，一般维持在毫米级为准。但是还出于不同三维设计软件对几何体的参考数据精度要求不同，因此一般采用四位小数点作为有效值的标准方法。
坐标方面，由于船型、重量、船舱容量、速度与稳定性、操纵的灵活性、结构与经济性等。因此对不同类型的船舶进行多学科优化设计的时候，需要选择与其相适应的经验公式与统计公式模型。以及船舶的构件尺寸不是唯一的，且焊接形式较多，因此需要考虑全局坐标系和局部坐标系的问题。一般来言，船舶设计坐标系采用右手笛卡尔坐标系，原点在船的尾垂线与船中线的交点。
（二）船舶整体模型
船舶设计周期长、学科多以及耦合关系复杂等，因此决定了学科分析需要采用精度更高的方法，然后利用响应面近似模型技术来完成整个设计优化过程。如今，多学科设计的优化方法已经被飞机甚至是导弹行业所应用，并且也取得了良好的设计结果。由此可以看得出来其是一项非常科学的、行之有效的方法。船舶的整体模型，包含管系、电气及设备等模型，具体如下图（2）所示：
具体为ship为跟元素，其就是整个船体。Shape是外形模型，hull是结构模型，而subdivsion分舱模型。
（三）船舶外型模型
船舶设计的过程重组就是用另一种方式设计船舶，但是在设计中，要注意三维平台系统虽然功能强大，设计师在设计的时候可以利用它来进行设计，可以将它作为有效地辅助工具，但是，设计者一定要建立在对这个系统的深入理解上，而不只是依靠计算机忽视了思考和创新。因此在传统的设计方法基础之上，通过船舶的型表值来表达船型，但是问题是不够直观，所以在船体的外形及曲面的三维空间设计中，需要在专用的设计软件中建立船舶外形模型。
四、结束语
船舶设计三维平台能够很快的提高船舶设计的效率，提升船舶设计的水平，并且能够在设计过程中做到更加彻底和创新，通过过程重组，从而提高船舶制作过程中的质量和降低成本。因此，本文通过对船舶设计三维平台的关键技术进行分析，有着非常重要的意义，其中包括探索数据接口方案、模型间的信息传递等，以及建模等，以期能够对船舶设计三维平台的完善与发展提供建议，为我国造船业与船舶设计业做出贡献。
参考文献
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