船舶技术与电子计算机课件.docx

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1、2.船舶技术与电子计算机2.1. 船舶必要性船舶制造主要是满足以卜.几方面的需要： 运输 军队 服务,娱乐 平台2.2.船舶制造工业船舶制造工业的主要用途是为船舶运输业和海事工业提供船舶、海洋潜器及海洋结构物，应用于交通运输和其它特殊的任务，例如深海资源的开采。在船舶制造及其相关的技术领域中，计算机应用起着非常重要的作用；为了说明这个问题，我们首先必须要了解该工业的性质和船坞的基本功能。船舶制造工业是一种国际性的商业，许多国家的政府部门也参与其中，行业竞争相当激烈，这是应该了解到的。某一个特定的造船厂的成功经常会被估量为其造船能力，即在恰当的时间以适当的价格生产型号适当的船舶。如果这三个密切联

2、系的因素有一个不具备，就会带来巨大的困难，甚至会导致组织业务上的失败。由于造船工业竞争激烈，对于船厂而言，选择制造何种型号的船舶会最具有经济效益是非常必要的。这要对市场供求变化的现象进行仔细而连续地观察,这样才能做出正确的选择。这种工作需要处理大量的数据。这些数据进而引导船舶的设计；如果已经得到最佳的设计方案，那么设计的程序就需要极高的精密性。对时间的控制也是十分重要的，因为要按照规定的时间交付设计船舶，也便于有适当的时间来满足船舶设计的要求。然而这项工作并不容易完成，因为对船舶的设计要求会随着世界贸易的波动而周期性的浮动和变化。而价格是最主要的影响因素，它决定了某项工程是否会交给这个船厂来施

3、工。基本上，船舶制造是一种基于大量材料上的装配工业，原材料供应的费用占船舶制造总费用的三分之二。一些材料例如钢板，是用于加工处理的；其它的应与船舶的推进装置相配套。有鉴于此，船厂的生产组织必须仔细地进行计划，以保证船舶制造的经济性。船舶制造工业的高效率取决于船厂的效能，而船厂的效能又取决于一系列的因素。这些因素包括从合适的设备的利用、充足的资金到管理的技巧、优秀的劳动力、技术的掌握程度以及市场调查结果的应运。同时也包括适当的计算设备。2.3.主要功能为了说明电子计算机在船舶制造中的作用，我们把船舶设计与制造的基本过程与电子计算机的使用联系在一起作说明。基本上，我们可以把这个过程分为几个主要的功

4、能，如图2.1市场调查图2.1.船舶设计流程图2.3.1.市场调查市场调查是起点，为船厂提供基础信息。船厂通过这些信息可以决定制造何种型号的船舶或海洋结构物，以及如何最优地进行资金投入、调配人力资源。基本上，这项工作包括收集资料和分析市场走向。除此之外，还必须与船主及设计者密切联系，因为特殊的商业贸易和专家的操作设计都会影响到是否使用本船。电子计算机能够储存大量的数据，并可进行模拟试验和数学编程，来完成数据分析。2.3.2.初步设计通过对市场调查的结果或潜在客户的咨询，我们可以得到满足初步设计的主要参数；这些参数必须结合船东的要求和设计准则，同时符合该设计船型的各项标准。典型的信息数据包括航行

5、方面的数据、经济因素、操作规范、产品设备、规章制度等等。因为船东的要求与设计的准则会存在一定的冲突，所以不可能设计出理想中的船舶；但是我们可以设计出最符合设计要求的船型来替代理想中的船舶。在过去，船舶设计主要是利用以往设计中的经验来进行设计；完全地按照私人船主的设计要求而去进行的船舶设计往往得不到最佳的设计效果。而竞争越来越激烈的船舶工业要求我们设计的标准船型能够满足各种船东的需求，同时还必须得出效果最佳的各项设计参数。设计的过程需要反复地校核，以便于把初始设计的理想参数校核为符合最佳效果的设计参数，而这项工作靠手工完成是非常繁琐的。利用电工子计算机来进行编程和公式化可以代替繁琐的手工计算，早

6、期船舶设计方面的电子计算机应用也是出于简化设计的目的。2.3.3.合同拟定在得到相应的初步设计结果或标准船型的设计参数后，应该与船东进行协商，讨论是否要将设计进行下去或是否有必要进行修改。资金在合同签订中起着决定性的作用；为此原因使某些参数必须要改动时，我们可以利用电子计算机进行计算来决定是否签订合同，当然，这与市场调查的结果也是有联系的。2.3.4.制定计划当合同签订以后，船东定制的船舶的各项目标数据就固定了。为了实现船舶数据上的要求，必须为整个生产过程制定详细的计划。这是非常重要的，不仅仅是因为船厂的信誉问题，还因为这是业务上对各个施工阶段的资金统筹的需要，包括龙骨的安装、上层建筑、特殊构

7、件、船舶F水试航以及移交船东等。生产计划必须要具有高效性，生产过程中也必须保证对各种设备、装卸机械、缓冲设备等的高利用率，以避免出现生产中的瓶颈现象。尽管传统的手工计算在船舶设计中有广泛的使用，并且在今后的设计中也会继续使用，但是随着船舶制造机械化和高效化的要求，我们必须引进计算机来辅助设计。另外，只要为计算机提供准确的数据，它就能够在设计中发挥显要的作用。2.3.5.细节设计细节设计师对初设计的必要补充，包括建筑结构细节、电力系统、管路布置、船舶操纵等附加信息。现在，细节设计以及计算都可以有计算机完成，并且取得了相当程度上的成功,人们也正在逐步拓展计算机其它的细节设计功能。其中运用最广泛、最

8、典型的是计算机绘图及其图解法。2. 3.6.生产制造现行的船舶制造过程包括一系列基本的步骤，可以归为以下几类： 存储：船厂采购各种材料并存储在仓库。 预加工：将钢板及其断面进行清洗、涂漆、切割、滚轧等预处理以便于施工。 装配件：将独立构件组装成小型构件。 装配：将小型构件组装成大型配件。 预陋装：将其它项目例如机械项目、管路项目、通风项目等装配到已完成的大型配件上。 船台装配：在船台或码头上完成船身建筑。 码头胭装：完成船体的所有项目（包括预艇装过程中的项目）。现在，计算机广泛地应用在以上七个阶段的设计中。首先，计算机可以用于采购材料以保证按时交船。其次，可以利用计算机数控机械来切割钢板和弯曲

9、断面。第三，计算机可以保证各个构件正确地安装，提高建造效率。2.3.7.测试及试航当船舶建造和胭装完成以后，该船必须经过一系列的测试和试航以保证船舶的各项性能满足要求。2.4.船舶设计师的任务与作用现代的船舶设计复合了多个工程设计分支，包括调研、设计、建造以及修复各种海洋运载工具（水上或水下）。在过去，船舶的型号、大小、复杂性都是极为有限的，因而船舶设计师好像在科研方面的作用不及工艺设计方面的作用。然而，今天的海洋运载工具五花八门，包括各种类型的不同水面排水量的船舶（商船、渔船、军舰、游艇），各种高性能船（气垫船、水翼艇、滑行艇等等），各种水下运载工具（潜艇、潜水器、水下机器人、深海潜水器、鱼

10、雷等等）以及近海结构物（例如移动式钻井平台）。船舶设计师负责船舶的总体结构、规划布置以及综合设计。同时此项设计必须在符合安全性能、规范约定和其它标准、资源配置、时间进程的条件下，满足船东在各项性能、可靠性和经济性上的要求。船舶设计师同时也负责工程设计中的其它方面。这包括设上层建筑的设计和对结构的浮性、稳性、水动力特性、适航性和强度的设计，同时也包括对船体系统的工程设计，例如装卸系统、水泵系统、布置方案、舱室布置、住宿布置、推进装置等。2. 5.计算机应用的引入在船舶设计的过程中，要求设计人员能够解决设计中的矛盾之处，进一步定义规范，设计可供选择的不同结构形式，预估出这些结构形式的优异并从中选出

11、最可行的设计方案。这么复杂的过程包括大量的计算程序，以保证设计能尽可能多的满足基本的参数要求。如果借助计算机辅助设计会在很大程度上简化这些工作，因而在设计过程中，计算机被广泛地应用。船舶设计中，早期的计算机应运主要是编写程序，进行系统性的数学运算。近年来，船舶设计从初步设计、浮力计算、船体水动力技术到船舶性能评估、设计工具都取得了飞速地发展。这些设计理论和设计手段伴随着非常复杂的计算，这也只能通过计算机来完成设计。3. 6.为什么在船舶设计中使用计算机竞争激烈：激烈的国际竞争使得船厂在船舶设计与制造中，不得不接受船东越来越苛刻的设计条件。这就意味着必须对给定的设备和设计规范进行最优配置，以保证

12、设计与制造出最佳的船型。而选择不同的评判标准会得到不同的最佳船型，因此设计人员就应该根据不同的设计要求（快速性或经济性等）来选择最优船型。在设计的过程中，设计人员会遇到大量的数据计算。如果仅仅通过手工计算来完成是很困难的，因而这就需要借助计算机的辅助作用。 设计程序的关联性：船舶设计必须要经过反复地修改以获得最佳的设计，而这个程序的各个细节是相互联系的。由于设计本身包括大量的数据运算，传统的手工算法既沉闷乏味又耗费时间，会使得设计人员没有足够的时间去全面进行设计可行性的验算。出于保证运算速度和运算精度的目的，我们引入计算机进行辅助设计。 设计与生产之间的关系：船舶制造业的主要利润就是设计与生产

13、过程中的差额利润。这就意味着当一种有特色的设计方案出台后，我们必须要立刻对这种产品作深入的了解。把设计与生产联系起来，以设计的角度对成产这种船舶的费用进行一下经济性的评估，往往是最有效的评估手段。在实际工作中，我们一般都采用计算机系统来完成如此庞大的评估工作,因为手工劳动会需要大量的人力资源来协调配合。 数控机械的使用：在船舶的生产过程中，所有的零配件都必须满足一定的级配精度;任何的偏差都可能会导致零部件的变形，从而延误交船时间、增加生产成本。通常，使用数控设备（诸如钢板气焊切割设备）可以达到装配要求的良好的精密度。而数控设备所需要的控制信息必须通过计算机控制才能有效地执行。 大量的信息运算：

14、只有通过计算机才能完成设计中大量的信息运算（包括大量的数据计算）。这些信息运算一方面可以检查并修正设计资料，另一方面也能验算经济性要求。以大型油轮的结构设计为例，我们应该以具体计算理论（如有限元算法）得到的数据来检验不同位置的应力强度。而对于这样的计算理论和任务，只有利用计算机这种快速运算工具才能得到我们所需要的模型 职工工资的统筹：在船舶制造业和海洋工业，一些重要部门诸如制图部门、生产控制部门，面临着专业人才短缺的问题；计算机的使用可以解决这些问题。这样，一些日常性的、繁琐性的工作完全可以交给计算机，那些有工作经验和工作效率的专业人才就可以去从事一些具有挑战性的工作。 计划制定与管理控制：任

15、何工业部门的成功都离不开详细的计划和组织管理，船舶工业也不例外。然而，要想得到高水平的详细计划和管理控制，需要大量的数据信息以及相配套的处理方案。只有使用计算机才能解决这些实际问题，这点是非常重要的。 设计合理化：计算机为我们带来了很多条理化、规范化的设计思路。现在的设计多采用模态综合法，该法取代了与计算机相结合的流程图。这就要求设计人员在制定设计流程时要更加仔细。此外，计算机为设计人员也便利地提供了很多系统化的船舶设计流程。 满足设计数据的精度：使用计算机的一个很主要的好处就是在设计过程中可以减少近似公式的运用。当我们有足够多的信息来调试程序时，我们就能够很容易地进行重复计算并直接得到有价值

16、的设计参数，而不用重复地利用经验公式或设计经验来选择参数和分析这些参数的作用。使用计算机的另一个好处就是可以把不同的设计步骤按照一定的顺序排列。就单单从表面上来讲，一个好的设计人员必须要考虑到，如何在尽可能短的时间内为他所承担的设计任务提供一个能被船东所接受的设计方案。不妨举个例子，船体横剖面的绘制在设计的一开始时就已经进行了，但是型线的绘制确是在反复的计算并确定设计细节后才开始的。现在由于计算机的使用，我们可以在早期就进行型线的绘制。同理，船舶的推进力、重量、纵倾、稳性等问题也可以在设计初期就进行计算。2. 7.计算机在船舶设计中的应用计算机最早应用于船舶设计的数据计算是在20世纪50年代末

17、，诸如流体静力学、船舶稳性等方面。当时的计算机应用主要是为了进行一些简单的数学运算，其步骤也和传统的手工计算相同。随着船舶设计的程序的逐步开发，计算机在设计方面的能力也逐步提高。除了一些传统的手工设计者，大多数设计人员都利用计算机来进行设计。船舶设计中的计算机应用可以分为以下三方面： 典型计算：我们可以编写独立的程序来进行典型的细节计算，包括静水力曲线计算、稳性计算、下水计算、纵倾计算、舱室计算以及静水弯矩计算等。 全面计算：我们可以编写独立的程序来解决某些特定技术上的问题，诸如船体绕流、结构分析、型线光顺、运动预报。 设计体系：我们可以利用完整的计算机设计体系来处理船舶设计过程中的主要部分。

18、1. 7.1.船舶制造中的应用随着计算机技术的发展，我们可以利用计算机对大量的数据进行快速地存储，这也使得 CAD/CAM等工具被广泛地推广使用。这些技术工具通常用来制定生产计划和生产进度，以保证各种原材料可以按时交递，而不至于延期施工、出现瓶颈现象。2. 7.2.生产管理中的应用计算机的广泛使用为生产管理提供了极大地便利，其作用可以概括为几方面： 获得需求信息：生产管理部门必须在第一时间内取得各种各样足够的信息，以便于做出正确的决定。使用计算机的主要优势就是可以将大量的信息进行存储，然后结合这些信息就可以提供合理的设计程序。而使用计算机的另外一个好处就是可以通过网络科技为设计和建筑施工提供全

19、球范围的信息。 库存管理：因为船舶制造的过程中有大量的配件需要进行装配，所以我们需要利用计算机来完成库存的管理。对于马上要用的材料或者是要运送到船坞的附加材料，我们都必须进行归类并直接调控。良好的库存管理往往可以提高生产效率，降低生产成本。 财务管理：主要是进行工资、奖金和工时的计算，也可以进行总体的统计。2. 7.3.设计、制造、管理的一体化船舶是一种非常复杂的建筑结构物，建造一艘船舶需要大量的设计、生产以及资金方面的数据。当我们引进计算机辅助工具后，设计、制造方面的关系就更明显了。当获得设计与制造的整体性联系后，管理体系就能够做出最合理的计划安排。图2.2概括地介绍了船舶设计中各设计步骤的

20、主要作用及相互关系。图2.2.船舶设计程序的组织计划流程图 信息输入：在设计的一开始，我们需要处理各种各样的数据诸如载重、航速、续航以及其它设计要求。这些数据可以由船东来提供，也可以由设计人员根据市场调查结果来预估。 初步设计：在初步设计阶段，我们需要把获得的数据结合航行、船货、进港、调整、设备需求、耗费等问题进行综合处理。而船厂的建造设备以及建造程序已必须算入总预算中。 确定船体曲面：一旦协约签订后，我们必须进行细节设计并完成相应的计算。在这个阶段，能否得到光顺的船体曲面数据是至关重要的。如果船体曲面不光顺，我们必须修改曲面数据以获得光顺的船体曲面。 细节计算：由初步设计得到的结果实不精确的

21、，因此我们必须对设计细节进行进一步的计算，以保证可以获得精确的主要参数。 制定生产计划：生产计划主要是针对于钢结构而言，但是也还包括船舶艇装和电力系统等技术性能方面。管理部门的任务：管理部门所起的作用贯穿于整个设计和生产过程中，起着决定性的作用，并直接影响到设计效率与生产效率。利用计算机可以实现以上这些步骤的一体性和连续性，为设计生产带来极大大便利。2.7.4.计算机在科研项目中的应用在船舶技术领域，计算机已经成为科技研究的一个重要工具，起着非常重要的作用，可以分为以下几个方面： 结构设计与分析 船体绕流和阻力估算 船舶在波浪中的运动2.7.5计算机可作为船舶设计的图形工具船体平面横剖线图船体

22、三维曲线图船体三维模型作业：试描述以下各设计程序的特点以及性能，可以列表比较。 你认为这些程序各自有什么特点？ 各个程序有何优劣？ 各个程序的适用性如何？关于各个程序的具体信息可以在网络上自己查找。80000110AutoSHIP80000122Intergraph80000135Tnbon80010114Maxsurf80970119Napa80980126Multisurf80980135Foran80990113DefeatFast ShipBaselineWolfsonGODDESS4、计算机辅助船舶设计过程一项工程设计通常与产品的创造和合成有关,它需要考虑大量的相互之间存在矛盾的设计

23、要求。由于设计基于一定不确定的数据和推测，设计者必须明确哪个环节存在不确定性，以便在后续设计中加以改进和调整。在工程设计中从来没有唯一的方法和准确的答案，只有最好的或较好的、可以让人接受的解决方法来平衡各考虑因素。任何复杂的工程系统发展过程都包含创造（或发明）与保险（或保守）之际的矛盾。格林提出了在船舶设计过程中创造发明的试行原则： 创新应该在恰当的时候出现。 并不是所有失败的发明都没有作用，很多是具有借鉴意义的。 大多数成功的发明并不会很快被市场所采用，在船舶设计过程中，这是一个循序渐进的过程。 船东并不喜欢发明创造，因为这是一种冒险。 在船舶设计过程中，一次只有一个主要发明。 在船舶设计过

24、程中，被采用的发明往往是最可靠的。 可靠的发明应是常规的、容易维修的，也就是简单的。 能被船东接受的发明必须能创造真实的经济效益。 发明所带来的效益应尽可能的被消费者所接受。尽管远洋船的设计和制造已经有一定的历史了，但在近几十年里，设计技术才取得了令人瞩目的进步，最显著的变化就是计算机的广泛应用。在船舶设计中，计算机的应用贯穿于设计、分析、使用的始终。4.1 设计螺旋线船舶设计是一个逐步近似的过程，在这个过程中最初确定的船舶主要要素耍根据后面的阶段不断地调整，直至满足要求。鉴于船舶的复杂性，在一定的设计阶段必然会有很多相互矛盾的要求,所以设计问题就是要寻求一种最合理的解决方案，使不确定因素的影

25、响最小化。目前，在船舶设计过程中，没有一种被普遍采用的按顺序进行的设计方法，但是，整个过程中包括有大量船舶主要要素的选择和确定，这些选择和确定会影响接下来的设计阶段，比较典型的描述船舶设计逐步近似的特点的是设计螺旋线，见图4.1。设计要求图4-1图4.1描述了标准设计螺旋线的设计过程，这个过程以大量的设计要求为基础，主要条款有以下几点： 最大载重:量 所需舱容 续航力 巡航速度 速度对时间的曲线图 设计余量和标准其主要步骤如下：步骤一：确定主尺度：步骤二：根据上一步的主尺度初步确定大致的船型，这里的船型应指从基线到主甲板之间的简单二维轮廓。为确定船型必须在开始的迭代中估计满载排水量，因为在设计

26、螺旋线的后续设计中将会用到这个量。在这个阶段中还会得到一些主要的值：（1）甲板数；（2）船体的有效总容量和每层甲板的有效面积：步骤三：阻力和耐波性的估算：步骤四：设计推进系统，这个步骤包括推进器、动力传送、主要原动力以及相关系统的设计，推进系统可以是机械推进也可以是电力推进，推进器要满足最大试航速度的要求。步骤五：主要进行电力系统、辅助系统和艇装的设计。步骤六：进行船体结构的设计。在这个步骤中，将估算局部载荷和总体载荷的大小，并利用材料的特性来确定结构的构件尺寸，以保证船体的强度和外板的挠度。根据构件尺寸可估算船体结构的重量步骤七：重量的估算。将船舶所有的主要系统和次要系统的重量叠加得空船重量

27、，随后，进行船体载荷的估算和黄加。步骤八：船体总布置。甲板面积和船体容量必须能够支持船舶各系统和载荷，如果甲板面积和船体容量不满足要求，则要进行主尺度的调整，直至满足要求为止。步骤九：完整稳性的估算。主要根据步骤二确定的船型估算复原力臂。步骤十：确定是否达到稳定设计。判断步骤二计算得到的满载重量和步骤七的满载重量是否相同，如果二者不同，就需要进行又一轮的迭代计算，通常需要进行的迭代次数不少于15次，当最后估算得到的满载排水量与开始估算的满载排水量相差在0.5%之内，迭代可结束。当建立了稳定的设计之后，船舶在海上的运动、营运周期所需的费用等等都可以预计。4. 2船舶设计的特点船舶设计过程中主要有

28、以下几个重要特点：多学科性在设计过程中涉及到结构、船型、稳定性、使命要求、水动力性能等问题，这些问题与多种学科有关。循环性考虑到设计的目的，在设计过程中必须预估船舶的性能。这样，就需要一个不断改进、不断调整的过程。解决方案的多样性对一个给定的设计问题往往有很多个解决方案，每一个方案都可能完成任务，而且在技术上和经济上都是可行的。目标的多样性不能简单地用一种方法来确定最佳设计方案的标准，在必要的时候，要根据不同的设计目标运用不同的方法。局限性如果一个设计方案是可行的，它必须满足这样的前提条件：a）能够创造价值； b）解决方法能满足使用要求。近似性实际上，建立或评估一个模型并不严格按照理论基础，更

29、多的时候是依据以往的经验。而且，在特定的设计阶段，各要素之间的关系是会发生变化的，所以近似性是不可避免的。4.3设计要求初步设计是船型、速度、载荷以及航程等的确定，当船东的要求，设计者的技术标准都得到满足时，整个船舶设计过程可以说结束了。在每一个设计过程中船东的要求是不同的，随之，设计者的设计方案也要发生变化。船舶必须满足的设计要求有以下几点：1 .必须要有足够的浮力，即船的排水量要等于船的重量。2 .设计的船必须可建造，可操作，并且满足经济性要求.3 .具有足够的稳性，在最危险海况下不至于倾覆。4 .船体结构必须具有一定的水密性。5 .有良好的航海性能，在波浪中能自由航行。6 .防火、防爆、

30、防腐，有足够的救生设备。7 .有良好的操纵性能和足够的动力储备。8 .在航行周期中，有充分的各种储备。除此之外，像建造成本、营运成本、安全系数等也都应在考虑范围之内。9 .3.1货船货船作为运输系统的组成部分扮演着比较单一的角色，船东的主要目标就是获取利润。船东往往根据对使用功能的要求来定义货船。对普通的货船而言，这种要求包括理想的航速、必要的载货能力、持久的运作能力。设计者根据这些要求作出在经济上可行、能被船东所接受的设计方案。因为商船是以羸利为主要H的，所以在实际设计过程中必然要进行经济性的评估。对一个船厂而言，“经济”就意味着最低的资本投入。另外，船东买船和使用船都要在给定的条件下，所以

31、对经济的评估，包括运作成本和建造成本。10 3.2军船通常，军船具有复杂的运行形式，并没有明显的经济方面的限制。军船必须具有必要的战斗力，所谓的战斗力是指在最危险海况下，军船所能避免或承受敌方的袭击的能力。不能有效地避免或承受敌方的袭击，将是军船致命的弱点。11 3.3客船在现代客船设计中，乘客的需求和舒适是最主要的。所以，设计者将低振动、低噪音、良好的耐波性能和高标准的住宿条件作为设计的主要目标。4. 4船舶设计的约束条件设计的约束条件是受运行环境的限制或按照各种船舶机构的规定强加在设计过程中，这些条件设计者必须遵守。典型的约束条件有： 桥下行驶的高度限制 浅水中的吃水限制 码头、斜台、管道

32、等的限制 船级社的规定 IMO约定 国际规则和惯例4. 5船舶设计过程船舶设计过程可总结为以下几个阶段： 船东要求的确定 概念设计阶段 初步设计阶段 合同设计阶段 详细设计阶段 建造 完工和试航图4.2给出了船舶设计过程。图4-2船舶设计过程4. 5.1船东要求的确定船舶设计的第一步就是明确设计的目标。商船船东的主要目标就是获取尽可能多的利润。船东通过市场调查，确定经营的方式以及每年通过固定的航线运送货物的数量。通常，船东可以选择一艘大船或多艘小船来运货，所以需要进行一系列经济论证来确定最佳方案。在商船的可行性研究中通常需要考虑的有：交易的形式确定设计是否满足使用的要求，这些使用要求包括船可以

33、停靠在航线中的任一码头，可以载运要求的货物的数量和种类，能提供一定的舒适环境。 航速船舶必须保证具一定的速度。 船舶主尺度确定船的主尺度的航i应考虑到船能自由进出码头，有足够的载货容量。 船型和排水量 总布置 主机的选择应选择效率最高、最可靠的推进设备。 船体艄装判断不同的传动装置、支撑设备的重量和价格等是否符合要求。 载货能力和登记吨位相反，军船的主要目的是为政府提供城慑力，加强军事力量，以防潜在的敌人的袭击。军船的防御能力和进攻能力依赖于诸多因素，比如速度、探测设备、探测的范围、导弹发射的准确率、人员的工作效率、对危险的预知能力等等，而且这些因素受气候、地理、海洋状况等的影响。所以，在各种

34、特定的操作环境下，这些因素必须进行综合考虑。设计文件主要用来明确船舶的使用功能，确定船东的要求和指导设计者进行更为有效地设计。它包括的内容有：（1）船舶的用途或使命；（2）船舶性能的度量方法；（3）船东的设计要求；（4）设计的约束条件。4.5.1.1船舶的用途或使命船舶的用途或使命经常可以用一句话或一段话来描述。比如，对客船而言，它的使命要求可以陈述如下：“在两个港口之间，快速、安全、舒适地载送乘客并创造最大利润。”这种描述是简单而又实在的，它在强调速度、安全、舒适的同时，并没有忽略经济效益。像这样的对船舶用途和使命的明确化，可以帮助设计者在设计过程中始终围绕一个重点，得到最理想的解决方案。4

35、.5.1.2船舶性能的度量方法这部分的内容是将船舶的用途或使命用数学公式来表述。船舶性能的度量方法是用一个公式来计算一个特殊量,从而来判定设计方案的优劣。船舶性能的度量方法要根据船型而定。货船通常用一个目标函数作为船舶性能的度量方法，运费率(RFR)就是比较常用的一个目标函数。s AAC Y + CR(i,n)xPKrK =CC式中：C每年的载货量Y每年的花费P投资额CR主要恢复因素4.5.1.3船东的设计要求多数船东会指明成本、航速、航程以及居住性的一些要求。 有效载荷货物的载重量、集装箱、系统、武器、探测装置等。 航程在特定速度下的持久力。 速度在给定功率下的速度。 特殊性质比如起重能力、

36、卸载能力。 耐波性在特定的海况下，安全行驶。 法规/规则如船级社的规定、法规、海上人命安全公约等等。4.5.1.4设计的约束条件同4.4所述。4. 5.2概念设计阶段概念设计是将船舶的使命要求转化为建造学和工程学上的需要。在这个阶段的开始，设计者通过协调使用方面和成本方面的矛盾，寻求多种能够满足船东要求的方法。当船舶用于海匕交易时，概念设计包括不同种可行性运输方案的研究和它们的经济性的评估；当船舶用于军事活动时，概念设计应包括为达到要求的防御能力和攻击能力进行的方案选择，以及各种方案的成本和效率的估计。概念设计是以广泛的调查为基础的，为以后的各种设计提供几种可行性方案。在概念调查中，设计小组往

37、往会提出很多概念，比如新的船型，新的设备。在这个阶段中，主尺度、总布置、主要重量、动力装置都将大致确定。不管建造什么样的船，在概念设计中造船师都必须明确设计要求的矛盾是不可避免的，必须分清主次关系，将重要的放在考虑的首要位置。在设计过程中以下几点原则须遵守。 在解决各因素之间存在的矛盾时，不能忽视船舶的主要功能。 必须重视各要求之间的矛盾的不可避免性。 重要的要求必须放在首要位置。 设计中必须考虑稳性和纵倾。 船员和乘客的舒适也要优先被考虑。 相联系的因素可以同时考虑。 相抵触的因素应分别考虑。 .5.3初步设计阶段初步设计的步骤如下：1、完成船体形状的定义。2、形成比较详细的结构说明。3、确

38、定内部结构的布置。4、水动力性能和稳定性要求的确定。5、对阻力、动力和船舶的性能进行重估。6、计算各项重量以确定准确的吃水，从而平衡船舶。7、计算各项成本。4. 5.4合同设计阶段初步设计是设计船舶的话，那么合同设计就是设计合同。合同设计的目标就是设计一系列的投标文件。合同设计包包含建造者进行投标所需的各种信息。典型的合同设计包应包括: 总布置图 结构图结构的详细资料 推进装置的布置,主机的选择 推进器的选择 发电机的选择 电力线路的图表 管路系统 防火系统示意图 燃料系统示意图 通道设置清单 涂装系统进度表这些资料通常需要大量的图表（根据船型的不同从40页到200页不等）和书面材料（一般情况

39、下需要200页）。4. 5.5详细设计阶段在详细设计阶段，每一项必要的细节设计都已完工，随之，材料的定购工作和船舶的建造工作都将开始。详细设计小组的成员不一定都是参加概念设计和初步设计的成员。详细设计的任务包括在建造过程中对船的重量的监控，根据已得的数据计算稳性以及对结构和焊接技术的描述等等。详细设计应使整个设计是可交付使用的，应包含图表、模型和说明书。可交付使用的详细设计具体包含的内容有：型线图,车间分布图 三维视图 总布置图 结构图 甲板平面图 机械设备及其布置 系统图表 说明书4.6 设计实例主尺度这里将以复杂的现代舰船美国最新的51导弹驱逐舰作为船舶整体设计的第一个例子。第一艘这种型号

40、的导弹驱逐舰造价10亿美元。美国海军海上系统指挥部将该船设计过程分为四个阶段：设计阶段工时（小时）可行性或概念设计40-80初步设计300-2000合同设计3000-20,0008400LT30+KTS船长506FT排水量船宽66FT航速居住性341图4-3美国51导弹驱逐舰应用现代造船理念，从签订合同到交船，一艘商船需要一年多的时间；而51导弹驱逐舰却要用八年的时间准备前期工作及五年的时间进行建造和试验。船舶设计过程中每年需要2000人，绘制2000张图纸；装配每年也需要2000人。商船设计比较简单是因为船舶本身简单。现举一例子与51导弹驱逐舰相比较，美国海军在1984年末与海湾造船厂签订了

41、三艘700箱集装箱船的合同，总造价为180,000,000美元，这几艘船长为216.4m,排水量为33500t。在二战期间，它们创造了最短的建造期，1985年7月，开始铺设第一块平板龙骨，1987年4月、6月和10月，三艘船相继交船。4.7 船舶设计方法船舶设计方法有很多种。传统的做法是，设计者依据自己的经验和母型船的相关数据进行设计，只要母型船的设计达到最佳或接近最佳，那么，这种设计方法通常都能满足经济性的要求。下面将简要介绍几种设计方法。4.7.1母型船设计方法这种设计方法以一种非常相似的船型为基础，选择的船被称之为母型船。在满足设计要求的前提下，设计船的性能和母型船非常接近。如果设计者有

42、比较满意的母型船，且其他因素相差不大，那么这种方法是可靠的、快速的。如果设计船的使用要求与母型船有很大的不同，那么采用这种方法就不合适了。所以这种船舶不大适用于现代船舶。4.7.2曲面设计方法如果设计者在最开始只能从船东的耍求中确定船舶的基本类型和最终设计要达到的效果。那么，为了得到一系列的船舶主要尺寸，就必须依赖已交付使用的船舶的具体资料。这种方法的优点是不单纯地依赖于一艘母型船，而是从一系列的船舶中得出平均值。所以，这种方法必须依赖相关的但不完全适用的以往设计，所以这种设计是安全的、常规的，但后续的一些性能有可能不满足设计要求。4.7.3循环设计方法初步设计中，典型的循环方法如图4.4所示

43、。图4-4初步设计中的典型循环设计方法这种方法的主要步骤如下:运用经验公式计算排水量，计算公式如下：DWT 0.750DWTA DWT +300运用经验公式计算主尺度，计算公式如下：L =4.09871|DIV7,I/3+31.8588,+4.2797=0.4524x80.9788运用经验公式估计船型系数，计算公式如下:CB =1.000.774工Cm =0.9+0.1CflCP =0.95g +0.05船舶的总重量必须等于设计排水量=+ DWTOWT = DWTc+Wf+Wl+卬鹏+ Wmurkum上式中的各重量项可用下面的经验公式计算：Ws =CSN 1+|（CB -0.70）Jl+0.4

44、-+0.25-+.式中：Cs =0.210-0.026LogN：1+0.025借-12）% =12MCR0.84RPMMCRkW, RPMdev/dak船舶的初稳性必须满足：GM = KB+ BM - KG 式中：KBBM =(0.0727+0.0106)T C BKG =0.65D用经验公式确定动力要求：Pe=5RT = Ry + Rr = R 尸(l + k)+ RwRf=-CfPSV2_0.075F (Log i(R,.-2)2z 1.06806 z x 0.46106/ x 0.121563 z ,0.364861+ M =0.93+0.487118仁)后 J怜 J(1- CP 0-6

45、042474. 7.3.1高级水面舰船评估工具高级水面舰船评估工具(ASSET)是对美国军用水面舰船进行探测性和可行性设计的计算机软件，ASSET的主要目的是根据舰船的使命要求在早期预估船舶的各项性能，并提高后续的设计和技术的准确度。a)输入主要的输入有：纵剖面图有效载荷人员配备要求1、纵剖面图ASSET假定在使用该软件之前，造船师已经有设计船的简单纵剖面图，根据纵剖面图可以估算船的垂线间长，在很多船舶设计过程中，最小船长受干舷和上层建筑限制。纵剖面图中必须指出机舱的数量和类型、机舱的布置位置以及相连机舱之间要求的距离，还需要指出甲板室的数量以及为布置甲板室的舷伸甲板的长度。当通过ASSET设

46、计时，可能会证实上面的估算值的不准确和不理想，但是，由于影响设计的因素很多，对上面的估算值的调整往往山设计者来进行，而不是通过程序来调整。2、有效载荷应用ASSET时必须输入与有效载荷有关的数据，如自重、容量、电力负荷、监视系统、军备、可消耗重量等等。3、人员配备对特定的船舶设计，ASSET没有设置人员配备的功能，通过MANNING ARRAY功能可进行粗略的人员配备。但是，人员配备是造船成本的重要组成部分，必须对人员配备进行比较合理的安排。b）船体几何形状船体几何形状模块的功能是确定或修改船体线型，并估计船体性能。典型的船体几何形状模块创建步骤如下： 输入型值 利用Fastship生成船体型线 根据边界条件生成船体（船体边界条件是根据典型水面舰船得到的）通过船体几何形状模块计算可以得到： 横剖面型线图 船体纵向等容视图 船体轮廓和露天甲板平面视图 设计水线平面视图 横剖面面积曲线同时，船体几何形状模块还可以输出以下数据: 船体主尺度型线值边界条件限界线横剖面面积曲线garr，Me? wsnoi i.t.s nu wnt it -wrirm wxar m a canarm m:smavt*U