船舶电气智能设计系统关键技术

摘要：随着船舶行业的快速发展，船舶电气设计逐渐成为船舶设计行业的重要环节，但是目前传统的电气设计方法已经无法满足当前船舶电气设计的需求。当前我国大部分的船舶电气设计方法主要采用手工绘图、手工计算、手工整理的形式，这种方式既耗时耗力，还容易出现错误，无法保证电气设计效率和质量。为此，本文通过对船舶电气智能设计系统进行总体结构设计及关键技术的研究，旨在提高船舶电气设计的自动化和智能化水平，减少人为错误，提升设计效率和质量。

关键词：船舶；电气系统；智能设计；关键技术

Abstract: With the rapid development of the ship industry, ship electrical design has gradually become an important link in the ship design industry, but the traditional electrical design method has been unable to meet the current needs of ship electrical design. At present, most of the ship electrical design methods in China mainly adopt the form of manual drawing, manual calculation and manual finishing. This method is not only time-consuming and energy-consuming, but also prone to mistakes, which cannot guarantee the efficiency and quality of electrical design. Therefore, this paper studies the overall structural design and key technology of the ship electrical intelligent design system, aiming to improve the automation and intelligence level of the ship electrical design, reduce human error, and improve the design efficiency and quality. Key words: ship; electrical system; intelligent design; key technology

引言：

随着计算机技术的发展，船舶电气设计正向智能化方向发展。船舶电气智能设计系统主要是将船舶电气工程相关的数据、经验、知识进行数字化建模，通过智能化的方法对船舶电气工程设计工作进行管理，利用计算机辅助设计技术对船舶电气设计相关的数据、知识进行提取和存储，并且利用智能化的方法对船舶电气设计过程中出现的问题进行智能化分析和解决，从而提高船舶电气工程的设计效率，降低设计成本，同时提高船舶电气工程的安全性和可靠性。

一、船舶电气智能系统设计的必要性

建立船舶电气智能设计系统的必要性显而易见，传统的船舶电气设计虽然有一些设计软件可用，但这些软件功能有限，无法满足现代设计的需求。同时，设计过程中存在依赖于人工操作的问题，导致设计流程繁琐且效率低下。人力资源投入过高，难以适应船舶行业日益增长的复杂性和创新要求。而智能设计系统通过数字化手段整合设计和建模等多个环节，实现了设计过程的智能化。该系统不仅提高了设计的精准度和可靠性，还减轻了设计人员的工作负担，促进了工作效率的提升。通过引入智能化技术，船舶电气设计系统向高质量、高效率的方向发展，保证了其在竞争激烈的市场中的持续竞争力。

二、船舶电气智能设计系统关键技术

（一）信息数字化技术

信息数字化技术是指在计算机系统中，通过对信息进行存储和处理，实现对信息的计算、分析以及处理，进而对数据信息进行加工，实现数据的存储与传输。在计算机中存储的数据类型主要有文本、图形和声音等，其中文本是指能通过计算机读取的数据信息。图形指能通过计算机显示的图像，能够通过计算机对图形进行分析，并将其转化为相应的数字。声音是指从计算机中发出的声音信息。

信息数字化技术可以分为三个方面，一是通过信息处理技术将大量数据信息转化为计算机系统所能处理的数据；二是利用信息处理技术对数据进行存储和存储；三是将数据转化为便于计算机处理的数字，如文本、图形、声音等。其中第一种信息处理技术主要用在企业中，而第三种则主要用在政府机构。随着当前我国信息化建设水平不断提高，我国也逐渐将信息数字化技术应用到船舶电气设计中。如在船舶电气设计中采用OPC服务器、CAD/CAM软件和三维设计软件等，这些设备和软件能够满足船舶电气设计需求[1]。

（二）功能模块的参数化

在船舶电气设计过程中，需要对大量的产品进行计算，因此会涉及大量的计算公式和计算模板，这些数据都是以文本的形式存在于CAD设计系统中，所以在进行CAD设计时会经常遇到设计表格的问题。为了提高船舶电气设计效率和质量，可以将船舶电气设计系统中的数据进行参数化，将这些数据进行参数化处理，然后输入到CAD中，实现对数据的自动计算和自动识别。

在参数化处理过程中，可以根据船舶电气设计系统中的基本信息和基本关系进行建模，然后根据模型的结构特征完成对数据的参数化处理。在对系统中数据进行参数化处理时，需要按照一定的规则将数据进行分类处理。而通过对船舶电气智能设计系统中功能模块进行参数化，可以将这些功能模块中的信息进行提取，然后通过建立数据库或者数据库接口等方式将这些信息导入到CAD软件中，以减少系统在CAD设计过程中对数据和模板的占用时间，提高工作效率。

（三）人工智能技术

当前人工智能技术已经应用到了各个领域，例如电子商务、金融、医疗、军事等方面。人工智能技术也已经应用到船舶电气设计中，为船舶电气设计提供了良好的平台。其中，智能设计系统能够帮助船舶电气设计者进行数据分析和计算，并对设计过程进行实时监控和调整，实现数据计算和设备管理等功能。该系统通过对船舶电气设计的数据分析，能够有效提高船舶电气设计的效率和质量。人工智能技术主要是依靠计算机进行处理和计算，从而实现数据计算和处理功能，因此该系统中的计算机需要具备良好的计算能力和运算速度，并能够实现实时监控和调整等功能[2]。

（四）功能参数化技术

功能参数化技术是指将船舶电气设计图纸、产品模型和工程数据等通过数字化技术进行存储，并建立数字化模型库，将所有数据统一到一个数字空间中，保证数据的一致性、完整性和安全性。通过建立数字化模型库，可以有效地将船舶电气设计的数据进行统一管理，避免重复设计、减少错误的发生；也可以提高设计效率和质量，避免因时间和精力不足导致的错误；还可以提高工程数据管理效率，避免数据丢失、损坏和重复使用等问题。

船舶电气智能设计系统中涉及的数字化模型库，主要包括船用电气设备电气附件和船舶电气工程数据三个部分。其中船用电气设备包括船用配电柜、船用配电箱、船用电源柜、船用变压器；电气设备电气附件包括各种电缆和断路器等；船舶电气工程数据主要包括各种仪表的安装位置、数量等。

三、船舶电气智能设计系统中关键技术的实践应用

（一）信息数字化技术的应用

信息数字化技术在船舶电气系统设计中的应用，使得设计人员可以基于设计对象的属性信息进行合理配置，利用信息数字化技术将各类属性值转化为数据表字段值。这种转化方式满足了设计对象信息分类储存的需求，方便了设计人员进行查询和参考。以船体设计为例，设计人员绘制电气系统图时，考虑环境变量对电气设备运行效果的影响，明确设备安装位置。在考虑设计因素时，设计人员设定电气装置满足机舱特定标准，如舱底、保护级别和防火等级等。

通过信息数字化，设计人员能够充分利用电气部件的数字化特性，收集和整理属性信息，应用3D模型呈现布置图和系统图，并自动生成所需材料清单。在完成设计后，设计人员也可利用信息数字化对设计方案进行校验。基于信息数字化技术，电气部件可以转换为部件代码，提高属性信息管理的质量和效率，促进设计过程的系统化与智能化[3]。

（二）人工智能技术中的应用

人工智能技术在船舶电气设计中的应用，主要体现在智能模拟和故障检索两个方面。一方面，通过构建技术平台，人工智能技术能够存储结构化和非结构化的数据，支持文件资料的存储和数据汇总。设计人员可以利用分布式计算框架，高效整合和分析各类数据，提升电气设计的整体效率，人工智能技术应用流程如下图所示。设计中可应用神经网络和算法模拟系统设计方案，对设计内容进行简化并验证效果。

另一方面是智能故障检索。通过数据库保存电气设备类型和属性，作为预测分析故障的依据，记录安全事故线索。人工智能平台允许使用神经网络和专家系统进行事故原因分析，生成关系树，帮助识别安全事件背后的逻辑关系。故障树分析方法能够在设计阶段识别潜在故障原因，优化设计，提升电气系统安全性，降低事故发生的可能性，加快电气设计的智能化进程。

图1人工智能技术应用流程

（三）功能参数化技术的应用

功能参数化技术广泛应用于船舶电气系统的功能单元设计中，通过将母型船和总则内容转化为具体参数，设计人员能够依据这些参数选择适合电气设计的航区和主电源。电气系统设计中，各类电气设备的属性和参考信息可以组合成便于查询的参数集合。根据船舶类型的不同，设计时可对电气设备进行细化，明确通信系统、广播系统等方面的要求[4]。

同时，在电气功能单元设计中，考虑到设计信息的交叉重叠，通过功能参数化处理，能够细化具有规律特征的模块单元，统一管理相似属性的电气装置。功能参数化处理完成后，系统能够直接生成原理图，以全面的电气参数信息为参数化模型的构建提供科学依据。此外，功能参数化技术还支持对船舶电气系统进行动态模拟和仿真。通过模拟船舶在不同环境和条件下的运行情况，设计人员可以预测电气系统的性能表现，及时发现设计中的潜在问题，并进行优化调整。

四、结束语

综上所述，船舶电气设计在船舶设计中发挥着重要作用，传统的船舶电气设计方式存在效率低、质量差等问题，难以满足现代船舶电气设计要求。因此，本文提出了基于信息数字化技术、功能模块的参数化、人工智能技术以及功能参数化技术的船舶电气智能设计系统关键技术。通过这些技术的应用，船舶电气设计能够更好地适应现代船舶工业的发展需求，实现船舶电气的自动生成、自动校核、自动绘制、自动整理，提高船舶电气设计的效率和质量。

参考文献

[1]张望辉.智能化技术在自动化控制系统中的应用[J].集成电路应用,2023,40(4):320-321.

[2]沈大伟,张锐,亢玮冬.基于人工智能技术的船舶电气设备自动控制系统[J].舰船科学技术,2023,45(2):163-166.

[3]刘玉璞.基于实验的船舶电气系统优化设计与能效分析[J].船舶物资与市场,2024,32(7):74-76.

[4]鲍雷.船舶电气设计期间注意事项分析[J].水上安全,2023(7):191-193.