船舶电气智能设计数字化信息模型探析

摘要：由于船舶的系统结构复杂、技术含量高，并且需要耗费大量的人力物力，因此开展船舶电气智能化研究显得十分必要。随着计算机、网络通信等技术的飞速发展，船舶的设计与建造正朝着数字化的信息模式转变，因此本文就对船舶电气智能设计数字化信息模型进行分析，从而保障船舶电气质量及运行安全。

关键词：船舶；电气智能设计；数字化信息模型
Abstract: Because of the complex structure, complex, high technical content, and need to consume a lot of manpower and material resources, so it is very necessary to carry out the research of ship electrical intelligence. With the rapid development of computer, network communication and other technologies, the design and construction of ships is changing towards the digital information mode, so this paper analyzes the digital information mode of electrical intelligent design of ships, so as to ensure the electrical quality and safety of operation.

Key words: ship; electrical and intelligent design; digital information model

船舶行业是一种具有很长历史的传统工业，它的建造过程与技术也在发生着变化。近几年，伴随着电子和信息技术的飞速发展，云计算和大数据已经逐渐成为一个新的潮流。船舶工业根据自身的发展需要，加速向数字信息化转型，出现了智能船舶、无人船舶等理念。船舶电气系统是船舶的关键部件之一，它的设计质量对船舶的安全性及经济性有很大的影响。但是，目前的电气系统的设计流程比较复杂，时间比较长，不能很好地适应现代化造船对电气系统高效率和高品质的要求。因此，通过建立船舶电气智能设计数字化信息模型，是提升船舶设计水平与质量的重要手段。

一、船舶电气化智能设计系统设计

（一）系统设计功能需求分析

对于船舶电气化智能设计系统功能需求需要从多个层面进行分析。在电气系统的设计上，该系统应该具有较强的负荷运算能力，能够针对设备的不同的用途、规模及设备的布置要求，准确地计算出各种电气设备的功率要求，对电网结构进行适当的设计，保证供电的稳定可靠。并且，为电气系统的选择和布局提供技术支撑，根据相关标准及具体的结构，进行智能化的选择，并提出合理的布局方案。在设计优化功能上，系统需能够对电气布线进行自动优化，以降低线路的损耗，降低线路之间的相互影响，从而提升电路的运行效率。此外，系统还应该具有仿真和诊断能力，能够对各种类型的故障进行模拟，以便及早地找到可能存在的问题，并提出针对性的对策。另外，该系统还必须具有很好的数据管理和分享能力，可以对设计中的各种资料进行储存和处理，并且能够让多个人进行协作，让各个领域的专家能够进行信息的交换和分享，从而提升设计的效率和质量[1]。

（二）系统设计框架结构分析

船舶是一种特殊的交通工具，其运行环境、功能要求以及复杂多变的特点决定了其在满足电气系统普遍规律上，不可避免地呈现出一定的差异与特殊性。这种不同不仅仅表现在电气布局和设备选择上，更表现在控制逻辑和安全保护等方面。为此，在建立船舶电气智能化设计系统时，应将上述特点加以综合考量，以保证该体系能够更好地适应当前的运行环境，并提高其工作效率与安全水平。

从设计与开发的成本角度出发，一个有效而实用的船舶电子智能设计系统应该是一个集资料库、数据库、参数绘图、主程序和人机交互为一体的综合平台。各部件之间不是独立的，而是相互依赖和密切联系的一个有机整体。资料库主要用于对船舶电气系统的各种技术文件、标准规范以及以往的工程实例进行储存与管理，以便于工程师对船舶电气系统进行深入研究；数据库则用于存储设计过程中产生的各类数据，用以储存各种不同类型的资料，如设备参数、系统组态、试验结果等，方便地进行资料的查询与分析；参数绘图模块可依据所需的参数，实现电气图纸的绘制，从而极大地提高了电气图纸的绘制速度；其中，主程序作为系统的中枢，负责协调各个模块之间的运行，保证软件开发过程的顺利进行；而操作接口是设计者和用户之间进行交互的窗口，它的设计应该具有很强的直观性和易用性，使设计者能够很快地掌握和有效地进行设计工作。

在这一综合的系统中，信息的交互和连接扮演着关键的角色。要达到这个目的，引进数字化信息系统就显得非常重要。在对海量的数据进行有效的处理与管理的同时，利用各种先进的计算方法，可以对海量的数据进行实时更新、智能分析与辅助决策。这对于系统建设过程中的数据一致性、准确性以及船舶电气智能系统的正常运转都发挥着不可或缺的功能。利用数字化信息系统，让设计者能更方便地获得所需要的信息，进而精准地进行设计运算与最佳调校，极大地提高了设计质量和效率。此外，该系统还可以为船舶的后续维修与检修工作提供强有力的支撑，从而保证船舶电气系统的长久、可靠地工作[2]。

二、船舶电气智能设计数字化信息模型的应用

（一）在船舶电气系统设计中的应用

在船舶电气系统的设计中，采用数字信息模型把船舶电气的各部分组成一个统一的整体，为实现电气智能化设计奠定基础。在船舶电气系统的研制中，需要的各类参数具有很强的动态性，而基于数字建模技术的船舶电气系统可以及时地为其提供大量的原始数据。此外，数字化信息模型还实现了信息的交互和连接，以满足用户对产品的需求。同时，通过模型将电气系统中各个部分的数据进行传输、处理，使电气系统达到了自动控制、智能的目的。这不仅使设计的准确性和效率得到有效提高，同时还能够保障船舶电气智能化设计系统的顺利运转。比如，基于数字信息模型的船舶电气监管系统（如图1），可以对各机组的工作参数进行在线监测，通过预先设定的计算方法对各机组的工作状况进行动态调节，从而达到最优负荷配置，保证电力系统的稳定可靠[3]。

图1：船舶电气监管系统

（二）在船舶电气布线设计中的应用

船舶的电气布线设计是一项非常复杂的工作，要综合多种电力设备的布局、线路走向和电缆规格等方面的影响。电气布线的数字化信息模型，为设计者们构建了一个真实感十足、直观且可视化的设计环境。通过该系统，设计者可以很容易的对布线进行合理的规划，并对其进行最优的布置，优化线路走向，减少电缆长度和接头数量，从而降低布线成本和故障率。此外，该方法还可以对船舶电气系统中的电流分布、压降等电特性进行研究，以保证配线方案符合船舶电气系统的使用需求。另外，该模型还可以自动生成布线图纸和材料清单，大大地提升设计的效率与精度[4]。

（三）在船舶电气故障诊断中的应用

1.故障预警与监测：一方面，将多种传感器接入船舶电气系统，实现对电气设备的动态测量，实现对电气设备的电压、电流、温度、湿度等参数的实时测量，并将其传送到数字化转型中。通过对监测结果进行实时的分析，并将其与正常指标进行比较，并在出现异常的时候发出预警。比如，当电动机温度异常时，系统就会发出警报，提醒维护人员进行检测。另一方面，利用数字化信息模型中的历史数据和数据分析算法，即通过对电气系统运行状态的实时监测，预测电气设备的故障趋势。通过对该设备的工作状况及工作特性进行研究，可以对设备的故障进行预测，以便及早进行维修工作，防止故障发生。比如，通过对变压器的油中溶解气体含量进行长时间的监控与分析，可以对变压器内部有无绝缘老化等隐患进行预报，从而对其进行维修。

2.故障定位与诊断：在船舶电气系统出现故障时，数字化信息模型通过对其产生的各种故障现象及所收集的相关资料，进行故障推理和诊断。数字化信息模型中存储了大量的故障案例和诊断规则，通过与以往故障特征进行对比，从而实现对系统故障的准确识别。例如，当船舶的某个配电板出现跳闸故障时，模型能够通过对各开关的位置及相关设备的工作状况等进行分析，从而对其发生的短路、过载等问题进行分析，并提出相关的诊断意见。在故障诊断工作中，模型能够进行故障模拟，从而保障检验诊断的准确性，通过对不同故障进行模拟，对系统响应变化进行观察，并将其与真实情况进行比较，从而确定问题所在。

3.维修决策支持：根据故障诊断结果，数字化信息模型可以提供相应的维修方案建议。由于模型中包含各种电气设备的维修手册和维修工艺，并针对故障类型及特性，形成具体的维护程序及防范措施。比如，在发电机发生事故时，模型能给出发电机拆卸、检修、装配的全过程，并给出所需要的工具和材料清单。该方法还能辅助维护人员配置、维护工具及零部件的准备。通过对维护工作进行排序，并结合维护工作的实际情况，对维护方案进行优化，从而达到降低停机周期的目的。例如，当多个电气设备同时出现故障时，模型可以根据故障的严重程度和影响范围，确定维修的先后顺序，并调配相应的维修人员和资源[5]。

结论：

在当今世界科学技术飞速发展的背景下，船舶电气自动化也处于不断发展中。电气系统是船舶工业中的重要组成部分，其智能化设计已经成为提高船舶性能和提高市场竞争力的重要手段。在今后的研究中，随着大数据和人工智能等技术的深入应用，船舶电气智能设计数字化信息模型将发挥更加重要的作用，为我国船舶行业的可持续发展提供新的动力。

参考文献：

[1]熊纪国,熊元元.船舶电气智能设计数字化信息模型研究[J].广东造船,2024,43(06):97-100.

[2]周永志.船舶电气智能设计数字化信息模型研究[J].船舶物资与市场,2023,31(04):73-75.

[3]缪昶昌.浅谈船舶电气智能设计数字化信息模型[J].船舶物资与市场,2020,(11):37-38.

[4]冯国友.船舶电气智能设计数字化信息模型分析[J].现代制造技术与装备,2016,(05):8-9.

[5]赵亮,张铭.船舶电气智能设计数字化信息模型分析[J].科技创新导报,2015,12(26):46-47.