船舶設計的案例
江南造船胡可一：從船舶設計手段變遷，看船舶工業的發展
CASIS 工程
自主開發 CAD/CAM 的先導
中國船舶工業總公司組織了計算機輔助船舶設計集成系統（CASIS）工程的開發。CASIS-Ⅰ期工程所取得的最有實用價值的成果是基于PC平臺的管系放樣PCPS系統，它的應用使管系放樣計算機化。
80年代末，中船總又組織進行目標為船機電一體化的CASIS-Ⅱ期工程的開發，引進了當時較為先進的圖形工作站和基礎CAD系統平臺。現在回想起來，由于當時參與開發的骨干是船舶設計專業人員，因此，在系統設計的理念上還是相當貼近船舶設計實際的。經過多年的努力，該系統在1994年通過了評審，初步完成了CASIS-Ⅱ期工程預定目標。但由于采用高級語言編制的接口程序運行效率較低，CASIS-Ⅱ期工程僅有部分成果在實船設計中得到應用，并未形成真正實用的設計集成系統。但不可否認，CASIS工程的實施開創了自主開發船舶設計 CAD/CAM 的先河。在幾乎在同期，中船總下屬的六一一所也在 Apollo 工作站上開發了DFS二維CAD系統，艙室設計人員以此系統為平臺開發了艙室布置系統，在一些船廠設計建造船舶的艙室設計方面得到了廣泛地應用。由于當時參與系統設計的人里有經驗豐富的設計人員，艙室設計系統的開發設計理念即便到現在還是有不少可圈可點之處的。
Tribon
船舶設計手段進入了一個新時代
1995年，船廠從KCS公司引進了KCS船舶設計軟件和20套MARS物資管理軟件，并于當年派遣了技術人員前往瑞典馬爾默的KCS公司總部參加應用性培訓。
展開 簡述船舶設計基本流程
船舶設計是一項比較復雜卻又總是會在進行的事情，因為通常來說一型設計，尤其是大型船舶設計通常來說并不會投入批量生產，換言之一份圖紙所對應的生產數量其實很少，但是總是有人對船舶提出需求，船廠也總是一刻不停地在進行生產，因而圖紙的設計也在一刻不停地進行著，通常來說建造一條船之前船東會對船提出比較具體化的需求，這種“量身定做”式的需求也使得船舶設計這一工作持續不斷地開展，有時候是依據之前比較成功的船型進行一定的修改，有時則是開始一份全新的設計。
船舶設計工作通常由設計院所完成，較大型的船廠也會具備一定的船舶設計能力。另外，我們常說的“總體設計”與船舶設計流程并不是同一種概念，總體設計是相對于對于船舶設計中局部進行詳細設計而言的，而船舶設計流程是指在不同時期的設計過程，總體設計貫穿著船舶設計流程的始終。船舶設計是得以建造一條船的前提和基礎，通常船舶設計工作是由船研院所或是大型船廠下屬的研發機構完成，船舶設計流程的說法有較多，在此介紹其中一種劃分方法：總體來說分為三個階段： 1. 基本設計 2. 詳細設計 3. 生產設計，本文就對此三大階段做下簡要的介紹。
一、基本設計
基本設計在有的分類方式之中也將其分成“概念設計”和“基本設計”兩部分，其中概念設計又名方案設計，主要職責是將對船舶的主要需求和方案轉化為具有概念性和概括性的設計，設計結果主要包括： 1.100~150頁的規格書和說明書，大體介紹該船的主體布置及性能，大體的技術參數 2.總布置圖GR，描述船舶的總體布置等 3.基本結構圖 4.典型橫剖面圖，將一些關鍵部位或是具有代表性位置的橫剖面圖樣制作出來 5.廠商表，開列出有關設備及材料的生產廠商 基本設計之中的一部分也可稱為合同設計，可用于船廠報價，進而便于中介進行協調。
展開 船舶海工資料包放送（CFD、湍流、尺寸設計、國防、船舶設計…）
本資料包可以作為船舶海工行業相關人員學習參考。
其中包含電子書、白皮書、視頻、研討會等：
船舶設計的全尺寸CFD模擬
采用ALS技術減少散貨船摩擦阻力的CFD研究
湍流建模及其對于船舶行業的影響
如何使用仿真驅動型方法設計船舶
應對未來挑戰的船舶設計：船舶設計的范式轉變
國防海軍造船數字化，開創高效開發和生產多樣化的新時代
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如何通過仿真工具推動船舶設計流程（免費領文檔）
仿真驅動型船舶設計方法可以降低成本并加快設計時間。了解如何自信地實現目標。
為了提高船舶效率和減少排放，船舶行業承受著持續的壓力。對于船廠和船東而言，確保實現目標的唯一方式就是設計并建造最高效的船舶。船舶設計階段就已決定能否提高效率并降低建造成本。
在本白皮書中，我們將介紹仿真驅動型船舶設計流程，這是一種全新的方法，它沒有被效率低下的船舶設計螺旋循環所束縛，而是充分利用當今可用的數字化技術。船舶設計師可以評估更多設計，并專注于性能改進或新穎的解決方案以探尋最有效的設計。
從相互孤立轉向集成流程，徹底反思如何設計船舶
傳統船舶設計流程通常從新船的任務說明開始，然后依次考察設計的許多不同方面，例如比例、船體線型、總布置、結構和船重等。這些評估階段通常由各自獨立的團隊執行，他們使用的工具或生成的數據之間沒有任何聯系。需求或船舶設計的任何變更都需要重新檢查所有方面，但是由于數據傳輸的延遲，詳細分析通常滯后于當前設計。這一流程增加了利潤壓力，并減少了創建最佳設計的時間。
本白皮書概述的仿真驅動型船舶設計流程對如何設計船舶進行了徹底的反思。該方法使用互聯分析工具和集中式數據存儲來消除相互孤立的狀況，并將所有分析階段連接到一個中央主模型。各團隊都可以訪問所需的數據，并且自始至終可以處理當前設計。這樣可以加快設計更新和集成分析的速度。
跳過船舶設計螺旋循環，降低了成本并縮短了設計時間
我們的解決方案提供集成設計環境、自動化工作流程和智能設計探索工具。通過移除單獨的步驟并簡化流程，這樣的工作方式消除了傳統的船舶設計的螺旋循環。這樣可以對許多設計變型進行快速分析，并從最早的設計階段就可以進一步了解船舶性能。人工干預的減少使船舶設計師有更多精力去進行結果分析和設計變更。
展開 
船舶設計：船舶等效和替代設計那些事兒
綜上，按照小編的理解，等效是針對船舶裝設的設備、材料或器具等，屬于船舶從屬構成；替代設計和布置則針對于船舶本身結構建造，屬于船舶主體的創新設計變化。等效和替代設計可能導致船舶配備的裝置、材料或設備，甚至整個船型都與公約的條款規定相背離，但需要強調的是，等效和替代設計制度決不意味著可以不遵守或者降低公約規定的船舶安全技術標準。為此，各國主管機關都制定了嚴格的等效和替代設計審批制度，并基于安全風險評估的方法，將等效和替代設計與公約規定的安全標準進行對比分析，客觀評估是否滿足公約要求。想深入了解的朋友可查閱 MSC/Circ.1002、 MSC.1/Circ.1212、Resolution MEPC.110(49)及MSC.1-Circ.1455等IMO文件。我國《中國籍船舶等效、免除管理暫行規定》規定船舶設計單位或船東申請等效至少應提交以下材料：
1. 申請書；
2. 船舶概況：船名、主要尺度、船舶結構、主要設備、航區等；
3. 申請采取等效措施的裝置、材料、設施或設備、器具，或者型式；
4. 申請等效所依據的公約、法規、規定的名稱及其具體條款內容；
5. 對等效措施的技術分析；
6. 業已通過試驗或其他方法驗證等效措施至少與公約或法規、規定所要求的具有同等效能的證明。
展開 船舶設計讀書筆記：前期方案中的船舶復雜性
對于早期的船舶概念設計來說，要得到一個完整的總布置是
一個挑戰
。
在概念設計中使用復雜性度量的目的是達到成本，其中一
半由船舶本身驅動，另一半由任務系統驅動。
因此，有必要對任務系統
和平臺的復雜性進行建模。
經驗表明(NSRP 2011)，
在設計早期階段制定的船舶布置通常是通過細節設計進行的，沒有任何優化嘗試。有研究指出，艦艇的布置經常在細節設計中變化，設計工程師很難為所有東西找到足夠的空間。
概念設計的決定性任務是大量的解決方案空間，其中包括成百上千種需要評估的備選船舶概念設計。我們需要改進的是探索這個巨大的概念設計解決方案空間的方法。該方法必須同時考慮到替代概念設計在船舶布置方面的復雜性，包括足夠的空間來容納重要的舾裝組件，如HVAC、管道、電纜等。
因此，有必要在早期設計的集成設計環境中體現和度量船舶總復雜性，包括將船舶總復雜性與成本聯系起來。
2.2 把船舶密度（ship density）作為復雜性的衡量標準
船舶密度是衡量船舶布置能力的一種合理的綜合指標，從前
期設計的總體布置到細部設計的深入建模。
一般來說，尺寸越
大，密度越低，越容易布置。
過度密集的設計會增加初始構
建工作中遇到的問題的數量和嚴重程度，增加了設計的復雜性。
復雜性意味著第一艘船成本的增加。
1)為了降低成本而進行的減重努力往往會產生相反的效果;
2)不必要的密集設計必然會增加成本、進度和性能風險;
3)密度測量是一艘船中系統和設備布置緊密程度的充分近似值。
【3】裝備密度對船舶建造工作內容的影響
歐洲船舶設計師和造船商正在積極宣傳設計更大的船體以更好
地適應設備和裝備系統的好處。
展開 江南造船專家談 | 數字化變革——船舶設計高質量發展之路
大型鋼質船舶設計是一個典型的面向離散型、定制型產品的綜合性系統工程，是船體、輪機和電氣等十多個不同大專業設計的集合，每個大專業又可細分為許多子專業。以廣義的船體設計大專業為例，又包括總體設計、結構設計、舾裝設計、內裝設計與工藝工法等多個子專業。
傳統的船舶設計是根據運輸的貨物、營運水域、港口設施，以及相關的法規、規范和設計任務書的具體功能要求，為某型船舶的建造和營運提供所需的全部技術文件。所有的技術文件、圖紙和計算報告等需得到船東或船級社的認可后，方可進行下一步面向建造的工藝設計工作。傳統的船舶設計和建造的工藝工法在前期雖有關聯，但本質上是割裂的。以船廠自主設計份額最大的船體結構設計為例，傳統船舶設計的交付物基本以二維圖紙為主。二維圖紙得到船東和船級社認可后，在此基礎上進行船體實尺放樣再生成二維的草圖和數據，用于現場建造；待船舶建造完成并交付時，最終的二維圖紙作為完工圖紙入庫收存并交付船東作為全生命周期的信息載體。20 世紀 80 年代末至 90 年代初，在整個工業界“甩圖板”的大潮中，船舶設計也采用了二維 CAD 軟件（如 AutoCAD）進行二維圖紙設計。在 AutoCAD 的基礎上，通過高級語言和宏命令的二次開發也衍生出一些船舶設計專用軟件，其中以AutoSHIP 最為有名。
從 20 世紀 90 年代中期開始，中國的主流船廠引進了以 KCS（Kockums Computer System）為代表的準三維設計（2.5D）；同時，多家基于工作站的三維軟件，如 UG、Pro-Engineer、CADDS5、Intergraph（鷹圖）和CATIA 等，也試圖進入船舶設計領域。不過，由于船舶建造仍然以二維圖紙為主，因此相關各方（如設計院所、船廠、船東和船級社）之間設計信息的交換媒介仍然是二維圖紙。
展開 讀書筆記：面向前期設計的船舶數字化設計
在這個框架中，早期設計是一個增強的、更快的和堅實的設計階段，它將概念設計階段的所有活動與初步設計的特殊技能相結合，即：以圖形方式顯示結果。同樣，與CAPEX和OPEX等要求相關的所有船舶技術方面都可以通過真實的成本效益分析進行研究。因此，新的早期設計旨在成為執行概念設計階段的新方法。此外，由于可以與計算機系統集成平臺共享信息，因此可以為設計船舶的VR工具開發可靠且足夠詳細的虛擬原型。因此，可以以更快和可靠的方式比較幾個不同的和完整的設計備選方案。
【4】 總布置
在船舶設計中需要解決的問題是總布置圖的定義。這是船舶設計中最復雜的活動之一，需要對所有船舶復雜系統的集成有最高程度的認識。此外，早期階段的布置決定顯著影響其余的后續活動。特別是船舶機械設備在船上的布置，如果沒有一個合理的和綜合的方法，可能會使項目的可行性無效。
對于一組給定的機械部件，布置備選方案是眾多的。該過程是時間和資源密集型的，因此在早期設計階段，船舶布局和分布式系統被認為是低保真度的，目的只是為了衡量概念的可行性和需求的滿足。同時，最終目標是確保機械完全集成到總體設計中。
在大多數情況下，仍然是今天，機械布置是建立在經驗教訓，工程判斷和個人評估的基礎上，基于多年的經驗。目前最有前景的設計方法是設計空間探索（DSE），涉及到使用設計綜合模型，以產生大量的設計進行檢查半自動的優化技術，如MODM和遺傳算法。正如Shields所報道的，這些工具確實正在發展，以生成船舶布置問題的解決方案;更少的半自動化工具適用于分布式系統設計，并且更少的是明確地考慮布置和分布式系統設計。
展開 集成式船舶設計軟件用以加快創新
近年來，船舶行業面臨的各種趨勢為標準設計方法和模型帶來壓力。但顯而易見的是，船舶制造商需要創新，才能在這樣困難的處境中保持競爭優勢。船舶設計軟件是應對此行業大量復雜性以及實施集成式船舶設計和工程方法的必要工具。
船舶行業新技術
影響船舶行業的一些重要趨勢：全球經濟向著可持續、動蕩不定的方向發展以及對于高附加值船舶和多功能船舶的需求增加。利用船舶行業的新技術，船舶設計師可以應對這些挑戰并將其轉化為競爭優勢。使用船舶設計軟件來實施集成式船舶設計方法，可以打造更好、更高效的船舶并開創更好的創新機遇。
未來船舶設計和工程方面的創新
這些趨勢意味著，未來船舶需以不同方式運作。運用船舶設計軟件，船舶制造商可以：
使用仿真來優化設計和性能
在設計和工程階段保持數據的一致性
使設計流程與船舶建造和運營相連通
實現電動且互聯船舶的構造
增進協同并改進信息管理
掌握集成式軟件的船舶設計基礎知識
經驗豐富的船舶制造商都知道，設計和工程階段影響 85% 的總體構造成本并決定了大約 90% 的船舶性能。船舶生命周期這一關鍵階段的集成式方法可以幫助船舶制造商掌握這些船舶設計基礎知識，從而加快創新、縮短交付時間和生命周期成本、減輕風險并控制設計螺旋。
展開 船舶設計方案：NoGAPS氨燃料船設計方案曝光
近日，北歐綠色氨動力船（NoGAPS）項目聯盟披露了其氨燃料氣體運輸船的初步設計方案。
圖源/offshore energy
NoGAPS項目匯集了行業價值鏈上的主要參與者，包括馬士基·麥克-凱尼?穆勒零碳航運中心（MMMCZCS）、北歐創新組織（Nordic Innovation）、全球海事論壇（GMF）、BW Epic Kosan、雅苒國際（Yara International）、曼恩（MAN Energy Solutions）、瓦錫蘭（W?rtsil? Marine）、挪威船級社（DNV）、丹麥海事局和外部船舶設計公司Breeze Ship Design。
該項目分兩個階段為一艘氨動力零排放船舶研發解決方案。第一階段從2020年開始到2021年結束，項目就如何克服采用氨作為零排放海運燃料的障礙進行概念驗證，重點關注安全和效率、可持續和穩定的燃料供應鏈，以及商業可行性等方面。
項目第二階段于去年啟動，并且與Breeze Ship Design簽訂了設計合同，此階段將持續到2025年。這一階段會產生初步的船舶設計，為船廠招標和可能進行的船舶建造奠定基礎，同時船舶將為在北大西洋和歐洲西北部水域的商業運營進行優化。
零碳航運中心正在主導NoGAPS項目第二階段的船舶設計工作，現在其已經披露了初步的船舶設計以及可行性評估的結果，該評估確定并評價了能夠實現設計目標和要求的船舶設計概念。
可行性評估結果
在項目第一階段研究結果的基礎上，對擁有22,000立方米載貨量的靈便型氨燃料氣體運輸船的設計概念進行了可行性評估。
展開 船舶計算流體力學 (CFD) - 船舶設計與優化的頂尖仿真工具（免費領文檔）
下載我們有關船舶 CFD 仿真的專題報告。
船舶行業習慣于依賴船池比例模型進行船舶性能預測。盡管這種方法仍然有用，但仿真的興起，尤其是計算流體力學 (CFD) 的興起，也帶來了以數字化方式研究船舶行為的機會。這就開創了在真實的運行條件下以全尺寸預測船舶性能的方式。在本項專題報告中，我們將展示挪威船級社 (DNV-GL) 和美國船級社 (ABS) 這樣的行業領軍企業的工程師和船舶設計師如何使用 Simcenter 軟件進行船舶 CFD。
案例研究涉及的主題包括：
流體動力學仿真
空氣動力學分析
推進系統
數值船池
自動設計探索
流體動力學仿真為船池試驗提供了備選方案
在過去的一百多年里，人們一直使用船池來確定流體動力學性能。然而，制作船池模型并進行試驗，不僅成本高昂，而且格外耗時。這就意味著，船池試驗通常在設計周期后期執行。這些試驗用于驗證和調整已經確定的設計，而不是為早期設計選項出謀劃策。
CFD 仿真為船池試驗提供了新型備選方案。工程師們可以使用數值船池的虛擬模型，以數字化方式測試船舶性能。流體動力學仿真的設置和運行快速，因此能夠更早在設計流程中部署。這樣就可以提供工程數據，用于將設計推向不同的、更好的方向，開辟船舶設計創新之路。
專題報告包含多個案例研究，展示 CFD 仿真在各種場合的應用，包括船體的流體動力學優化以及螺旋槳裝置的建模，包括預測空化現象。這些研究顯示了快速進行設計評估的優勢所在，以及船舶可用的多種多物理場模型。
了解如何進行船舶設計優化
要想在船舶能效和創新的競賽中保持領先，工程師需要能夠快速地預測出設計更改對船舶實際性能所造成的影響。設計探索軟件依據用戶定義的要求對各種變型進行快速、自動化的評估，將 CFD 仿真推向新一層級。
展開 
船舶海工CAE精選資料：結構設計、CFD仿真相關實例、視頻、文檔...
二、如何使用仿真驅動型方法設計船舶
本視頻重點講解數字化工具，包括流程自動化、仿真和設計空間探索，如何能夠改變設計船舶的方法。
當前的船舶設計流程復雜而耗時。在初始設計中，時間有限，提議一種在構建過程中能使資本開支 (CAPEX) 最小化的船體設計，同時滿足客戶的運營開支 (OPEX) 需求以及驗證要求，這一直是一項具有挑戰性的任務。
了解船舶設計的仿真驅動型方法如何實現多種船體設計的快速開發和測試，從而滿足嚴苛的截止時間要求并且對船舶性能充滿信心。
觀看本次網絡研討會，了解以下精彩內容：
1.為何船舶設計的螺旋循環效率低下，如何改變
2.如何使用仿真驅動型方法設計船舶
3.多種船舶仿真工具互聯所帶來的優勢
4.如何快速評估成百上千的船體設計并確保滿足性能目標
5.同時優化海上供給船 OPEX 和 CAPEX 的案例研究結果
重新構思船舶設計流程如何能夠減少成本和設計次數， 通過數字化船舶方法管理設計數據和變量，將 CFD 仿真軟件與設計探索結合起來以評估多種船舶設計，了解有關船舶仿真工具的更多信息，與我們的專家一起探討如何使用數字化工具設計船舶。
三、應對未來挑戰的船舶設計：船舶設計的范式轉變
設計滿足嚴格環境目標的船只需要創新的思維，并且要擺脫傳統的設計方法。
在日益嚴格的法規和客戶需求的推動下，航運業的目標是到2040年實現碳中和。與此同時，近年來，市場格局變得越來越有競爭力。海洋工業需要創建不斷創新的產品和商業模式，并以不斷提高的速度交付，以確保生存和長期繁榮。
船舶行業面臨的挑戰之一，是他們用于設計船舶的方法不適合目標。傳統的設計方法基于理想條件和縮小模型。
展開 讀書筆記：船舶設計優化與模塊化設計
原文重點介紹的內容其實是船舶設計中的仿真軟件的技術發展情況，不過我個人更關注本文引言部分對船舶設計方法論的分析，以及其中對模塊化設計思想的介紹。供大家參考。
船舶是復雜且復雜的產品，其設計受本質上相互沖突的參數控制。由于參數量大，要求復雜，其基本性質相互矛盾；有人認為，它們的設計是為了獲得最佳性能，并受到設計和制造的限制（即船東、法定機構等的設計限制，以及船廠設施的制造限制）。
·在有限的船型選擇中，可以設計和制造最佳設計。但存在以下限制：
·設計和制造最佳船舶的專業知識非常有限，目前僅嘗試過幾種船舶類型。
·設計和制造一艘最佳船舶的成本非常高，實際上沒有多少設計機構或造船廠能負擔得起。
盡管優化船舶是可能的，但由于不穩定的全球經濟狀況，影響船舶設計優化的關鍵參數（即石油的價格、海運需求和供應）確實發生了顯著變化。因此，船舶優化設計的定義本身就受到限制，在價格、石油需求和消費模式的參數值發生變化的情況下，一個優化設計可能不是一個最佳（favorable）的設計。
由于優化船舶的設計和制造成本太高，為了降低單位成本，可以采取另一種方法。在給定一組約束的替代方法中（即結合造船廠的受限能力）；
一艘船的設計不是為了“最優”，而是為了“接近最優”。此外，在航空航天工業成功實施模塊化的推動下（即波音的747、767 和787 系列，是波音 747 基本設計的模塊化變體），類似的模塊化方法可以用于船舶設計。
模塊化設計已被視為產品和組織設計的新邏輯，
因為它有助于設計和制造公司應對不斷變化的環境。
非常有前景是，通過以模塊的形式構思產品，設計和制造公司可以獨立地負責獨立模塊的設計和開發
（但合并了不同模塊之間的內部和內部依賴關系），并且新的創新設計可以簡單地成為不同模塊的聯合。
展開 低碳背景下的船舶設計演變
船舶設計時通常只需要滿足諸如上述一系列的性能參數，不需要考慮更多的設計手段，也不需考慮產品能否持續滿足未來需求。然而在當前低碳背景下，新能源、雙燃料、風輔助、推進系統改進、空氣潤滑系統等新事物的產生給傳統的船舶設計帶來新的挑戰。本文帶您回顧船舶設計演變發展歷程，探討船舶未來發展之路。
單要素結構設計
直至2000年左右，約95%的船舶都采用單要素設計。即以特定速度和吃水為設計指標確定船舶的外型、船首和主機容量以使船舶在合同條件下達到最優表現。這也是船舶性能評價的主要因素。但是很少有人會考慮當船舶采用較低航速和較低裝貨容量時對船舶效率的影響程度。尤其對集裝箱來說，效率損失是難以接受的。為了達到降低營運成本并實現船舶最大效能，設計者們發現對船舶做相關些許改變，便可以提高船舶效能5%-10%，有時甚至可以達到20%，這意味著大型深遠海船舶每年可節省成本約100萬美元。
集裝箱船是最先棄用單要素設計原理的船型之一。隨著單要素設計原理缺點逐步顯現，所有深遠海船舶的設計和營運管理都將受到影響。
展開 三維船舶設計圖形工作站特點分析
船舶與海洋工程行業一直處于不斷革新挑戰，經營者為了抓住每一個機會，必須提升整體性能和降低總成本，從而要求船舶設計最短時間給出更節能、可靠和環保方案，面對上述需求并應對挑戰，船舶設計部門必須擁有高效率、高質量設計能力，能夠在最短時間完成建造船舶方案。
