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摘要：在发生战争冲突时，重要的作战武器之一便是舰船，在战争中占据主动权，必须保证其航行的安全性与可靠性。特别是在高科技作战中，科技水平将直接影响作战效果。因舰船结构相对复杂，在作战或者是航行过程中，要想实时了解舰船内部情况，需要掌握舰船各个结构与状态。为此，将模块化技术应用在舰船结构划分中，能够使结构划分更合理，以充分发挥舰船各个结构的作用，在海上航行与作战中占据有利地位。将模块化技术作为重要基础，划分舰船模块具有一定的可行性。
关键词：模块化技术；舰船设计建造；应用
引言
采用模块化技术实施舰船的模块化设计与建造,代表着当今先进舰船技术的发展趋势,实施舰船模块化设计和建造,不仅可大大改进舰船建造流程,缩短研制周期,提高整体质量,而且可实现舰船任务功能的多样性和作战使用的灵活性,利于现代化改装,减少全寿期费用,已成为当今各国海军发展追求的目标。
1舰船模块化意义
(1)缩短舰船设计和制造周期,从而大大地缩短研制周期。缩短舰船的设计周期体现在两个方面:一是舰船系列设计时,由于系列中有很多通用的模块,使设计时间较一般的方法大为减少;二是经模块化设计之后,可全部用已有的模块或增加少量专用模块来组成满足海军所要求的型号。模块化舰船是按模块组织生产的,而有限的模块中的零部件的胎架、工艺流程等都是定型的,所以制造周期必然缩短,从而可大大地缩短整个研制周期。
(2)有利于舰船现代化改装及新型舰船开发研制,增加海军对日益多变军事威胁的快速响应能力。可以不断地把最新装备技术应用于模块的设计中,代替那些战术技术性能陈旧的模块,在不变更其他模块的基础上,组成高性能的舰船,使舰船不断保持先进性。
(3)有利于提高研制质量,减少研制费用。一方面,在模块化舰船中,模块是相对独立的单元,由专门单位负责设计、专业生产,还可以对模块进行试验研究,有利于提高模块质量,进而提高舰船的质量;另一方面,由于按模块组织生产,而不是按舰船组织生产,使得大多数的零部件由单件、小批生产变为成批生产,扩大了生产批量,便于采用先进工艺、专用的工艺装备和高效的加工设备组织专业化生产。因此,在提高质量的同时,还有助于提高劳动生产率,降低废品率,从而大大降低研制成本。已知,模块化舰船的设计周期大大缩短,这本身就显著地减少了设计工作量,降低了设计成本。
2模块化技术在舰船设计建造中的应用
2.1模块化顶层规划
舰艇模块化对象是包含多个平台和多个功能模块的装备系列，属于复杂巨系统范畴，要成功达到模块化预期，合理的顶层规划至关重要。目前，我国现行武器装备研制管理的主线基本是采用面向各型号产品研制过程的纵向管理，而模块化技术的实施则对跨型号产品的横向管理和协调提出了很高的要求，因此宜采用矩阵化等更为适应的项目管理模式。特别是在研制经费投入不是很宽裕的情况下，可以先制定模块化体系表，然后结合各个型号产品的研制，逐步对各功能系统、各装备对象实施模块化，并在后续的产品研制中及时加以应用推广，这样就能以较为现实的途径解决研制经费支撑问题，而且能最大程度地确保目前各在研型号产品的技术状态和研制进度。整个模块化的体系结构应具有相对的先进性，在今后较长的时期内能保持相对稳定，而各个功能模块的典型化界面又应为今后模块自身的技术发展保留适度的余量。此外，为了充分借鉴利用国外已经取得的技术成果，同时考虑到今后军事技术引进和军贸出口的可能性，在制定我国舰船模块化技术标准时还应慎重考虑和国外现有标准的兼容性。
2.2电力负荷系统设计
由于目前常规设计和建造的舰船基本上采用的是一种混合制区域配电方式,电缆的连接在武器、电子设备安装完毕之后进行,然后再进行各武器和电子设备的试验,即所谓串行生产方式。这种串行生产方式带来的问题是船厂的建造周期长,生产条件差和成本的增加。而采用模块化设计后,与功能分区相适应,平台对功能区段实行区域配电,每个区段都设有一个电力负荷中心,由负荷中心直接向设在各功能单元上的供电接口供电,待模块上舰后与其供电接口对接以实现电源的供应。这种区域配电模式不仅可以提高电力系统的可维性乃至提高全舰的生命力,还可以避免上述串行生产方式的弊端。
2.2.1实行分舱独立的区域配电设计,配电容量设计应留有一定的裕度
换装模块间功能不同,所需的电力负荷也各不相同,要求在开展平台的电力系统设计时,考虑到未来改换装的需求,对每个功能区段内可能换装的模块的电力负荷进行综合分析,然后从兼容性的角度综合确定每个功能区段的电力负荷和全舰的电力系统容量配置。
2.2.2对功能模块进行配电的标准接口装置要求
为了方便地实现各种功能模块与功能区段和平台的电力对接,应对电气接口装置实行通用化、标准化、系列化设计。为此,应综合各武器、电子模块对电缆接口的电压等级、载流量、接插件数量、型式及装舰的空间尺寸等提出具体明确的要求,并留有备用接口。
2.3核心平台设计
因舰船开发费用较高且周期长，存在较高的开发风险，所以通常会借助通用结构变型，或是派生等多种方式对产品进行开发，以保证能够与舰船航行与作战需求相适应。需要注意的是，核心平台设计并非从零开始设计，而是借助模块化设计方式，实现产品开发平台策略，可以在相同的设计规则情况下完成模块的开发，且与其他模块相互独立。核心平台是在设计产品期间，可以被共享的加工过程、零部件以及子装配体，在增加选配零部件与约束条件的情况下开发一系列且具有通用性的产品。对于舰船结构而言，核心平台是其内部各个结构，确保平台中的各个模块接口均满足实际选配的要求。
2.4程序设计
1）用户界面。对新程序的开发，若仅依靠固定参数远远不够，必须对部分参数进行修改，以保证用户界面的简单化与快捷化，利用窗口即可修改相关参数，向其他程序传递并完成计算与分析任务。在Matlab软件当中，图形用户界面也被称作图形用户接口，借助图形形式将计算机操作用户界面显示出来。图2为程序系统的主页面架构。
2）界面功能。在此界面中，主要功能包括软件安装路径的检查。将已经完成设计的可执行程序打开后，要想保证程序对所调用软件准确地找寻，就要对链接所使用的软件安装路径设置进行检查。船舶中各个模块之间的数据存在一定的隶属关系，因此可以通过自适应学习算法，提取出每个模块的特征值，通过这些特征值即可建立起每个模块之间的联系。随后，需将有限元模型信息文件导入其中，同时考虑到各个模块之间的耦合程度，在仿真软件中按下“打开”按钮后，即可弹出函数创建对话框，输入用户后，即可返回选择路径以及文件名，进而有效地读取相关数据信息。可以发现在3s内，船舶的所有模块都加载完毕。在此基础上，要对参数进行修改，使用程度对参数进行设置，并通过用户操作界面显示出来。若要对某参数进行修改，只要选中即可。在完成参数修改后，按下“参数修改完毕”的按钮即可完成操作。
结语
舰船模块化技术是在舰船论证、设计和制造过程中不断发展而逐步形成的,它的不断完善和推广使用,必将对舰船的研制过程带来革命性的变革。
参考文献
[1]周宏,蒋志勇,朱骏,等.舰船标准平台模块化设计方法及可制造性研究[J].中国造船,2011,52(03):164–175.
[2]王海军,陈劲,成佳.基于模块化视角的ICT企业专利合作网络研究:华为案例[J].科学学与科学技术管理,2018,39(07):74–87.