（海军91370部队，福建 福州 350014）
摘要：针对船舶Buck变换器电路的内部机理建立了数学模型，设计了基于输入/输出线性化的方法，得到了定频PWM滑模控制器。考虑到电路受外部干扰以及参数摄动带来的不确定性，采用RBF神经网络对电路未知量进行估计，提高了系统的抗干扰能力。仿真结果表明，设计的控制器在标称情况下和在存在外界干扰以及参数摄动的情况下，都能较好地稳定在期望值上，体现了较强的鲁棒性。
关键词 ：船舶Buck变换器；PWM；输入/输出线性化；神经滑模
0引言
滑模变结构控制由于算法简单、鲁棒性好和可靠性高而被广泛应用于运动控制中，尤其被用于可建立精确数学模型的确定性控制系统中［1］。它的思想是确定切换函数，使系统先运行到滑模面上后做滑模运动，最终使系统稳定下来。由于切换函数的选择一般是关于系统状态变量的函数，且滑动模态可自行选择，故采用滑模控制对参数变化及扰动不灵敏。相比线性控制技术，滑模控制技术更适合用于开关变换器的控制，可克服开关变换器的周期性时变特性［2-4］，从而改善变换器的瞬态和稳态品质。功率变换器在工作过程中受开关控制量的控制，在两个拓扑之间来回切换，从而使系统在两个拓扑结构之间切换，具有变结构的特点。目前采用滑模控制对开关变换器的控制已取得了一定的实用研究成果［5-7］。
上述文献大多采用的是滞环调制，其最大的缺点就是运行开关频率不固定，而且对噪声敏感，给滤波器的设计带来了不便［8-10］。本文采用PWM调制，PWM调制最大的优点就是无论控制占空比的信号如何变化，其输出脉冲信号的频率都保持不变。
文献［11］针对上述问题，提出了一种新的定频PWM滑模变结构控制方法——基于精确反馈线性化的定频PWM滑模变结构控制，但基于精确线性化的反馈控制对系统参数稳定性具有较高要求，而实际参数会随温度、压力等的变化而改变。本文在此基础上提出了基于输入/输出线性化的神经滑模控制方法，主要用于解决参数摄动对控制性能的影响，以船舶Buck变换器为例进行仿真，仿真结果表明，设计的控制器具有较好的鲁棒性。
1船舶Buck变换器的数学模型
船舶Buck变换器的电路图如图1所示。
采用PWM控制，u为PWM的占空比（0≤u≤1），在u的控制下，可得到Buck变换器的状态平均方程：
2输入/输出线性化
对于非线性系统，通过适当的反馈变换实现输入/输出反馈线性化，从而将复杂的非线性系统转化为线性系统问题。对于原系统是线性的情况，可以转换为能控标准型的线性系统问题。相对泰勒级数展开，反馈线性化没有忽略任何高阶非线性项，因此这种变化不仅是精确的，而且是整体的［12］。
对系统（2） 求李导数，可得：
所以系统的相对阶数为2，对系统（2） 进行同胚坐标变换z=h（x），可得以z为状态变量的系统：
输出方程为y=h（x）=z。
3神经滑模控制器设计
对系统（3）采用滑模控制，设计滑模切换函数为：
s=ce+e·（4）
其中e=z－zd，采用趋近率的滑模控制，并选择等速趋近率s·=-ρsgn（s），ρ>0，则可得s·=－ρsgn（s），所以，滑模控制律为：
u=P－f（z）/g（z）（5）
在电路运行时，由于受环境的影响，电路会受到外界干扰且参数会发生摄动，表现为L2fh（x）和L
gLfh（x）的不确定性，因此采用式（5）的基于精确化的反馈线性滑模控制效果在电路存在不确定性情况下效果并不理想。利用神经网络的自学习能力，现已证明采用RBF网络可以以任意精度逼近一个非线性函数，采用神经网络滑模控制，可得控制律为：
按下式调整网络权值：
则：
所以加入控制器后的航迹控制系统在李氏意义下是渐近稳定的。
4实验及仿真分析
根据图1，选取E=20V、R=20Ω、L=27mH、C=210μF，期望输出电压Vd=10V。为了对比分析，选取了三种方法进行控制，分别是本文的神经滑模控制以及精确反馈滑模控制［8］、常规滑模控制［7］，对存在不确定性的情况进行仿真，如图2所示。
电路运行时受外界温度等的影响，参数会发生摄动，且输入电压也会存在扰动，本文假定参数摄动为1.5倍，并在t=10ms时在输入电压上加入5V的脉冲干扰。
结果显示，在存在不确定性的情况下，文献［7］给出的常规滑模控制已经无法跟踪上期望值了，原因在于文献［7］给出的切换函数是基于对iL的跟踪，即根据期望输出电压Vd得到期望电流id，但实际运行时，由于电路参数的摄动，无法得到Vd与id的准确关系，因此得到的输出电压无法跟踪上期望电压值，如图3所示。而本文的控制方法和文献［8］给出的精确反馈线性滑模控制的切换函数都是基于对uC的跟踪，因此在存在不确定性的情况下仍能较好地跟踪上，但是由于精确反馈线性化滑模控制对参数的稳定性要求较高，所以最终存在较大的误差，如图4所示。
5结语
本文以船舶Buck电路为例给出了跟踪期望输出电压的自适应神经滑模控制算法。首先建立船舶Buck电路的数学模型，将其转换为标准的仿射非线性系统，采用基于输入/输出线性化的神经滑模控制算法，再理论证明控制算法的全局渐近稳定性，最后为了进行对比分析，给出了另外两种常见的控制算法的仿真。针对有无不确定性两种情况进行仿真，结果表明本文提供的控制算法在性能上优于常规滑模控制和基于精确反馈线性化的滑模控制，具有较强的鲁棒性。
［
参考文献］
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关键词：船舶能效 船型 因素分析
船舶作为交通运输中重要的水上载运工具，承担着国内和国际间贸易运输，每年消耗大量燃油。提高船舶能效，降低能源消耗势在必行。本文从航速、船型、动力和推进系统及节能附体装置四个方面，分析了影响船舶能效提高的因素，对船型节能优化方案进行了讨论。
1.航速
船舶的航行速度，受到的影响因素较多。考虑主要的因素，获得节能航速。船舶每年预期的运输货物量和燃料消耗量，两个变量一定的情况下，通过指标分析，如必要运费率的计算（RFR）分析，可以得到船舶的节能航速。在进行RFR分析时，选取的参数包括满足货物运输需求船舶的装载量，初始投资成本和运营成本，优化目标结果是节能航速。
2.船型
船舶的能效与船型形状是密切相关的。单从船型大小判断能耗的高低存在偏差。对于每吨公里油耗指标，在均为满载的情况下，航行过程中大吨位船舶往往比小吨位船舶节省油耗。然后如果船舶空载出港，巨型船舶航行过程中的燃油消耗会更高。因此需要考虑船型形状对船舶能效的影响。对于新建船舶，可以通过优化船体水下形状提高船舶的能效。在船体初步选型过程中，通过系统性的优化过程，可以同时降低船体阻力并改善船舶推进效率。由于优化的过程是一个螺旋上升的过程，因此很难确定船舶进行“优化”过程后的结果。通常需要在实际情况下进行试验，证实提供了最佳的优化结果。船舶的试航试验中，一般选取的环境条件是在船坞内或静水或遮蔽水域。对于船型的优化同样需要考虑到船舶在波浪中的性能，该性能对于不同类型的船舶会有明显的不同。船舶外部环境优化的结果需要能够同时满足风和波浪共同作用。
船型形状受到各种约束的影响。在船体初步选型过程中，往往受港口、运河的限制，约束提高船舶能效的可选设计方案。始发、挂靠和目地港口的泊位尺寸，航道运河的水深和转弯半径，碍航设施中的跨江大桥距离静水面的高度，船闸闸室尺寸和升船机船箱尺寸，对船型的关键设计参数，包括吃水，船宽和船长等主尺度参数的选取有很大的限制，进而约束船型的形状。同时满足以上条件和规范的设计是一个高度复杂的任务。然而在该阶段的所做的选择，往往对船舶能效的影响非常大。
3.动力和推进系统
提升船舶动力和推进系统的效率，采用的方法包括使用低速柴油机，更换旧齿轮，或使用新型发动机。更换使用新的发动机，通常船舶的能效效果会有较大的提升，采取这种做法通常是为了满足国际海事组织对NOX排放的限制标准。然而由于购买新型发动机设备需要昂贵的费用，同时安装更换旧齿轮时的复杂操作，该方法的应用面并不广泛。
除了更换现有设备之外，还包括增添新的船舶节能设备。通过使用发动机废热回收系统，吸收废气中的热能和动能，推动发电机生成电力驱动辅机的运转。使用废气回收系统同样可以获得轴系效率的大幅度提升。未来废热回收系统可能会使用流体代替气体，这样会压缩节能系统的体积，从而产生更高的效率。
对于船舶的推进系统，可以采用特殊的布置方式，优化螺旋桨的使用效率，或者变换辅机的数量和尺寸。采用电力推进系统，可以产生节能效果。然而电力推进会产生额外的能量传递损失，在获得节能之前需要首先控制能量损失。采用电力推进会带来其他方面的益处，例如增加船型可采用方案的灵活性，同样会间接的提高船舶能效。
使用转速低大直径螺旋桨，可以获得较高的推进效率。理想情况下，螺旋浆叶片的数量越少越好，面积越小越好，这样可以减少作用在叶片上的摩擦力。然而在船体初步选型过程中螺旋桨的尺寸受到船舶航行区域吃水和发动机扭矩的限制，通常无法达到理想状况。
4.节能附体装置
通常情况下，提高船舶推进效率达到提高船舶能效的效果，可以通过使用节能附体装置，如高效舵、导管桨、鱼鳍、不对称舵、对转螺旋桨等。这类装置的原理是回收螺旋桨旋转后的能量，达到减少船舶推进系统消耗的能量。在某种类型的船舶上，使用该类附体装置能达到节能效果，不是意味着在另一种船型上也会取得类似的效果。因此该类节能附体装置通常不具有通用性。由于该类设备购高额费用，使用中的可靠性等因素，同时并不是所有类型的船舶都适合使用这些装置，使得该类附体装置并没有得到广泛的应用。
5.讨论
从最初的船舶选型对船舶进行节能优化，可以选择三种方案：第一种，选用船厂已经建造过的现有的优化后的标准船舶；第二种，修正已有的船型确保满足运输货物的装载要求；再或者，开发新船型。
第一种方案选用船厂标准船型，船舶的船型已定，因此考虑到船舶在航行过程中影响船舶性能的变量因素较少，尤其是与船舶航行过程中的节能因素有关的船舶水动力性能。由于船舶的水动力性能主要与船舶的水下形状和航速有关，然而船型已定，无法完全考虑到这些条件。虽然船舶建造和设计费用花费较少，但获得的节能效果是有限的。
第二种方案，修正已有的船型，对船体型线进行优化，包括对船体首部形状进行优化和对船体尾部形状进行优化。
第三种方案，开发新型高能效船舶。这种情况下，船东需要做出判断，在船舶运营过程中节省燃料的收益，是否能够快速收回前期投入大量的设计和建造新船的费用，根据判断结果做出选择。
6.结语
按照交通运输部颁发的《老旧运输船舶管理规定》，海船和河船的船舶强制报废船龄在二十五年以上。船舶寿命在二十五年以上，如果在船舶营运期间有买卖或期租等交易行为发生时，船舶的航行航线会发生变化，运输任务发生变化，由此而产生船舶航行外部环境也会发生明显的变化。即使没有发生船舶所有权变更，由于经济贸易的变化产生货物运输需求的变化，也会对船舶航行航线产生影响，进而改变船舶航行的外部环境。
一、国际造船业正在加速向我国转移
我国造船业不仅是国际制造业较早转移的产业之一，而且国际造船业正在加速向我国转移，我国船舶工业面临着良好的发展机遇期。
据船舶工业统计快报数据，2005年全国造船完工量首次突破1000万吨，达到1212万载重吨，同比增长42%，占世界造船市场份额由2000年的5.4%提高到2005年的18%，增幅呈加速之势；造船量新承接船舶订单1699万载重吨，同比增长7%，首次超过日本，位居世界第二；手持船舶订单3963万载重吨，同比增长18%。按英国克拉克松研究公司对世界造船总量的统计数据，以载重吨计,我国2005造船完工量、承接新船订单和手持船舶订单分别占世界市场份额的17%、23%、18%，与国际造船大国的差距大幅度缩小，这些都表明国际造船业正在加速向我国转移。
二、国际造船业向我国转移的特点
1、船舶产业的国际转移具有产业集群现象
世界造船业的发展历史表明：造船业的发展和产业转移都具有明显的产业集群现象。在日本和韩国，船舶制造业都集中在一定的区域，并且是围绕相应的几大造船集团而集聚。而中国造船企业规模偏小，集聚现象也不明显。产业集聚使日、韩造船业在生产、原材料采购、研发等方面形成合力，十分有利于其综合竞争力的提高。所以我国要大力促进船舶产业集聚，以综合提高我国船舶工业在国际上的竞争力。
2、呈现小型向大型船舶、技术含量低向技术含量高的梯度转移格局
船舶制造业的国际转移是遵循从低级到高级，从小型船舶到中、大型船舶，从散货船、油船、集装箱船到化学品船和液化气船的梯度转移。尽管中国高技术船舶完工量较少，其所占比例较低，但开始有所增长，国际造船业向我国梯度转移特点明显。我国造船是从中小船舶，逐步发展到万吨级直至30万吨级特大型船舶；船舶品种也是从一般散货船、油船、杂货船等普通常规船舶，发展到具有国际先进水平的高技术、高附加值船舶。2005我国承接新船订单中，散货船、油船和集装箱船三大主流船型的市场份额均为世界第二，分别为42%、25%和19%。一批品牌船型也成功进入国际造船主流市场。
3、先船舶制造转移，再船舶配套转移
国际经验表明，船舶产业国际转移是以核心船舶制造业、船舶主要配套设备业、一般船舶设备产业和船舶设备零部件产业的方式先后进行转移。表现为先船舶制造转移，再船舶配套转移，即船舶制造业开始转移一定时间和一定程度后，船舶配套业开始转移并呈现快速转移之势，而目前我国造船业正处在这一阶段。
三、中国造船业未来的发展战略
我国船舶工业应对国际造船业转移，应通过促进船舶产业集聚，尽快形成船舶产业集群，加大承接国际造船业转移的力度。以产业集群、大集团为支撑，形成具有特色和竞争优势的我国造船业产业布局和产业基地，推动船舶产业发展和船舶产业升级。
1、统筹规划建设现代化造船基地
我国船舶工业要进一步调整和优化产业布局，以适应世界造船业区域集群发展的特点。依据产业集群理论和船舶工业发展的特点，船舶工业的产业集群表现为：①区域大、面积广。②核心企业作用大。③不同产品类型生产企业多。一个船舶产业集群中既有核心造船企业，更有大量的船舶配套企业。④配套服务要求高。船舶工业具有产业链长、涉及面广和配套服务要求高的发展条件要求，大基地船舶产业集群内不仅要有各类配套企业，还需要有各种服务中心。我国船舶工业集群化建设、构筑大基地应遵循以下原则：①立足和发挥现有船舶产业布局、产业基础和资源优势；②坚持市场自发形成和政府推动形成相结合；③依据区域特色、产业特点，合理规划，避免重复建设。
依据上述原则和我国船舶工业的发展态势，未来我国应大力发展三大船舶工业基地，中型船舶产业集群，若干个小型船舶产业集群。
三大船舶工业基地。从大集群建设思路来看，我国将集中力量建设渤海湾、长江口、珠江口三大造船基地。三大基地的造船量将达到世界总量的20％以上，成为具有国际竞争力的现代化造船基地。目前，三大集群基地迫切需要加强大型重点船舶配套设备的发展，尽快提高国产船舶设备的配套率，尽快建立船舶设计中心、技术服务平台中心等服务体系。
中型船舶产业集群。从中集群建设思路来看，我国将会形成上海、江苏的南通和泰州、广州、大连、浙江的舟山、山东的胶东半岛和福建的厦门为核心的船舶产业集聚区。如江苏的南通、泰州两市船舶工业总量已占全省船舶工业总量的70%以上。
若干个小型船舶产业集群。从小集群建设思路来看，我国应该培植若干个工业基础好，技术相对发达的市、县形成中小型船舶制造产业群、一般船舶设备产业群和船舶设备零部件产业群。相对于船舶制造产业群而言，船舶配套设备产业群点多、面广、量大，产业集群现象将更为明显。如江苏正在形成以南通、南京、泰州和镇江为重点的四大船舶配套业集群基地。
2、完善优化产业价值链体系
要将完善和优化产业价值链体系作为重要的出发点，注重专业化协作体系的构建，推动大型造船企业与中小船厂、中央企业与地方船厂、造船企业与配套企业以及上游厂家的协调发展和建立战略联盟。大型造船企业应尽可能地把总装造船以外的生产活动通过专业化协作体系转移出去，从而有效提高造船设施的利用效率和产出效率，真正发挥产业集聚优势。
依据发达国家的发展经验，世界船舶工业产业集聚现象十分明显。但是中国造船企业规模偏小，还没有一家进入世界前十强。由此可见，中国船舶工业的进一步发展，不应该是企业数量的增加，而应是强调集聚式发展，扩大企业规模，重点培育少数几个特大型企业，使它们成为中国船舶工业的核心，并具有与国际大型造船企业抗衡的实力。因此我们要①站在全国的角度，统筹规划，加快培育和组建以现有的龙头造船企业为核心、具有国际竞争力的企业集团是必要的。②组建集团的类型可以是造船与配套综合型的，也可以分别成立造船集团和配套集团；可以是紧密型的，也可以是松散型的；可以是本地区资源整合型的，也可以是跨地区资源优配型的。③组建的原则是打破行政分割，自由结合，市场推动，政府扶持。
3、强调优势和特长，开展错位竞争
从国际来看，世界各大造船厂都有自己的优势和特长，他们在国际竞争中各自发挥优势，错位竞争。如韩国的现代重工以建造液化天然气船见长；而三星重工则在建造海洋勘探船方面独占鳌头，在世界市场上占有6O%的份额；大宇重工在建造大型油船方面称雄。
因此，我国造船企业也应该注重培植和形成特色，开展错位竞争。依据我国目前造船业发展态势，我国造船业应各自发展优势，明确市场定位，形成国家、地方和专业特色大中小造船企业。另外，船舶配套企业也应该以地区或骨干企业为单位，培植和形成船舶配套产业特色，开展错位竞争。
4、尽快提升我国船舶设计与开发能力
关键字：交通船 船员 优化设计
前言
安徽地处华东、长江三角洲腹地，水运条件优越，水运经济发达。船舶、锚地、码头、船员数量众多，船员上下码头频繁，为船员、工作人员提供服务的港内交通船也颇具规模。港内交通船的特点是吨位小、航程短、航次多、航行海况复杂。由于其设计和建造的成本相对较低，造成目前各式交通船数量多，质量却良莠不齐，对港区管理带来一定难度，对船员安全也不能保障。因此对港内交通船设计方案的优化显得尤为必要。
现状及存在的问题
1.潜在的安全威胁
倾覆。交通船吨位小、航速快，抵御风浪能力不强，航行状况复杂，一般定员5-10人，一旦倾覆，必将造成船毁人亡，人身安全、财产利益受到损失。
触碰。交通船在往返接送船员和工作人员中，需要频繁停靠在码头或大型船舶舷侧，触碰过程中导致交通船舷侧变形、锈蚀、甚至船体破损渗漏，将会带来险情或事故。
人员落水。交通船吨位小，如有风浪，横摇是不可避免的。尤其是上下船时，人员可能集中至交通船一侧，增加了船舶横倾角度，同时也增加了人员落水的可能。
驾驶盲区。交通船一般不设专用驾驶室，导致驾驶员视线不足，驾驶时看不清船头状况。驾驶盲区的存在会导致驾驶员无法迅速做出正确的判断，增加了事故的发生率。
2. 人性化设计不足
目前交通船都比较简易，既不美观，也不舒适。而其作为服务工具，应当在可控的成本范围内尽量提高其舒适性和美观度，在规范允许的前提下为船员提供方便、实用的服务。
交通船优化设计方案的内容
目前港内交通船主要有开敞客舱和封闭客舱两种，本文针对优化后封闭式客舱交通船展开论述。
本船为航行于长江B级航区的钢质港内交通船，双螺旋桨推进，载客7人，船员2人。主要依据中华人民共和国海事局《内河小型船舶法定技术检验规则》（2007）、中国船级社《内河小型船舶建造规范》（2006）设计。
总长：11.60m 船长：10.80m 型宽：3.50m 型深：1.00m
吃水：0.40m 排水量：12.683t
具体布置情况如图所示。
图1 侧视图
图2 舱底平面图
1. 安全性优化
1.1稳性
船舶稳性是指正浮于水面上的船舶当其某一舷在受到外力作用时（如风浪袭击、人员及货物移动、船舶触碰等等），会使船身向另一舷倾斜，当外力取消之后，船舶经过数次左右摇摆，又回复到原来正浮状态、抵御倾斜自动复原的能力。根据倾斜方向，船舶有横稳性和纵稳性，由于船长L比船宽B要大得多，后者一般不危及船舶的安全，船舶倾覆主要由于横稳性不足引起。
船宽和干舷的取值大小，对船舶稳性好坏有着直接影响。一般型宽越大、干舷越大，对稳性越有利。
本交通船船长10.80m，型宽3.5m，型深1m，宽深比B/D=3.5，长宽比L/D=10.8；而规范要求值B/D≦4.5，L/D≦30，满足其要求。干舷0.6m，为型深的60%，干舷富足量充足。经核算，满载出港时：初稳性衡准数：10.377，稳性面积衡准数：4.91，风压稳性衡准数：8.081，回航静倾角衡准数：9.99，极限静倾角衡准数：9.99。
可以看出上述主尺度比例的交通船，稳性富裕量较大，安全可靠。
1.2抗沉性
船舶在航行过程中，一旦发生碰撞或触礁等情况，都有可能使船体破损，对船舶、人命和财产安全构成威胁，严重时会导致沉船事故。所以，船舶抗沉性对船舶安全有着很大的影响。
所谓船舶抗沉性，是指船舱破损浸水后船舶仍能保持一定的浮性和稳性的性能。船舶的抗沉性是用水密舱壁将船体分隔成适当数量的舱室来保证的。这样，就能以储备浮力来补偿船体破损进水所失去的浮力，保证了船舶的不沉，也为堵漏施救创造了有利条件。
本交通船在FR2、FR9、FR10、FR17设置了4道水密横舱壁，设有首尾两个水密舱，客舱区域两舷设置水密纵舱壁，并且在水密舷舱中填充泡沫，在船舶发生破损时可提供浮力。经上述设置，本船可承受单舱破损。
1.3储备浮力
储备浮力是指船舶设计水线面以上船体水密部分的体积所能提供的浮力。
船体在水面上的漂浮位置或吃水与船的排水量相关。排水量和载重量的变化会引起吃水的变化。因此，不同的吃水反映了不同的装载量和排水量。考虑到船在航行中可能发生的意外重量增加，如海损破舱进水，风浪袭击进水等，满载水线应位于上甲板以下一段距离处，使满载水线以上尚有一定的水密容积，该容积入水后能提供储备浮力。储备浮力的大小与船舶的安全性密切相关。
加大储备浮力，船舶不易沉没，能提高船的安全性， 相对0.4m设计吃水的排水量，本交通船实际营运排水量为10.505t，留有2.178t的储备浮力，极大保障了船舶安全性。
1.4船体结构
船体结构强度同稳性、抗沉性都是保障船舶航行安全的基本性能。
本交通船舷侧采用主肋骨制，相对于交替肋骨制，提高了局部抗碰撞的能力；在舷侧设置贯通护舷材和防碰靠把，以减少停靠时所带来的碰撞威胁。
1.5安全设施
船员在上下船之时，由于船舶受风浪影响产生摇晃，船员有掉入水中的危险。本交通船在客舱、机舱围壁设置贯通的风暴扶手、舷侧设置栏杆、甲板设置防滑条，以提高人员行走及上下船的安全性。
2.人性设计优化
2.1外观
本着环保、美观、耳目一新的设计理念，本交通船颜色采用交替彩色油漆。水线以下为黑色，水线以上白色为主，兼以蓝色，黄色，色调简洁、醒目。
整体船型为流线型，视觉效果流畅、时尚，同时减小船舶阻力，提高船舶快速性，增加了船舶经济性能。
2.2客舱
客舱的高度、座椅类型影响船员乘坐时的舒适性。本交通船客舱净空高度2.0m，宽度2.5m，长度4.0，配7把靠背椅，设行李存放处，左右侧壁设风雨密窗，可用于乘客观光，前部设自闭式风雨密门。
客舱宽敞、明亮，提高了乘客的舒适感。
2.3机舱
由于机舱的特殊性，柴油机噪音大，舱室内温度高，空间狭小，工作环境恶劣，为操作维修带来不便。本交通船机舱净空高度1.8m，左右舷设风雨密窗、后部设自闭式风雨密门，并设有通风系统，内部除机械设备外，还留有供检修的空间，这样有效改善了机舱环境。
2.4驾驶室
本交通船为升高、封闭式驾驶室，前部设弧形玻璃窗，左右舷设风雨密舷窗，配休息床铺一张，给长期在船上工作的船员提供一个舒适的工作环境。升高式驾驶室的设置，使驾驶员视线开阔，减少了盲区对驾驶的影响，舒适的同时也增加了安全性。
总结
关键词：船舶设计建造技术现状展望
中图分类号： F407.474 文献标识码： A
随着船舶设计施工技术的快速发展,特别是高新技术代表――自动化，以及近年来广泛应用的各种新技术、新材料、造船技术的不断创新，现代船舶工业已发展成为高技术支撑下的现代产业。中国船舶工业近年来发展迅速,以单一国家计算已经成功超越日本,成为世界第二大造船企业。科学技术的推动，使得我国船舶行业进入了一个黄金发展阶段。造船工业的兴起,催生了一系列的产业链,成为推动国家经济增长的主导力量。
我国船舶工业技术创新的进展
船舶产品创新层出不穷。结构升级换代，发展迅速。在改革开放之初,我国只能建造简单船只和简单的散货船、油轮和干货船等。传统的船舶开发构建能力很弱。为促进船舶产品结构优化和升级的船型,增强国际竞争力,实现船舶工业，邓小平同志提出“中国船舶出口，进入国际市场”的发展目标,自1980年代以来,我国船舶行业在实现技术改造的同时,大力支持新技术的开发。但技术发展的瓶颈限制了船舶行业在我们国家的发展。我国船舶行业要想有一个全面的提升，主要关键是技术,我们要组织大型骨干企业和科研院所联合研究，并提高船舶设计和建造能力,加快产品创新的过程,使我国船舶的产品结构从一般散货船、油船、杂货船等普通常规船舶发展到具有国际先进水平的高技术、高附加值船舶；从中小船舶逐步发展到万吨级、l0万吨级直至30万吨级特大型船舶。
现状分析
造船技术现状。船舶产品的结构非常复杂,涉及到各个不同的专业、不同的施工单位和不同的企业。零、部件超过数百万件,根据传统的建筑船体、管、板和其他步骤,造船周期长,效率低,组织和协调困难。目前，我国相关行业多采用分段施工的方法,这样，对模块装配工艺、生产效率、施工精度要求得到提高。随着计算机技术的发展,其特点是集成制造和数据传输的数字造船技术应运而生,成为现代造船技术的核心和基础,而技术含量高的造船技术,成为国家造船能力的体现。
2、船舶建造核心技术现状。所谓数字化造船，是以造船过程的知识融合为基础，以数字化建模仿真与优化为特征，将信息技术、先进的数字化制造技术、先进造船技术和现代造船模式，综合应用于船舶产品的设计、制造、测试与试验、管理和维护全生命周期的各阶段和各方面。世界造船强国从CAX开始，逐步由实施CIMS、应用敏捷制造技术向组建“虚拟企业”方向发展，形成船舶产品开发、设计、建造、验收、使用、维护于一体的船舶产品全寿命周期的数字化支持系统。
高附加值船舶建造技术。我国高附加值船舶建造技术取得明显进展，产品结构实现了优化升级。LNG船的开发建造，标志我国已成功进入世界造船尖端技术领域，填补我国在这一行业的空白。LNG船建造技术，主要有超大型分段精度建造技术、总组和船坞总装技术、船体焊接技术、新型动力装置安装及实验技术等。还有专用工装的设计，如液货舱围护系统殷瓦安装模板及工具、检验超低温阀门的压力检测设备、泵塔制造的专用工具装备等。
三、船舶设计存在问题
1、船舶设计开发水平落后。从船舶产品的价值链体系中，开发设计环节是利润丰厚的高端环节，最能反映一个国家或企业船舶工业综合技术水平。然而我国船舶工业产品设计开发能力明显落后于生产能力，船型开发与设计技术满足不了开拓市场的需要。首先，我国首次建造的新船型，尤其是高技术、高附加值船舶多数仍由国外设计。目前我国对包括超大型集装箱船、大型液化石油气、天然气船等船型的研究才刚刚起步，一些新船型，如大型豪华游船、大型自卸船、高速复合型船、多体消波船等甚至还是空白；FPSO船、张力腿平台、半潜式钻井平台与生产平台的模块及其他新型深海开发装备的设计缺乏技术储备。其次，在散货船、集装箱船、成品油船等通用船舶的开发设计水平上，我国与先进造船国仍有一定的差距。
2、船舶制造技术低。造船效率低。目前，我国骨干造船企业的建造方式由传统的分段建造向现代化的“分道建造”过渡阶段，有些船厂甚至还未达到此水平预舾装及单元组装技术、模块化造船方法、船舶分段建造技术还比较落后；造船企业中CAM技术水平还不高；IM技术的应用尚无实质性进展；对KBE技术尚未给予应有的注意；应用信息化技术全面改造与提升造船技术，提高生产与管理效率和质量的工作尚处于部分应用网络的状态；制造与生产全过程中软件技术的提高明显落后于硬件技术水平改善的步伐。从总体上看，目前我国的整体造船水平仅相当于国外20世纪90年代初的水平。即与世界造船强国相比。还有很大差距，落后将近10年。
3、我国船用配套设备的研发滞后。品种、质量和性能不能满足船舶工业规模的扩大、船舶类型的增加和优化需要。由于“重造船轻配套”技术开发政策的影响，作为造船业重要支撑的我国船舶配套业近年来一直在走下坡路，国产船用设备的实际装船率持续下降。
四、解决措施
1、加快体制改革，促进科研力量的有机整合。整合的思路是：充实骨干船厂技术力量，建立和完善骨干船厂技术开发中心。一要加大科研院所内部改革力度，“精官简政”，减少管理机构和一般管理人员，想方设法分流富余人员；同时，整科技人员结构，优化配置，使之合理精干。二要抓紧充实有关骨干船厂技术力量。积极稳妥地做好两大集团公司所属科研院所部分力量直接进入有关骨干船厂的工作。三要积极推进科研院所与船厂以具体船型开发项目为纽带进行合作，通过项目的开展，密切双方关系，优势互补，共同发展，使厂所结合落到实处。
2、多渠道加大研发的资金投入。研发投入是技术进步的必要条件，是实施技术创新、改善产品结构的物质基础。目前，我国船舶工业的研究开发投入严重不足。增加科技创新投入，要求政府适度加大对船舶工业科研开发资助的力度是必要的。
3、确定船舶工业科技开发的重点和方向。(1)重大船舶科技基础技术和共性技术，如大型及新型船舶水动力性能技术，大型及新型船舶结构分析技术。全船三维有限元结构分析技术。(2)高技术、高附加值船型开发技术，如超大型集装箱船。大型多功能化学品船，大型LNG船，大型滚装船和大型高速客滚船。
五、船舶设计建造技术展望
在高附加值船舶建造技术方面，尽管目前国内企业具备了一定的LNG船建造技术和能力，但要正视并努力缩短与日、韩等先进造船企业间的差距。如LNG船，充分利用已有基础，以船型平台、船体结构平台作为总体设计平台，以货物围护系统、超低温液货系统、动力系统、电力系统、集控系统等五大系统为研究重点，全面掌握LNG 船建造技术。同时，发挥产学研结合的优势，并总体技术和系统技术、配套技术协同展开，争取在超大型油船、超大型集装箱船、超大型海上浮式生产储油船(FPSO)等高新产品研制和建造技术中取得重大突破，在豪华旅游船设计建造方面逐步展开，努力提高我国船舶产业竞争力。
随着船舶向大型化、批量化和标准化发展，我国的船舶工业有着广阔的发展空间，应用新的建造法将有效地增加造船产量、提高生产效率。相关专家应多加借鉴国外相关的文献，在各个方面弥补我国船舶设计与国际的差距，从而提高我国船舶行业的竞争力。
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【关键词】 船舶企业; 竞争优势; 战略成本管理
引 言
在经历了2007年的造船牛市之后,2008年成为中国船舶业自2003年起六年黄金发展期的一个转折点。受金融危机冲击,中国船舶行业的订单数同比下降超过90%。船东撤单的现象呈加剧发展趋势,涉及船型已从三大主力船型扩展至特种船、海洋工程等,从中小型船扩展至大型船。波及的船厂从几个向多国更多船厂蔓延。据不完全统计,从2008年10月至2009年2月我国船舶企业共撤销订单110艘,274万载重吨,约占全国企业手持订单总量的1.4%。与此同时新船造价也是一路下滑。以散货船为例,在2008年造价达到顶峰,17万载重吨的散货船,造价达到1.5亿美元。目前17万载重吨的造价为5 000万美元左右,较最高峰时的造价下跌过半。我国船舶行业累积多年的产能过剩和自主创新能力较低的弱点越来越显现出它的负面影响。
一、金融危机下船舶企业实施战略成本管理的必要性
曾有一则笑话说,当遭遇熊时,两个同行者中的一人穿上了钉鞋。很明显,穿上钉鞋的人获得了相对竞争优势,如果他能将这一优势保持并充分发挥,他就可以得到更大的生存机会。如今在整个造船行业遭遇全球性金融危机引发的行业困境时,获得并保持相对其他企业的竞争优势,其意义可能不仅仅是生存下来,还有可能在这场危机过后得到更大的发展机会。迈克尔・波特在《竞争优势》中提出了三种基本竞争优势:成本领先、差异化和集中化战略。因为船舶建造在船级社及造船合约规范等国际造船标准约束下的产品趋于同质化,采用产品差异化为主要竞争战略获得竞争优势不明显。而采取集中化战略的目标客户群又偏于狭窄,在目前我国造船行业在国际上不具有技术领先优势的情况下,无异于放大了经营风险。所以在行业产能过剩,需求减少和船价不断下跌的情况下,想要获得并保持竞争优势,最直接、最可靠的途径就是通过改善经营管理以获得相对成本优势。因此,采用正确的企业财务战略并实施战略成本管理的重要性不言而喻。
二、船舶企业战略成本管理分析
(一)战略成本管理与企业战略的关系
传统观念认为财务管理作为企业职能管理,只具有战术的性质,而不具有战略的特征。但随着经济的不断发展和市场竞争的加剧,以及相关理论的不断完善和发展,人们也开始认识到,财务管理对企业的长远发展有着直接影响,是企业战略的重要组成部分。由于企业的任何活动都离不开企业财务的支持,所以财务战略是企业战略的基础,它们之间是一种相互影响、相互印证、相互协调的动态反馈关系。因此,企业战略必然要有相应的财务战略与之配合,同时财务战略管理既从属于企业战略管理,又支持和制约着企业战略管理的实现。
战略成本管理是战略财务管理的一个子战略管理系统,战略成本管理是战略管理在成本管理领域的体现。从本质上讲,战略成本管理是一种前瞻性的管理思想,管理重点在于企业对成本管理战略的决策。
(二)船舶企业战略成本分析
战略成本管理工具主要是价值链分析,通过价值链分析可以将船舶企业行为分解为与经营战略相关的各种活动,而船舶企业也正是通过以比竞争对手成本更低或是更成功地开展这些活动来获得相对竞争优势的。
船舶企业的价值链可以分为三类:船舶配套供应商拥有创造和交付企业价值链所使用的外购输入的上游价值链;船舶企业自身产品开发和生产经营的内部价值链和产品分运、市场营销及售后服务的下游价值链。以某船舶企业为例,将造船作业过程进行价值链分析之后得到表2。
通过将造船过程基本价值链分解为17项单独的价值活动,可以将造船过程的17个阶段分解成17个作业区,并将各项作业所消耗的各种价值对象统计出来,然后对各项作业成本进行分类分析。其中F(其他)是指企业内部生产成本的一部分,包括各项生产辅助费用及费用摊销。表3为该公司进行外部采购协作成本分析。
从表3可以看出,物资采购成本占生产总成本的53.90%,控制好这部分成本对降低总成本是很重要的。除了尽可能地与物资供应商进行议价或是整合供应链来降低采购成本以外,一般在造船设计阶段实际上就已确定下来整个船舶建造成本的80%,其中也包括了物资采购的成本。那么降低物资采购成本的另一个重要途径就是在船舶设计阶段就对设计进行优化:通过新的设计降低材料消耗、采用等效的低成本方案、采用新的生产工艺等等。通过优化前后的对比就可以看出成本节约的效果。目前造船企业的一个趋势是将一些生产效率较低的舾装件分包交由舾装件专业厂家生产,韩国船舶配套企业甚至能够提供整个上层建筑的配套生产,这不仅大大提高了生产效率,降低生产成本,而且有助于船厂集中资源进行总装造船,扩大生产能力。B项(外协合作厂家)在整个外部采购协作生产所占成本比例的变化可以看出企业在改变采购品种结构方面的努力。同样,厂内协力工所占成本比例也同样反映企业在降低人工成本方面所做的工作。
(三)船舶企业成本定位分析
造船企业面临的是共同的全球市场,船舶买家的集中度较高,所以中国造船企业不仅面临着本国同行的竞争,也面对来自世界造船市场的竞争。自20世纪90年代初期起,中国海运贸易量快速增长以及国家在税收信贷等方面政策的大力扶持,虽然2008年中国新接订单落后于韩国,但中国承接造船行业转移的趋势已经确立。目前世界造船业三大船型建造主要集中于中国、日本和韩国,所以通过中日韩三国造船企业在生产成本方面的对比,就可以看出中国造船企业的相对竞争地位(表4)。
从表4可以看出,以中国造船企业为生产效率和单位劳动成本为基准,日本与韩国的造船企业生产效率分别是中国造船企业的3.33倍和2.94倍。而日本与韩国的单位劳动成本却分别为中国的13.34倍和11.12倍。因此,虽然日本与韩国造船企业的平均生产效率远远高于中国造船企业,但中国企业的单位劳动成本平均水平较低,所以中国造船企业的劳动力生产成本仅为日本与韩国造船企业的1/4左右。造船具有劳动力密集型的行业特点,中国造船企业因劳动力生产成本较低获得了相对低成本优势。从统计数据来看,尽管有设计能力相对薄弱及船舶配套产业还不发达等因素的影响,中国造船企业在本轮景气周期中的毛利率和净利率水平都要高于日韩主要造船企业同期水平。
(四)船舶企业造船模式分析
船舶企业的相对成本地位取决于相对竞争对手的价值链构成及各项价值活动成本驱动因素的相对地位。获取成本优势有两种主要方法,重构价值链及控制成本驱动因素,而通过以上分析可以知道,要想在金融危机的环境下获得相对低成本的竞争优势,船舶企业应当构筑具有竞争优势的价值链。最能体现船舶企业价值链的不同之处莫过于造船企业造船模式的区别。造船模式主要有以下几种,它们的主要特点如表5所示。
船舶建造是一个兼容制造和建造的复杂生产过程,国际上凡是能在20世纪80年代世界船舶市场萧条后继续生存和发展的船厂,大多都已建立了以成组技术(Group Technology)理论为指导的,以日本精益造船模式为代表的现代造船模式,而技术领先的船舶企业还以先进制造技术(AMT)理论为指导,联合研究和开发以灵捷(Agile)为特征的21世纪的造船模式。
通过以传统船体生产过程为例作价值链分析,如图1所示。
从图1可以看出,在传统船体制造过程中存在着大量的有效时间和无效时间,而现代造船模式更注重于缩短无效时间来缩短生产周期,从而大大减少中间环节的浪费。很明显,中国船舶企业要想在国际竞争中获得相对竞争优势,首先就要在造船模式上与日本、韩国靠拢并站在同一条起跑线上,再利用我国的资源优势获得更低成本的竞争优势。
三、金融危机下船舶企业相对成本优势获取方式创新
即使不同船舶企业的价值链构成是相似的,也会因内在效率的不同而影响各自相对的成本地位,所以仅采用现代造船模式最多也只是获取了竞争对等地位,并不能获得竞争优势。在生产相似船型的企业之间存在成本差异的原因有很多,在目前金融危机的情况下,要获得持久的低成本相对优势,主要应从两点入手:以与其他船舶企业不同的方式获取低成本生产要素;独立于规模的技术软件优势。在实际生产经营过程中,这两点是相辅相成的。
(一)以与其他船舶企业不同的方式获取低成本生产要素
1.船舶企业低成本生产要素分析
生产要素是指船舶企业业务经营活动中使用的输入,包括劳动力、资本、土地原材料等。如前分析,船舶市场的特点是买家的市场集中度高,船价变化受到航运市场价格变化影响很大,因此只有赢得成本领先地位才能产生经济利润。而获取成本领先地位可行的途径:一是提高生产经营效率;二是获取低成本生产要素。船舶企业想要获取低成本生产要素就必须建立和优化其他企业无法模仿的船舶配套供应商拥有创造和交付企业价值链所使用的外购输入的上游价值链。中国目前的船舶配套工业与其他国家相比还不发达,这是中国船舶企业的竞争劣势,同时也是取得竞争优势的机会。
2.造船过程中标准化、模块化生产的设计优化
船舶生产效率提高的一个重要途径是标准化和模块化生产,并将生产效率较低的舾装件外包给相关配套企业进行专业化生产。因此,船舶企业除了不断改进、完善现代造船模式以外,还应在船舶设计阶段推动船舶生产部件标准化、模块化和通用化。设计优化的目标是在不影响性能的前提下,尽可能扩大本企业生产的各种船型之间零部件的通用程度。例如:将不同船型的上层建筑部分设计成式样相同或相似;尽可能地在不同船型上使用相同的零部件;通过模块化设计将不同船型之间的差别体现为个别模块的差别等等。这样做的好处有以下几点:(1)降低了加工难度及生产成本,即使是生产不同的船型,某些工序也可以快速连续重复生产;(2)降低了总体采购及库存的品种及数量;(3)因单品种的采购数量增大,提高议价能力;(4)降低了质量管理控制的难度;(5)将标准化加工部件外包给船舶配套企业专业加工成为可能;(6)降低了设备投资的规模;(7)提高了生产管理柔性;(8)提高了供应链的管理控制能力;(9)提高了企业抗风险能力。
船舶建造通常是小规模定制的大型综合机电设备建造过程。通过标准化和模块化生产,能在部分建造工序上实现规模经济,从而降低生产成本。采购品种集中就会拥有与供应商议价的优势,通过将标准部件外包专业厂家生产,相关配套厂家也会愿意在采购数量有保证的情况下添置相关专业加工设备,船舶企业可以因此降低自身的投资规模和经营风险。当船舶企业生产规模较大时,还可以通过战略合作方式扶持培养专为本企业外协加工的船舶配套厂家,这不仅有助于在保证质量的前提下降低企业总体采购成本,还可以在经营环境变化时,随时调整生产节奏和产能,从而提高了企业的生产柔性和抗风险能力。
将标准件外包时,最大的问题是无法保证外包件的质量稳定,因为目前我国船舶配套企业的从业人员流动比较大,工作素质参差不齐,所以很难保证外协加工产品的质量。当船舶企业将产品标准化生产并建立与船舶配套企业的战略合作关系时,应当注重质量标准的管理控制。
在金融危机影响下,船东延期交船、弃船和撤单现象时有发生,船舶配套企业也同样面临产能过剩的现象。船舶企业通过将已有船舶订单设计优化,实现采购品种的集中,面对船舶配套供应商企业就可能获得较强的议价能力。同时,船舶企业还可能以较低代价与船舶配套供应商建立长期战略合作伙伴关系来使获取低成本生产要素这一优势保持到金融危机影响结束之后。由于这项优势的获得来自于船舶设计的优化,对于不具备相关设计能力的船舶企业来说,这种低成本优势是难以模仿和复制的。
(二)独立于规模的技术软件优势
1.技术软件优势确认
技术软件优势的概念是与技术硬件优势相对的,它指的是劳动力与管理层之间关系的质量、组织文化以及管理控制的质量。例如:车间使用的质量管理循环、员工对企业的忠诚感、强调成本控制的组织文化等等。针对成本管理的技术软件优势就是指全员进行成本控制,建立强调降低成本的企业文化,以达到良好的成本管理控制效果。
2.精益六西格玛生产模式引入
现代造船模式中,采用壳舾涂一体化建造方式的精益造船模式,运用精益生产理念,通过流程整体优化、均衡物流、高效利用资源、消灭库存和浪费,实现以最低投入向顾客提供最完美价值的目的。这是目前国际上较为先进的造船模式。它侧重于通过“价值流”识别、减少一切非增值的活动和浪费来加快流程速度,降低成本。但它也有缺乏严谨的定量分析的缺点,当出现问题的时候更多依赖专家经验和直觉,不能使用量化方法与专业工具管理流程,决策时不易做到科学、准确和高效。针对精益生产的缺点,人们提出精益六西格玛生产模式。六西格玛管理贯穿统计的思想,可用于解决复杂问题,其重点是通过识别并消除变异提高产品服务质量,并持续改进。它的缺点是无法显著提高流程速度或减少资本投入,对时间问题重视不够。精益六西格玛是精益生产与六西格玛管理的结合。通过整合精益生产和六西格玛管理,吸收两种生产模式的优点,弥补单个生产模式的不足。船舶企业在实施精益造船生产模式的基础上,更进一步引进精益六西格玛生产模式,可以在不增加过多投入的情况下获得以下好处:(1)提高船东的满意度,获取质量差异化相对优势,提高市场占有率;(2)有助于船舶企业实施标准化和模块化生产;(3)有助于降低原材料采购数量、在制产品数量和库存数量;(4)有助于缩短生产节拍及生产准备时间,准确快速理解和响应船东需求;(5)通过提高生产质量的稳定性可以减少生产冗余从而降低了生产成本,提高了生产效率。
船舶企业具体实施精益六西格玛管理的步骤为:先采用精益造船生产方式,运用5S(整理、整顿、清扫、清洁和素养)法、拉式生产、看板管理等方法简化流程,消除不必要的浪费,加快流程速度;具体改进时,再通过黑带带领项目小组运用DAMIC(定义、测量、分析、改进、控制)方法与技术,查找问题产生的深层原因并予以解决。
实施时要注意以下几点:高层管理者的坚定支持;建立精益六西格玛的企业文化;流程分析方法的应用;优化与船舶企业战略相关的关键流程。
在目前国际船舶市场严峻的形势下,船舶企业实施成本领先的成本管理战略并不意味着放弃差异化的竞争优势。提高质量控制效果是船舶企业在不增加过多的投入下获取相对竞争优势的捷径。严格的质量管理不仅可以使船舶企业获得显著的差异化竞争优势,同时也能更好地进行成本控制,它可以形成船舶企业独立于规模的技术软件优势。一旦船舶企业同时拥有了成本领先和质量差异化这两种竞争优势,它就能获得竞争对手难以模仿的持久的竞争优势地位。
结束语
受国际金融危机的影响,我国船舶企业正面临长期严峻的经营环境。引发船舶企业财务危机的原因主要有两个:外部环境变化和内部管理失控。目前我国船舶财务危机的形成机理是受外部金融危机影响,环境变化,籍由内部管理失控引发企业内部危机,导致企业陷入经营困境。船舶企业想要在这场严重危机面前生存下来就必须由船舶企业的内部管理着手,通过实施战略成本管理取得相对竞争优势地位。由于国内船舶企业自身的条件优势使得中国承接造船行业转移的趋势已经确立,经历金融危机洗礼之后的中国船舶企业将会在世界造船领域更具竞争优势,从而获得更大的发展。
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(一)沿海海事执法船舶建设的现状1.船型及船质截止到2011年12月,全国直属海事系统船艇保有量1117艘,其中海事执法巡逻船1028艘,占92%,航标测量船89艘,占比8%;在海事执法巡逻船(以下简称“巡逻船”)中,沿海巡逻船551艘,占比54%,内河巡逻船477艘,占比46%。沿海巡逻船按船舶尺度分,100米级巡逻船3艘,占比0.5%,60米级巡逻船12艘,占比2.2%,40米级巡逻船31艘,占比5.6%,30米级及以下巡逻船505艘,占比92.15%;按船质分,玻璃钢船占37%,钢质船占63%。巡逻船在船型及船质的构成上有以下几个特点。一是船型较多,现役具体船型约有100多种。尽管目前巡逻船已经初步形成了系列标准船型,分为100米级、60米级、40米级、30米级、20米级、15米及以下级巡逻船,但由于历史原因,目前现役船型还比较多;二是小型船舶比例较大,30米级及以下船舶505艘,占海事船舶总量的92.15%;三是玻璃钢船多,在巡逻船中占比为37%,占20米级及以下级的70.7%。玻璃钢船的耐腐蚀性好、重量轻、造价低、使用成本低,但存在玻璃钢刚度较小、耐磨性、耐寒性和船舶耐波性等明显不足,其适用范围较小。2.航速巡逻船对航速有较高要求,目前航速在20kn以上的快速巡逻船舶占比为37.8%,航速在15kn至20kn的中速巡逻船舶占比为22.9%,航速在15kn以下的低速巡逻船占比39.3%。巡逻船航速分布主要有两个特点,一是快速船舶以小型船舶为主,20米级及以下快速小型船艇占快速巡逻船舶的91.4%;二是考虑到航行经济性,除3艘100米级巡视船外,60米级、40米级巡逻船均以中速为主。3.船龄按海事船舶最低服役年限的标准规定计算,目前海事船舶超期服役的船舶较多,仅在2010年底达到服役年限的船舶就有199艘,占24.5%。超期服役和2010年前将达到服役年限的船舶共计283艘,占海事船舶总数的35.8%。海事船舶在船龄上的特点是“两多”,即新船多、老旧船多。究其原因,一是近年来交通运输部加大了对海事船舶的投资,更新和新建了大批船舶;二是由于历史欠账过多,海事船舶中老旧船舶仍然占有较大比例;三是受材料、制造工艺、投资和维护保养等因素的限制,海事船舶的服役年限比较短,船舶需要不断地更新。4.布局按直属海事局统计,各单位巡逻船保有量差别较大,即使考虑辖区范围和业务量,多数单位的船舶数量仍远远不能满足需求,特别是缺乏40米级以上船舶的配备。
(二)西方发达国家海上执法船舶建设的概况与经验1.美国海岸警备队(1)管辖范围及职责。负责管理美国95000英里的岸线,共361个港口、10000英里的可航水路及面积达340万平方英里(据美国资料)的专属经济区水域的安全、交通及人命救助等工作。(2)执法船舶配备情况。美国海岸警备队1990年有船舶2153艘,2000年1400艘,2004年1500艘,2005年1600艘。(3)沿海主力船型情况。美国海岸警备队40米级及以上海上巡逻船共有152艘,大中小型区分明显,船舶系列结构比较合理。大型巡逻船(12艘,占8%,相当于100米级巡视船)功能完善、耐波性好,经常作为航空母舰编队单元,航速29节;中型巡逻船(30艘,占20%,相当于60米级巡逻船)相对同尺寸船舶,排水量大,吃水大,速度适中(14~20节);小型船(110艘,占72%,相当于40米级巡逻船)排水量相对较小,快速反应能力强,航速较高。2.日本海上保安厅(1)管辖范围及职责。负责日本港湾、内水43万平方千米、领海74万平方千米、专属经济区405万平方千米(据日本资料)水域的交通安全及人命救助等工作。(2)执法船舶配备情况。日本海上保安厅共有各类船舶511艘,有PLH型、PL型、PM型、PS型、PC型和CL型几种类型船艇。(3)沿海主力船型情况。PLH型巡逻船现役13艘,可搭载1~2架直升机,船舶排水量在3000吨~7000吨之间,航速20节以上。PL型巡逻船现役27艘,船舶排水量为1000吨,航速20节以上。PM型巡逻船以60米左右、排水量600吨左右船舶为主力船型,航速为18节~20节;从建造服役时间纵向来看,新船型性能指标随时间呈不断改进提高趋势。PS和PC型巡逻船船长在20~50米之间,航速较快,一般在30节以上,分析其主要原因是由于日本海上保安厅还负有打击走私、偷渡等职责,该类船型主要负责此类任务,因此其航速很高。
(三)沿海海事执法船舶建设存在的主要问题自十一五以来,海事部门通过船型优化逐步形成了标准化船型,通过批量建造提高了建造质量、加快了建造进度,可以说我国海事执法船舶建设速度快、成效显着。但与我国海事业务发展需要和保障航运经济安全、快速发展的需求相比,与西方发达国家海事执法船舶建设的规范化、系列化和优良性能相比,我国海事执法船舶建设还有很大差距,存在一些问题。1.总量不足我国海岸线长度18000千米,管辖的海域面积约300万平方千米,港口吞吐量和水运量居世界第一位,目前沿海巡逻船仅551艘,与世界发达国家相比还有很大差距。日本海上保安厅沿海巡逻船511艘,并且排水量为600吨的PM型巡逻船是主力船型,数量较多;美国海岸警备队执法巡视船2005年有1600艘。所以我国沿海巡逻船的数量过少,特别是性能良好的船舶数量少,远不能满足海事业务管理需求。2.主要性能较差受投资规模、设计技术、建造技术等多种因素限制,海事巡逻船的总体技术性能较差。主要表现在:一是巡逻船航速偏低,低速巡逻船船舶比例过大(39.3%),严重影响了监管和搜救指挥工作的正常开展;二是老旧船舶多。超期服役和达到服役年限的船舶共计283艘,占海事船舶总数的35.8%。统计表明,船舶老旧将导致船舶的安全性变差,海事船舶对安全性的要求应高于一般船舶,海事老旧巡逻船过多,不但影响了工作的正常进行,船员自身的安全也存在较大的隐患;三是耐波性较差。用于海区监管的巡逻船多数吨位过小,吃水偏小,船舶的耐波性较差,不能满足恶劣气象条件下的常规监管和应急抢险工作需要;四是船舶技术性能指标较低。特别是船舶的操纵性、作业能力和自动化程度、通信、导航和信息系统,都还不能适应实际需要,工作效率和工作质量不高;五是工作环境较差。部分船舶的振动和噪声较大,船舶的总体布置不符合实际工作需要,生活设施过于简陋。3.结构不合理在我国沿海巡逻船中,100米级巡逻船占比0.5%,60米级巡逻船占比2.2%,40米级巡逻船占比5.6%,30米级及以下巡逻船占比92.15%;美国沿海执法船中,大型巡逻船(相当于100米级巡视船)占比8%,中型船(相当于60米级巡逻船)占比20%,小型巡逻船(相当于40米级巡逻船)占比72%;日本沿海执法船中,仅PLH型和PL型占比就达到8%,PM型巡逻船(60米左右、排水量600吨左右)为主力船型,具有相当多的数量。
二、对沿海海事执法船舶建设的哲学思考
关键词：环境影响;船舶;结构完整性;设计; 腐蚀
在船舶建造和维护阶段来降低对环境影响是本文着重讨论的方向，本文试着将通过船舶以下几个方面进行解决：通过改善船体的方式来降低运行中油耗，进而减少对环境影响；优化船体结构设计通过改善船体强度以及合理细分船室来防止燃油和危险品泄露；降低噪声污染和振动，因为会影响到内部环境和外环境的质量；解决预防腐蚀和检测腐蚀度问题；船舶设备的维护。
1、减少船体结构完整性的缺失对环境的影响
船舶意外事故及对海洋造成污染的原因，往往是由于碰撞或者搁浅致使船体结构完整性受到破坏。因此，在设计船体时候应考虑到这些方面：1.1、提高船体结构强度和吸引能力。1.2、要保证有充足的残存强度以便在事故的救援中赢得更多的时间。1.3、如何预防海损中因船室破裂而引起的污染也是我们需要关注的焦点，尤其是吨位比较大的油轮以及其他特殊化学物品专用船。
目前的研究主要是通过简化算法（运用于评估船舶在不同结果组装形式下所能承受碰撞及搁浅的能力）的方式来提高船体强度和能量吸收能力。目前正在使用的有限元法全数值，通过模拟方式（船舶垂向运动搁浅模拟，撞击运动模拟，和局部结构模拟）和试验结果进行比较，得出有效的结果，凸显了其重要性，这已经开始用于设计评估中，以便提高船舶碰撞和搁浅强度。
2、优化船体结构减少油耗
船模实验是船体构造优化设计的基础，尤其是拖模试验是其重要一环。此外，目前运用流体动力学计算来进行船壳结构的优化方法已经在船舶设计中得到实际运用。当然，这要求设计人员要有丰富的专业知识和判断能力，同时需要我们在以下几个方向做出努力
2.1、在稳定性和粘性流体方面，改进流体动力学模型。
2.2、加快流体动力学模拟化的自动化进程，改进技术。
2.3、通过改善船体强度及细分船舱室来防止燃油和化学物品的泄露。
3、 降低噪音和振动
由于螺旋桨工作过程中周围的流场环境不同引起空泡现象，进而产生噪声和振动。所以，如何减小汽轮推荐系统的噪音是值得我们思考的问题。
3.1、设计出合适的船桨配合装置，使其周围的流场趋于平顺可以降低噪声和振动。
3.2、 在一定的流场中我们还可以通过设计新的桨叶来改善螺旋桨空泡现象，进而减少噪声和振动。通过流体动力学并结合完善的模拟实验技术运用流体可视化，来帮助改善船体设计中兴波领域的问题。
3.3、使用全船的三维有限元模拟，以便在设计阶段更好的对船体的振动水平作出一个准确的预测，这比噪声预测水平要更先进些。
4、减少腐蚀对船舶的损害
除了前面提到的碰撞和搁浅，超载、断裂外腐蚀也会损坏船舶结构的完整性，从而影响船舶的稳定性。我们考虑：通过在设计阶段规定附加的外板厚度以及防腐系统来解决。优良的设计结构能在一定程度上减轻腐蚀度，但是在维修设计方面很少有人关注，如：留出适当空间为局部结构的检修或者涂抹敷料提供方便，因此，在船舶防腐设计时就应该注意到该问题。
5、船舶的防腐与检测
腐蚀是船体设计和维护中不得不面对的一个问题，否则它会在消弱船体功能同时也会引起环境污染，然而影响腐蚀的因素是多方面的，想把这些问题杜绝在设计阶段是不现实的，所以在很大程度上是靠检测和维护来消除腐蚀的，检测的步骤在一定的程度上决定了应对腐蚀问题的有效性。
5.1、检查货物量，装载量，压舱物，腐蚀率等，同时还要作好钢的温度、腐蚀发生率的记录。
5.2、需要检查循环装载和钢结构的偏离对腐蚀程度的影响。
5.3、要考虑原油冲刷对腐蚀性及对钢表面油墨的影响，同时还要研究不同种类的原油对设备的有效性影响。
5.4、为检验混合物和湿气对腐蚀造成的影响，要对其包含的惰性气体进行检测。
6、 船舶设备的维护
船舶的设备维护与备用系统关系到环境问题，维护管理体系在整个安全体系中占有重要地位，通过对维护系统的不断改进能有效降低成本，强化安全。
维护可分计划维护和非计划维护，非计划维护囊括了事故发生时的维护和未预防到的事故的维护。预防性维护主要是维护船体和大型钢结构架，安全消防器材，防污染和航行装置，通信系统及垃圾处理和排放系统等等，通过采用新的维修材料来降低成本，增加实用性。
此外，还可以通过改进设计和组装工艺来延长船舶寿命，以减少年报费量，进而实现环境保护和经济效益的双赢性。合理使用不同材料也能有效减轻其重量，尤其是高速船更为重要，需要我们注意的是：在还未对不同的材料进一步处理前，必须要分开储存。
总之，世界经济的发展肯定会带动船舶制造业的发展，虽然从船舶的“生命周期”来看，船舶的全球化环境影响是发生产生在船舶运营阶段，但是从当地的视角来看，在船舶的建造、维修过程中对环境影响是比较大，值得我们关注。我们应该不断的进行技术创新，提高船舶的技术含量和自动化水平，提高能源的利用率，使世界航运业也在一个良性、和谐的状态下快速发展。
参考文献
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[2]邵长丰,方祥麟;船舶交通流的流体模型[J];大连海事大学学报;2002年01期
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[5]王德才. 曾令泉. 论防治船舶污染海洋环境. 中国水运 .2006. 08
韩庄镇是长江以北最大的内河船舶制造基地，船舶工业是资金、技术、劳动密集型产业，产业关联度大，带动力强，外向度高，加快我镇船舶工业发展，对推进我镇装备工业结构调整和经济结构优化具有重要意义。为推进我镇船舶工业持续健康发展，做大做强我镇船舶工业，结合我镇实际，提出我镇船舶工业产业乡镇发展规划。
一、船舶工业发展的优势
我镇紧靠**湖，具备得天独厚的水资源和地理优势，船舶工业起步较早，造船业始于上世纪70年代，由起初的木船、水泥船制造，转换提升制造千吨级钢质驳船。我镇现有造船企业7家，其中主要包括：航宇造舶修造公司、峰伟船舶修造公司、塘湖造船厂、微湖船舶修造公司。主要建造钢质拖轮、1000吨以上钢质货船。从业人员520人，2009年预计年产值5.08亿元，造船产量达30**重吨。此外另有4家航运公司和一个船用风力发电设备研发中心。多年来，我镇船舶制造业为国内交通运输业，工业产品交流，煤炭、建材外运，解决劳动就业，促进地方经济发展等诸多方面作出了突出重要贡献。
二、加快船舶工业集群发展的规划
（一）加强政策扶持力度，优化企业发展环境
把船舶工业发展作为我镇装备制造业新的增长点，并将船舶规划列入我镇民营经济总体发展规划，着力培育，加大政策扶持力度，营造船舶工业快速发展的宏观环境。
（二）统筹规划，推进船舶工业结构调整
切实提高船舶工业在全省经济中的产业地位，制定有利于加快其发展的产业政策和发展战略，统筹规划，合理布局。坚持发展与改革相结合的原则，加快体制创**机制转换，走新型工业化道路。
（三）整合内外资源，做大做强船舶工业
进一步加大招商引资力度，积极创造良好投资环境，充分利用我省周边大中城市和国内外的资金优势、产业优势、技术优势、管理优势、人才优势，促进我镇船舶工业发展。
三、船舶工业下步发展重点
（一）把建造散装货船作为发展重点。
随着能源价格上涨通航条件改善，中小吨位货船倍受水运商的欢迎，市场需求逐年看涨。目前，我国4000吨位以下中小型货船建造主要集中在淮河水系、**水系。由于散装货船市场需求量高，可成批量订单，同时制造周期短，劳动密集程度高，有利于充分发挥我省劳动力成本低和资源丰富的优势。
（二）把开发中高档游艇产品作为发展重点。
中国水域辽阔，湖泊星罗棋布，河流纵横交织，目前，进行旅游开发的不到10%。随着中国的旅游市场步入良性发展轨道，据预测国内市场各种游艇需求将不断增加。我镇船舶制造业所处的位置和条件得天独厚，市场条件优越，发展前景广阔。
（三）把专业船舶制造作为发展重点。
2015年前，力争将我镇船舶工业基地建成集船舶研发、船舶设计、船舶修造、船舶配件研制为一体的综合船舶企业。
（四）把船用配套产业作为发展重点。船舶制造专业关联度高，与机械、机电、化工、仪表、电子、钢铁等相关产业密切相关。做大做强我镇船舶工业，同时带动相关产业集群化发展，就必须加大船用配套产品研发力度，形成产业配套良性互动的局面。配套完备的产业体系，建立船舶工业物流中心和专业配送中心，规划建设仓储棚区，进行企业联运，实现加工配送专业化。
四、发展目标
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