船舶与海洋工程专业简介
【引言】从原始部落中的羊皮筏到规模宏大的郑和船队,再到新时代人民海军威武雄壮的航母舰队,伴随着人类的发展历史,船舶从悠悠长河中飘荡而来,又顺着长河疾驰而去。步入新世纪,人类加快了对于海洋资源的开发,各种新式船舶与海洋结构物层出不穷,各种军民用船舶、海上石油鉆井平台、海上机场、海上漂浮式风机……时至今日,人类对大海资源的利用与探索仍处于初期阶段。
步入新时代,我国也加快了对于海洋资源的开发和利用。2017年十九大报告指出,坚持陆海统筹,加快建设海洋强国;2019年,原中国船舶工业集团有限公司与原中国船舶重工集团有限公司重组,实现“南北船”合并,此次合并具有非凡的意义,同年,山东号航母服役;2021年,上海市人民政府印发了《上海国际航运中心建设“十四五”规划》,明确到2025年基本建成世界一流国际航运中心的总体目标,同年,中国船舶集团有限公司总部由北京迁往上海。我国建立海洋强国的计划正在一步步落实,海洋强国的美好愿景正在一步步实现。
船舶与海洋工程专业就是这样一门研究各类船舶与海洋结构物的设计、性能、结构、建造等方面技术,培养从事船舶设计、研究、试验等方面高级工程技术人才的学科。
【院校介绍】目前,我国有十余所本科院校开设了船舶与海洋工程专业,一般认为哈尔滨工程大学(211)和上海交通大学(985)占据着该领域当之无愧的霸主地位,两者在教育部公布的第四轮学科评估结果中都是A+等级,海军工程大学、大连理工大学、天津大学、大连海事大学、武汉理工大学、西北工业大学等学校也都名列前茅。哈工程和上交两所学校都具有优良的研究基础和深厚的历史积淀,前者的学科基础为1953年成立的“哈军工”海洋工程系,后者的学科基础自1952年我国高等院校院系调整后便一直存在,延续发展至今。船舶与海洋工程专业是宽口径交叉型学科,作为重工业领域的传统工科专业,该专业强调在本科低年级阶段对学生数学和物理基础开展严格训练,在本科高年级阶段对船舶基本原理开展细致教学,培养严谨的工程思维,毕业生综合能力较强。在教学上,本学科发展与经验积累密切相关,不同学校的教学重点也有所不同和侧重。
【专业介绍】船舶与海洋工程专业是一门研究各类船舶与海洋结构物的设计、性能、结构、建造等方面技术,培养从事船舶设计、研究、试验等方面高级工程技术人才的学科。学科以数学和物理为基础,以船舶原理为主干,主要从流体、结构、建造三个方面传授船舶与海洋结构物的工程计算和科学研究知识与技能。
【课程介绍】笔者本科毕业于哈尔滨工程大学,下面课程介绍以哈尔滨工程大学船舶工程学院的主干课程为例开展介绍。入学后,在大一大二阶段,主要开展作为学科基础的数学和物理训练。数学训练主要包括高等数学、线性代数、概率论、复变函数,物理训练主要包括大学物理、理论力学、材料力学(理论力学、材料力学和后续高年级要学习的流体力学、结构力学是本学科的四大力学基础)。数学和物理训练至关重要,将在很大程度上影响高年级课程学习的难易程度;此外需要注意,本专业是典型的工科专业,不要求对数学和物理的机理有深入的理解,不能很好理解也完全不影响利用数学和物理工具开展本专业的工程应用和科学研究,能理解当然是最好。此外,大一大二阶段还会包括制图类、政治类、外语类、体育类等公共基础课和通识教育课的学习要求,通识教育课有学分数量要求,要自行安排学习计划,可以考虑尽量早地完成能够完成的学分。
在大三大四阶段,主要开展专业知识学习,专业课程通常分为三个方向:流体方向、结构方向、制造方向。流体方向主要关心船舶航行时遭遇的海洋环境以及海上风、浪、流环境对船舶与海洋结构物的运动影响。结构方向主要关心船舶在海洋环境中,遭遇风浪流作用后,船舶和海洋结构物的整体强度、局部结构强度的安全性影响;制造方向主要关心在船厂开展船舶生产制造中采用的部件加工方法、船体分段建造方法、船体合龙和下水方法等。流体方向主要专业课程包括船舶原理、海浪理论、海洋浮体水动力学等;结构方向主要专业课程包括船舶与海洋结构物构造、船舶与海洋工程结构物强度、船舶与海洋工程结构动力学等;制造方向主要的专业课程包括船体建造工艺、计算机辅助船舶设计与制造、船舶与海洋平台设计原理、船舶与海洋平台制造理论与方法、船舶工程设计制造软件等。下面会对重要的几门专业课程开展具体介绍。
【船舶原理】专业课核心,部分高校考研科目。船舶原理细分为船舶静力学、船舶阻力、船舶推进、船舶操纵性、船舶耐波性五部分,五部分内容各自具有独立性,可以分别开设小课程开展学习,通常用时一学年学习完成。
船舶静力学主要介绍船舶在静止状态下的稳定性问题,包括船舶在设计和部分舱室进水条件下的浮态和稳态问题。船舶在水中可以自由地发生俯仰和倾斜,这对船舶上的人员、货物、装备等都有重要影响,船舶静力学就是对船舶在不同情况条件下的姿态开展工程计算,从而调节船舶的静水姿态使其满足设计要求。
船舶阻力和船舶推进有时被合并成为一门课程开展学习,即船舶快速性。船舶阻力主要介绍不同种类的船舶在航行过程中遭受的主要阻力成分的分类,各种阻力成分的特点和计算经验公式,有些规律难以用公式表达有相应图谱可以查询。船舶推进主要介绍船舶的各种主要推进装置,对于当前主流的推进器螺旋桨,会展开介绍其基本特征、设计理论、水池试验、规范校核、图谱设计等。
船舶操纵性介绍船舶在航行过程中的操纵性问题,比如打舵之后的船舶航行姿态是怎样的,船舶在海上转圈的最小直径是多少等等,船舶操纵性对于船舶的近岸停靠、军用船舶作战性能等具有重要的意义,是衡量船舶运动灵活性的重要指标。船舶耐波性主要讨论了船舶在海上风浪下的运动和减缓摇荡的常用措施,对于远洋航行的民用船舶和军用舰船具有极其重要的意义。船舶操纵性和耐波性都是相对于航行过程而言的,与海浪环境密切相关,因此也常常将这两部分合在一起学习,并以海浪相关理论作为课程基础。
船舶静力学调整船舶姿态,船舶推进提供船舶航行动力,船舶阻力计算船舶航行时的阻力,船舶操纵性给出舵的相关设计参考,船舶耐波性降低船舶在波浪中的运动幅度,五部分内容相互影响,共同构成船舶设计的理论基础。
【海洋浮体水动力学】主要介绍船舶与海洋结构物在浪或流作用下的水动力载荷计算。船舶与海洋工程领域所研究的工程问题中,结构物和海洋环境都是非常复杂的,通常无法给出理论解(解析解),因此研究方法和计算途径主要为经验公式、模型试验、数值模拟,这一基本思路贯穿本、硕、博的课程学习和科学研究中。课程主要针对海洋结构物开展了模型简化、经验公式介绍、水动力成分分析、模型试验流程、数值模拟软件介绍等。
【船舶与海洋工程结构物强度】主要介绍基于结构力学和结构物建造规范的船舶及海洋结构物的总强度和局部强度计算与校核方法,以及系泊系统的强度计算方法。因为船舶的设计与建造是一件责任重大的事情,如果在陆地上出了事故还会有人来救援,在茫茫大海上,一旦发生事故导致船舶损毁,能够获得援助的机会是远远小于在陆地上的。在船舶设计初期就要使得船体结构具有足够的抵抗风浪破坏的能力,尽量保证船员和乘员的人身安全。
【船舶与海洋工程结构动力学】主要介绍基于材料力学和结构力学,在海洋工程背景下,如海洋平台、立管、船体等典型的海洋工程结构物在循环载荷作用下的动力响应求解方法。一定程度上,对于船舶开展结构动力学分析是随着近几十年来船舶的尺度越造越大而逐渐发展起来的。船舶越造越大,与海上波浪的波长尺度越来越接近,会发生弹振和颤振效应,对船体结构的安全性危害较大。
【船体建造工艺】主要介绍当前对船舶进行船体建造(壳装)、船体舾装、船体涂装的主要工艺方案和工艺方法,以及不同发展阶段下的造船模式。壳装,主要是船舶主体结构框架如何建造;舾装,主要是对船舶的水电系统、内饰等进行布置;涂装,主要是在船壳外涂防腐蚀漆料。
【船舶与海洋平台设计原理】主要介绍船舶设计与海洋平台设计过程中的基本流程、基本概念、基本方法、主要规范、影响结构物性能的主要参数、船体布置方案等。这门课程起到了一定程度上的综述和总结作用,是对之前学习的所有船舶建造内容的复习、巩固和加深,同时较为系统地梳理了作为船舶设计人员,在设计全过程中要走的设计流程和注意事项,也包含了对于船舶的经济性的评估。
【专业选修课】除了以上的必修重点课程,学生还可以结合自己的学习和研究兴趣选择许多选修课程。如潜艇潜器方向的潜艇潜器原理与设计、潜艇建造工艺,水面舰船方向的游艇设计原理、舰艇生命力,水下机器人方向的遥控潜水器技术、海洋运载器运动控制等。
【其他课程】除了这些课程,学生还要在大二、大三、大四完成金工实习、专业实习和毕业设计。金工实习是为了让学生以动手实践的形式更深入地了解车、钳、铣、刨、磨、数控等常规机械加工和现代机械加工方式,从而在开展船舶设计时充分考虑受限于加工工艺和加工条件的实际生产可能性,尽可能避免生产与设计的脱钩,优化设计和生产流程。专业实习是让学生亲临从事船舶设计的研究所和设计院,以及船厂一线,通过走访调研学习的形式,了解在教材中学习到的知识是如何应用于船舶等海洋结构物的设计和生产实践中的,去探寻设计和生产过程中存在哪些影响生产效率或生产进度的不合理因素,从而在之后的学习中带着问题去探索解决方法。毕业设计是在本专业前辈导师的指导下,选择一个具体问题,开展基于所学习理论知识的应用性质或科研探索性质的研究,通过撰写毕业论文及开展毕业答辩的形式对所研究问题进行整理总结。
【总结】总的来说,船舶与海洋工程专业是一个小众专业,但在21世纪的中国前景光辉灿烂。该专业培养学生坚实的数理基础和工程思维,为学生后续深造提供流体、结构、制造三个方向丰富的专业课程知识,通过金工实习和专业实习培养学生的产学研结合意识,能够较大提升学生的专业技术和综合能力。专业细分领域较多,一般在本科阶段后期会有一定的专业分化和方向选择,因此有必要提前做好各方向了解和职业规划。
【就业与深造】船舶与海洋工程专业本科毕业可以选择留在本行业或者转向其他行业,通常本专业学生在就读期间培养了较强的数理基础,因此可以转读的行业面较广,转行受到的限制相对较小。
如果留在本行业,就业可以选择进入中国船舶集团有限公司的下属单位。包括船厂,如上海江南造船厂、上海外高桥造船厂、上海沪东中华造船厂、大连造船厂、广船国际造船厂等;研究所,如武汉七〇一研究所、武汉七一九研究所、无锡七〇二研究所、上海七〇八研究所、上海船舶研究设计院、上海江南研究院等;船级社在中国的公司,如中国CCS船级社,挪威DNV船级社,美国ABS船级社等。
开设船海专业的国内主要院校每年春招和秋招时节通常会有船海领域的各大招聘单位到校宣讲招聘,是一个了解就业市场信息的好机会,入学后也可以尽早了解。如果对于未来的就业情况不甚满意,也可以利用大多数高校都有的第一年的转专业机会进行专业调整。
如果考虑攻读研究生深造,国内比如哈尔滨工程大学和上海交通大学,国外比如美国密歇根大学安娜堡分校、英国帝国理工学院、英国南安普顿大学、挪威科技大学、新加坡国立大学、日本横滨国立大学、日本九州大学等都是不错的方向。
【总结与展望】当前,我国正处于加快建设海洋强国的关键时期,正是用人之际。在船舶与海洋工程领域,无数前辈经过艰辛奋斗已经取得了杰出的成果。在民用船舶领域,我国已经占据了油轮、散货船、集装箱船三大主力船型的主要国际市场,现在也正在向被誉为船舶工业“皇冠上的三颗明珠”(航空母舰、LNG船、大型邮轮)不断前进,大型邮轮项目目前正在上海外高桥造船厂按计划顺利推进。在军用船舶领域,各种战斗和战斗辅助舰艇层出不穷,航母战斗群也形成了战斗力。在海洋平台领域,海洋石油981深水半潜式鉆井平台标志我们在海工装备领域已经具备了自主研发力和国际竞争力。在深海潜器方面,载人潜器“蛟龙号”突破7000米级下潜深度,无人潜器“悟空号”突破10000米级下潜深度。船舶与海洋工程的方方面面都取得了骄人的成绩,同时也展示了更广阔的发展空间。如何让民船的排放指标降低?如何让军船的性能进一步提升?如何让海洋平台的造价更低,占领更大的国际市场?如何建造更清洁、更安全、更高效的海上风电场?如何让深海潜器具备高效的自主作业能力?站在巨人的肩膀上,有的是更加广阔的风景,更加美好的明天。
不论选择什么专业,什么方向,不论读到什么学位,拿过什么奖项,祝愿即将成为大学生的同学们能够在希望、失望、绝望、希望的轮回后,不忘初心,坚守在自己的岗位上,像一颗钉子一样牢牢地钉住几十年,量变是会带来质变的。引用《士兵突击》中的一句话作为结尾:光荣在于平淡,艰巨在于漫长。
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