大規(guī)模定制下模塊化造船技術(shù)概述

董煒趙虹王威

（江蘇科技大學(xué) 鎮(zhèn)江 212003）

0 引 言

在經(jīng)濟(jì)全球化和信息技術(shù)的綜合影響下，船舶行業(yè)的競爭環(huán)境發(fā)生了巨大變化。主要體現(xiàn)在整個(gè)船舶產(chǎn)品船型和類型的增多、客戶需求多樣化和個(gè)性化、多品種小批量生產(chǎn)比例增大和市場動態(tài)多變等方面。造船企業(yè)必須及時(shí)提供多元化的產(chǎn)品選擇以滿足客戶個(gè)性化需求，才能保持和提高自身的競爭力和市場占有率。為適應(yīng)船舶多品種、小批量的生產(chǎn)特點(diǎn)，大規(guī)模定制生產(chǎn)模式應(yīng)運(yùn)而生。

所謂大規(guī)模定制，簡言之，就是使個(gè)性化定制產(chǎn)品能形成大批量生產(chǎn)的規(guī)模；更進(jìn)一層來講，大規(guī)模定制是企業(yè)的產(chǎn)品定位于客戶的需求，在確定和滿足客戶個(gè)性化需求的同時(shí)，又不降低企業(yè)的生產(chǎn)效率。這是一種結(jié)合定制生產(chǎn)和大規(guī)模生產(chǎn)兩種模式的新的生產(chǎn)方式，在如今的工業(yè)化進(jìn)程中顯示出了無可比擬的優(yōu)勢。

造船企業(yè)大都要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造技術(shù)、生產(chǎn)組織等方面采取措施以實(shí)施大規(guī)模定制。不能針對大規(guī)模定制的特點(diǎn)找到有效的開發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)、生產(chǎn)管理模式等等，大規(guī)模定制就不可能真正的實(shí)現(xiàn)［1］。

現(xiàn)如今，模塊化設(shè)計(jì)制造技術(shù)是最適合大規(guī)模定制產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)建造技術(shù)?？梢哉f，模塊化設(shè)計(jì)制造技術(shù)為大規(guī)模定制生產(chǎn)方式的成功開展奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也是大規(guī)模定制成功實(shí)施的關(guān)鍵。

1 模塊化造船的定義和可實(shí)施性

模塊化造船這一概念最早來源于美國二戰(zhàn)時(shí)期大量造船的時(shí)代。由于其顯示出的優(yōu)越性，模塊化造船的方法在近年來得到不斷深入的研究和廣泛應(yīng)用。模塊化造船的理念被運(yùn)用到船舶產(chǎn)品開發(fā)的全過程，包括從船舶最初的設(shè)計(jì)、建造，到使用過程中的維護(hù)更新。同時(shí)促使了船舶配套設(shè)備廠家對其產(chǎn)品也進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)制造的研究和開發(fā)。

通常對造船模塊的基本理解和定義為：模塊屬于最終產(chǎn)品的預(yù)制單元，其不但具備標(biāo)準(zhǔn)尺寸、標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)接口，而且主要部位具備可選性與可更換性。這種預(yù)制單元具備獨(dú)立的功能，有的是結(jié)構(gòu)功能單元；有的是系統(tǒng)功能單元，能進(jìn)行獨(dú)立生產(chǎn)制作。由于模塊中主要部件具有可選性和可更換性，所以能進(jìn)行局部修改更換，以滿足客戶個(gè)性化需求［2］。

隨著現(xiàn)代造船模式的推進(jìn)，使成組技術(shù)、系統(tǒng)工程和工業(yè)工程中的某些理論在船舶行業(yè)得到了成功應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了殼舾涂一體化作業(yè)。這就為實(shí)現(xiàn)模塊化造船提供了良好的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

模塊化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制生產(chǎn)模式的前提和首要任務(wù)?；诖笠?guī)模定制對少品種、大批量的要求，再較之與傳統(tǒng)模式下的設(shè)計(jì)，可總結(jié)出模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)［3］：

（1）模塊化設(shè)計(jì)基于產(chǎn)品系統(tǒng)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法僅針對特定任務(wù)，從產(chǎn)品的具體結(jié)構(gòu)和功能為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)；而模塊化設(shè)計(jì)方法卻是面向某一類型產(chǎn)品的所有系統(tǒng)或與具有相似功能的相鄰產(chǎn)品系統(tǒng)進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)。

（2）模塊化設(shè)計(jì)是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法為專用性的特定設(shè)計(jì)；而模塊化設(shè)計(jì)的對象則是一種通用件，各種模塊可在各種產(chǎn)品中通用，在設(shè)計(jì)過程中需要全面系統(tǒng)的理解并運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化理論。

（3）模塊化設(shè)計(jì)是組合化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的構(gòu)成模式是整體式的，其部件和組合方式是以特定的理念為著眼點(diǎn)開展設(shè)計(jì)；而模塊化產(chǎn)品構(gòu)成模式的特點(diǎn)則是組合式的，可根據(jù)不同需要組合成不同產(chǎn)品，其作為組合的單元常作為商品的形式存在，在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中需要對系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性、互換性及組合性充分考慮。

（4）模塊化設(shè)計(jì)需要以新理論為基礎(chǔ)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中要設(shè)計(jì)出較好的產(chǎn)品，主要憑借扎實(shí)的專業(yè)功底和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累；而要實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)僅憑這兩項(xiàng)是不夠的，還必須對成組技術(shù)及并行工程的原理和方法、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化理論等有較全面的理解，并善于運(yùn)用，才能夠設(shè)計(jì)出一個(gè)有生命力的模塊化系統(tǒng)。

（5）模塊化設(shè)計(jì)可以針對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以對產(chǎn)品內(nèi)某個(gè)劃定的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，即有兩個(gè)對象；而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的對象僅為產(chǎn)品。

3 模塊化設(shè)計(jì)的主要流程

基于大規(guī)模定制的船舶產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)基本流程主要經(jīng)過；信息的獲取和分析、船舶產(chǎn)品的分析歸類、建立船舶產(chǎn)品平臺、基于平臺開展模塊的設(shè)計(jì)和模塊的評價(jià)等階段（如下頁圖1所示）。

3.1 信息獲取

信息獲取是模塊化設(shè)計(jì)的前提，在這一前提下，對獲取的信息進(jìn)行分析比較，按照相似程度歸類，以其為根據(jù)，可進(jìn)行產(chǎn)品系列的科學(xué)劃分，將市場/客戶的特定需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格說明。

3.2 船舶產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)的定義、分析、分解

通過信息的分析歸類，可確定客戶的基本需求、次要需求和潛在需求，把需求反映到船舶產(chǎn)品上就形成對應(yīng)產(chǎn)品功能的基本功能需求、次要功能需求（附加功能）及潛在功能需求。

對船舶產(chǎn)品進(jìn)行功能和結(jié)構(gòu)分析，不僅需對待建立的模塊系統(tǒng)從系列化、通用化和組合化三方面進(jìn)行分析，而且還需對該模塊系統(tǒng)的服務(wù)對象——各種產(chǎn)品或系統(tǒng)按照系列化、通用化和組合化三方面進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上明確待建立的模塊化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸、通用性及組合性等。

3.3 建立船舶產(chǎn)品平臺

平臺就是能夠形成共同結(jié)構(gòu)的某類產(chǎn)品系統(tǒng)的子系統(tǒng)與接口，是為有效進(jìn)行大批量生產(chǎn)而建立的。但平臺并非一個(gè)完整的產(chǎn)品實(shí)體，只是產(chǎn)品的不同系統(tǒng)開展模塊化設(shè)計(jì)過程中創(chuàng)立的一系列子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)本身就是模塊或者由模塊加構(gòu)件組成，通過標(biāo)準(zhǔn)接口彼此連接。

船舶產(chǎn)品是由數(shù)量眾多的設(shè)備、舾裝件、管子和鋼材等組成，整個(gè)船舶產(chǎn)品可以分解為結(jié)構(gòu)模塊和舾裝模塊，這兩種類型的模塊又可以繼續(xù)分解成不同的子模塊。比如結(jié)構(gòu)模塊可以分解成總段模塊，總段模塊又可以分解成分段模塊，直到最小的模塊——構(gòu)件模塊。構(gòu)件模塊是結(jié)構(gòu)模塊最低級別的模塊，屬于基本單位。

船舶產(chǎn)品平臺的建立，主要是基型產(chǎn)品的建立。在基型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，經(jīng)過組合、分離、調(diào)換及尺寸鏈縮放等簡單操作來形成滿足需要的產(chǎn)品。產(chǎn)品平臺具有最基本的、非定制性的功能，卻又實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制的基礎(chǔ)，即同種產(chǎn)品所必須具備的基本功能?；竟δ艿膶?shí)現(xiàn)由彼此相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)和接口來完成的，這些子系統(tǒng)和接口的連接組合就是產(chǎn)品平臺，它是企業(yè)需要掌握的核心技術(shù)之一［4］。

3.4 模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)簡單地說，就是模塊的分解和組合。對船舶產(chǎn)品進(jìn)行模塊化劃分是產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)過程中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。模塊劃分方案的優(yōu)劣會對船舶產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)產(chǎn)生重大的影響。

模塊劃分以后，就要對劃分后的模塊進(jìn)行具體的模塊化設(shè)計(jì)。模塊是相對獨(dú)立的功能單元，能完成產(chǎn)品的特定子功能，通過接口與關(guān)聯(lián)模塊發(fā)生聯(lián)系。因此可對待定模塊從三方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別是功能模塊設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)及接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

對產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)是以滿足客戶的需求為出發(fā)點(diǎn)，而僅僅通過通用模塊的設(shè)計(jì)并不能完全滿足需求，常常需要在通用模塊的基礎(chǔ)上額外進(jìn)行專用模塊的設(shè)計(jì)，以滿足客戶的需求。一般情況下，專用模塊的設(shè)計(jì)大都是在拿到訂單后臨時(shí)加設(shè)的，但對臨時(shí)加設(shè)的專用模塊也應(yīng)盡可能考慮到重復(fù)使用，方便未來相同需求時(shí)，可重復(fù)使用該專用模塊。

3.5 模塊化設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

初步完成模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，它們可能滿足預(yù)定的設(shè)計(jì)要求且具備可操作性，但這些設(shè)計(jì)并不一定是最優(yōu)的設(shè)計(jì)。這就需要對模塊化設(shè)計(jì)建立一定的評判標(biāo)準(zhǔn)，對設(shè)計(jì)結(jié)果是否最優(yōu)進(jìn)行判斷。如果設(shè)計(jì)結(jié)果并非最優(yōu)設(shè)計(jì)，就要對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行必要的修改乃至重新設(shè)計(jì)，以期達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果。

4 國內(nèi)模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀概述

我國造船相關(guān)企業(yè)開展的模塊化造船主要針對某些功能和區(qū)域展開。目前運(yùn)用成熟的實(shí)物造船模塊主要有二氧化碳滅火裝置、輸液系統(tǒng)遙控閥組、海水淡水壓力柜、燃油供油、凸輪軸滑油、普通船員艙室等典型模塊。正在開展模塊化造船的區(qū)域主要集中在施工量大且需多種工種交叉作業(yè)的區(qū)域，如機(jī)艙區(qū)域、上建區(qū)域等。其中機(jī)艙區(qū)域又以主機(jī)集控室和機(jī)艙底層為重點(diǎn)。

相關(guān)船舶配套設(shè)備廠也開展了模塊化設(shè)計(jì)制造，以達(dá)到快速響應(yīng)市場的能力。多數(shù)配套設(shè)備廠會對市場需求的配套設(shè)備建立產(chǎn)品矩陣，以功能分析為基礎(chǔ)，對不同功能與類型的配套設(shè)備進(jìn)行功能分析和模塊劃分，將配套設(shè)備上同功能的基本單元、復(fù)合設(shè)計(jì)成不同用途、不同功能的模塊，再選用不同模塊進(jìn)行組合，形成不同類型和規(guī)格的配套設(shè)備［5］。

5 結(jié) 論

開展模塊化造船，能夠大大提高船舶的預(yù)舾裝率進(jìn)而縮短造船生產(chǎn)周期，改善建造質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度，提高企業(yè)的競爭力；同時(shí)也將加速船廠生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，使之成為真正的總裝廠。但要真正實(shí)現(xiàn)模塊化造船，還有許多方面需要研究和實(shí)踐探索。

［1］李春田.現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化前沿：模塊化研究［M］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［2］周春夏.基于現(xiàn)代造船模式的船舶舾裝模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用研究［D］.上海：上海交通大學(xué)，2008.

［3］王婷婷.船舶模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)研究［D］.鎮(zhèn)江：江蘇江蘇科技大學(xué)，2011.

［4］覃燕紅，魏光興.模塊化產(chǎn)品只能配置理論與方法［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2010.10.

［5］邱和平.船用絞纜機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的探索［D］.大連：大連海事大學(xué)，2007.