探討船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題分析及處理方法

牟恩龍 韓佳楠 蔣璀璨

摘 要：進行船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的就是尋求合適的結(jié)構(gòu)形式和最佳的構(gòu)件尺寸，既保證船體結(jié)構(gòu)的強度、穩(wěn)定性、頻率和剛度等一般條件，又保證其具有很好的力學(xué)性能、經(jīng)濟性能、使用性能和工藝性能。本文就船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的問題及處理方法進行得簡要的分析，以期為相關(guān)工作提供一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：船舶結(jié)構(gòu)；設(shè)計；問題分析；處理方法

1 船舶設(shè)計項目管理組織結(jié)構(gòu)

1.1 項目外在組織結(jié)構(gòu)

項目的外在組織結(jié)構(gòu)是指項目所在單位的外部組織環(huán)境。項目外在組織結(jié)構(gòu)可分為以下三種組織結(jié)構(gòu)：職能型組織結(jié)構(gòu)、項目型組織結(jié)構(gòu)、矩陣型組織結(jié)構(gòu)。以上三種外在組織結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點，所以在選擇外在組織結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該考慮下面幾點因素的影響。

（1）項目周期。周期長的項目容易受到時間和資金的制約，且項目管理過程中容易產(chǎn)生變更。單從這方面考慮應(yīng)該采用矩陣式組織結(jié)構(gòu)。

（2）項目性質(zhì)。項目性質(zhì)對于項目組織結(jié)構(gòu)的選擇起到關(guān)鍵的作用，需要項目經(jīng)理召集項目團隊具體分析項目性質(zhì)，不同的項目性質(zhì)需要采用不同的項目組織結(jié)構(gòu)。

（3）項目成本和質(zhì)量。項目成本和質(zhì)量是項目成敗的關(guān)鍵因素，單從這方面考慮應(yīng)該采用項目型組織結(jié)構(gòu)。

1.2 項目內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)

項目內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)是指項目團隊組成人員的組織結(jié)構(gòu)。項目團隊結(jié)構(gòu)分為以下幾種類型：無私團隊結(jié)構(gòu)、同形團隊結(jié)構(gòu)、專長團隊結(jié)構(gòu)、任務(wù)等級結(jié)構(gòu)。每種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點，所以選擇項目內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，需要確定項目的性質(zhì)，項目的性質(zhì)決定需要的項目團隊人員，根據(jù)項目團隊人員的組成情況確定組織結(jié)構(gòu)。還需要根據(jù)項目工作內(nèi)容，確定負責(zé)項目的各專業(yè)部門。

1.3 船舶設(shè)計項目管理組織結(jié)構(gòu)

在確定船舶設(shè)計項目管理組織結(jié)構(gòu)前，需要先了解船舶設(shè)計的特點。

1.3.1 船舶設(shè)計的特點

船舶設(shè)計是一項需要各專業(yè)部門合作的系統(tǒng)工程，涉及總體、船體、輪機、電氣、舾裝和涂裝等專業(yè)。各專業(yè)部門有各自的專業(yè)工作又和其它各專業(yè)相互影響，需要各專業(yè)部門通過緊密合作，協(xié)調(diào)處理設(shè)計過程中遇到的問題。船舶設(shè)計具有以下特點：

1）船舶產(chǎn)品的小批量性決定其獨特性；每個項目的技術(shù)要求和工藝各不相同，導(dǎo)致各專業(yè)部門所需的人員配備不同，技術(shù)側(cè)重點不同。項目的獨特性要求項目經(jīng)理針對不同的項目采取不同的管理策略。

2）船舶設(shè)計有明確的開始和結(jié)束時間，具有臨時性；船舶建造合同中對項目的結(jié)束時間有明確規(guī)定；項目具有一定的生命周期，完成了設(shè)計任務(wù)后自然終止，與其它領(lǐng)域的項目運作有本質(zhì)的區(qū)別；項目的臨時性要求項目經(jīng)理降低設(shè)計項目與船廠施工需求的影響。

3）船舶設(shè)計具有漸進性，各階段關(guān)注點不同；總體布置和性能；設(shè)備系統(tǒng)配置；詳細設(shè)計；生產(chǎn)設(shè)計；完工設(shè)計。項目的漸進性要求項目經(jīng)理控制各階段的設(shè)計進度。

1.3.2 船舶設(shè)計項目管理組織結(jié)構(gòu)

設(shè)計院分為總體、船體、輪機、電氣、舾裝、涂裝、項目管理和設(shè)計保障等專業(yè)室。設(shè)計院往往會同時承擔(dān)多個項目的設(shè)計任務(wù)，而船舶設(shè)計項目需要各專業(yè)部門工程師的緊密合作，這需要各個項目能夠分享各專業(yè)部門的工程師。同時，船舶設(shè)計項目的技術(shù)性質(zhì)也決定了項目管理的必要性，所以需要將船舶設(shè)計項目的管理與技術(shù)合并為一個整體，成立項目管理組織。根據(jù)船舶設(shè)計的工作流程和特點，我們設(shè)計院的項目外在組織結(jié)構(gòu)采用矩陣型組織結(jié)構(gòu)，項目內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)采用同形團隊結(jié)構(gòu)。也就是矩陣式組織結(jié)構(gòu)支撐下的項目經(jīng)理負責(zé)制，由項目經(jīng)理負責(zé)對項目人員和技術(shù)的管理，項目組人員由各專業(yè)室人員組成，根據(jù)項目的設(shè)計進度隨時調(diào)整人員的構(gòu)成，項目經(jīng)理由院領(lǐng)導(dǎo)直接管理。

2 船舶并行協(xié)同設(shè)計過程的構(gòu)建

1）設(shè)計過程分析與分解。要完成并行協(xié)同設(shè)計理念下的過程分析與分解，一方面，依照設(shè)計方案將各項細則明確細化，為后續(xù)施工設(shè)計過程做準備；另一方面，在并行協(xié)同工程中注重“宏觀并行，微觀串行”的相關(guān)理論，對傳統(tǒng)的船舶設(shè)計過程加以細分為初步設(shè)計、詳細設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計三個大的階段。詳細的設(shè)計是基于整體設(shè)計，對設(shè)計的子系統(tǒng)進行深入分析。生產(chǎn)設(shè)計的最終目的是船舶生產(chǎn)，其主要過程可以總結(jié)為殼、舾、涂三大流程。

2）設(shè)計過程的規(guī)劃與重組。實踐表明，設(shè)計流程之間有三種關(guān)系，即串行關(guān)系，平行關(guān)系和交叉關(guān)系。串行關(guān)系是最原始的協(xié)作關(guān)系，我們將其優(yōu)化的目的就是將這種傳統(tǒng)向著并行關(guān)系或交叉關(guān)系進行轉(zhuǎn)變。通過分解與設(shè)計，對一些原始的連續(xù)工作流程并行，分工過程中進一步劃分關(guān)系并進行過程重組，進而保證設(shè)計的成功率，構(gòu)建設(shè)計微循環(huán)。微循環(huán)模型是一種宏觀平行的，微觀設(shè)計理念下的的模型機制。其主要是將設(shè)計對象分解為子對象，并允許設(shè)計人員在設(shè)計對象的不同方面進行同時工作，從而大大縮短整個設(shè)計周期，提升了工作效率，該種設(shè)計理念需要完成的信息共享機制作為保障。

3 基于并行工程的船舶設(shè)計過程的改造

1）建模。這實際上是一個需要重復(fù)設(shè)計的過程，很難做到一次性成功。就船舶工程而言，其設(shè)計過程中的各種元素之間是一個動態(tài)變化的過程，需要大量的時間作為依托才能把握其規(guī)律，對其進行精確描述，最終設(shè)計成功。在這種情況下，為了保證最大限度的成功幾率，在生產(chǎn)實踐中通常使用最小-最大代數(shù)關(guān)系來構(gòu)建其函數(shù)關(guān)系，然后使用動態(tài)規(guī)劃方法優(yōu)化其周期。這同時也要求，我們在設(shè)計出模型并應(yīng)用于并行優(yōu)化的整個過程中，在模型和設(shè)計過程之間建立一對一的對應(yīng)關(guān)系是非常重要的，必須要引起設(shè)計師們的高度重視。

2）改造管理機制。目前，船舶制造企業(yè)開展生產(chǎn)設(shè)計所需要建立的模式是在設(shè)計院設(shè)計的基礎(chǔ)上建立的，在生產(chǎn)設(shè)計和現(xiàn)場生產(chǎn)直接指導(dǎo)的基礎(chǔ)上建立的，所以設(shè)計這種機制更好的優(yōu)化方法是設(shè)計研究所和造船企業(yè)進行聯(lián)合設(shè)計，組件高效、高質(zhì)量的設(shè)計團隊，聘請或者引用造船企業(yè)的優(yōu)秀人才，從制造設(shè)計的各個環(huán)節(jié)著手，重點關(guān)注技術(shù)薄弱環(huán)節(jié)，全方位的監(jiān)控生產(chǎn)過程和生產(chǎn)條件，并對從概念設(shè)計模式到生產(chǎn)設(shè)計模式，然后到現(xiàn)場生產(chǎn)的全過程實現(xiàn)無縫鏈接。

3）應(yīng)用輔助設(shè)計和管理技術(shù)。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，計算機模擬技術(shù)被逐步應(yīng)用于船舶設(shè)計和發(fā)展的全過程。尤其是在結(jié)構(gòu)計算、性能計算和制造技術(shù)方面，計算機技術(shù)發(fā)揮著不可替代的重要作用。但就目前來看，計算機技術(shù)在船舶制造企業(yè)中的應(yīng)用還不廣泛，技術(shù)也不夠成熟。因此，在船舶的設(shè)計中，由于船舶產(chǎn)品的復(fù)雜性，經(jīng)常由無數(shù)的部分組成，而且每部分信息也可能比較凌亂，更有可能改變其動態(tài)。為了確保這些信息的完整性，有效性和準確性，難以通過手工管理手段實現(xiàn)。這需要一個良好的技術(shù)平臺進行支持生產(chǎn)，同時要加強生產(chǎn)和管理信息集成的并行設(shè)計，使船舶設(shè)計院與制造商之間的三維船體模型變得更加完善。綜上所述，在設(shè)計院和造船廠實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之間的協(xié)同設(shè)計，使造船企業(yè)在詳細設(shè)計階段開始參與設(shè)計，這對加強企業(yè)和設(shè)計院的數(shù)據(jù)庫管理模式，實現(xiàn)優(yōu)化的船舶設(shè)計過程有非常大的幫助。

4 結(jié)語

船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個多學(xué)科結(jié)合的問題，由于船舶的特殊工況，船舶結(jié)構(gòu)要綜合考慮振動、海水腐蝕、流體力學(xué)特性和抗沖擊特性等，這些不確定性因素都會影響船舶的性能。同時，眾多影響因素對船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體優(yōu)化提出了挑戰(zhàn)。

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