船舶設(shè)計(jì)制造中的并行工程與分道建造技術(shù)

關(guān)俊瓊

摘 要：把握好船舶船體建造及檢驗(yàn)的重要節(jié)點(diǎn)，是提升船舶質(zhì)量及效率的關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)并行工程以及分道建造技術(shù)的特點(diǎn)分析，重點(diǎn)探討關(guān)于并行工程與分道建造技術(shù)在船舶設(shè)計(jì)建造過(guò)程中所需要的相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，在一定程度上可達(dá)到縮短造船周期，完善造船工藝的需要。

關(guān)鍵詞：船舶;設(shè)計(jì);并行工程;分道;建造

1導(dǎo)言

在新時(shí)代的背景下，我們對(duì)于船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造工作慢慢變得個(gè)性化，我們的設(shè)計(jì)構(gòu)思出發(fā)點(diǎn)是對(duì)客戶(hù)的需求進(jìn)行深度解讀，貼合其想法，針對(duì)每個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化處理。目前，國(guó)際上使用的主流計(jì)算技術(shù)就是建立開(kāi)放式方程模型，這一過(guò)程需要投入大量的人力、物力和財(cái)力，但是在分配計(jì)算船舶動(dòng)力能耗時(shí)，十分有限，分配結(jié)果難以達(dá)到最優(yōu)，尤其是面對(duì)眾多的方程時(shí)，方程模型難以解決非線(xiàn)性強(qiáng)、變量維數(shù)高的問(wèn)題。

2并行工程理論

并行工程是相對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程而言的，更加強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的同步性而非傳統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的“串行”式次序性，并行工程又稱(chēng)為同時(shí)工程或者生命周期工程。并行工程的出現(xiàn)以及現(xiàn)階段對(duì)生產(chǎn)周期的要求，使以往以串行工程為主體的傳統(tǒng)企業(yè)組織體制和工作流程，以及從業(yè)人員的思維方式都產(chǎn)生極大改變。并行工程的實(shí)質(zhì)就是一種系統(tǒng)集成方法，它對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及相關(guān)的工藝過(guò)程都采用并行的方式來(lái)處理，并且是用管理、生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)等多種不同的方法來(lái)集成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造及其他相關(guān)過(guò)程。

并行工程的實(shí)現(xiàn)需要在設(shè)計(jì)階段開(kāi)始就能夠完成設(shè)計(jì)人員的集合，形成多功能的一個(gè)協(xié)同工作基礎(chǔ)，通過(guò)有效管理和通信實(shí)現(xiàn)信息共享，有序地進(jìn)行各項(xiàng)工作的交叉與并行，從而能盡早考慮到整個(gè)產(chǎn)品的各個(gè)因素，以確保設(shè)計(jì)與制造的一次成功，減少產(chǎn)品的建造周期。并行工程具有重視用戶(hù)要求、注重成員合作、高效通訊協(xié)同工作等特點(diǎn)。

3 故障并行計(jì)算研究

船舶各個(gè)部件消耗能量不同，產(chǎn)生的故障也有所不同。船舶行駛時(shí)分為平行形式和斜向行駛方式，這2種方式診斷故障信號(hào)過(guò)程不同。平行航行主要是利用拖輪航行，船舶的船艏和船艉都需要使用相同的速度航行，但是在實(shí)際工作時(shí)很難達(dá)到這一要求，所以先由一端?？?斜向行駛的夾角必須小于10°，這樣才能確保運(yùn)行的安全。因此各船舶電力設(shè)備故障并行計(jì)算公式時(shí)要從平行行駛和斜向航行兩方面探討：

（1） e（t）=r（t）？c（t）。式中：e（t）為平行航行時(shí)船舶電力設(shè)備的故障信號(hào)值;r（t）為平行航行時(shí)船舶正常狀態(tài)的所有信號(hào)值;c（t）為平行航行時(shí)船舶正常運(yùn)行信號(hào)值。平行航行通常需要建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，設(shè)立理論和實(shí)驗(yàn)方法，并建立模型，系統(tǒng)和參數(shù)要保持不斷變化，從而為故障診斷提供依據(jù)。船舶平行航行診斷電力設(shè)備故障信號(hào)時(shí)要考慮各個(gè)參數(shù)和狀態(tài)，使系統(tǒng)更加精確，在實(shí)際分析中，這種方法很難應(yīng)用到復(fù)雜設(shè)備。

（2） u（t）=r′（t）？c′（t）。式中：u（t）為斜向航行時(shí)船舶電力設(shè)備的故障信號(hào)值;r'（t）為斜向航行時(shí)船舶正常狀態(tài)的所有信號(hào)值;c'（t）為斜向航行時(shí)船舶正常運(yùn)行信號(hào)值。基于模式識(shí)別方法的船舶電力設(shè)備故障信號(hào)診斷適用于船舶斜向行駛，使用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論建立模式識(shí)別過(guò)程，記錄船舶運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的參數(shù)，并生成對(duì)應(yīng)模式。不同的故障狀態(tài)擁有的參數(shù)也不同，因此需要在數(shù)據(jù)庫(kù)中找出合適的模板進(jìn)行匹配。這種方法適用于所有復(fù)雜和未知的問(wèn)題，而且診斷過(guò)程簡(jiǎn)單，方法有效。故障診斷對(duì)于綜合性要求極高，診斷時(shí)需要應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)、力學(xué)知識(shí)、機(jī)械知識(shí)、電子知識(shí)、測(cè)試知識(shí)、人工智能知識(shí)和計(jì)算機(jī)知識(shí)，診斷時(shí)要考慮船舶的工作環(huán)境，以及天氣惡劣。

4并行工程與分道建造技術(shù)在船舶工程中的應(yīng)用

4.1并行工程下的船舶設(shè)計(jì)建造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程視作一個(gè)集成過(guò)程是并行工程的一大特點(diǎn)，也是并行工程與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的根本區(qū)別。在并行工程應(yīng)用于船舶建造中，可以利用全局視野的角度對(duì)船舶建造的整個(gè)過(guò)程甚至是船舶的整個(gè)生命周期進(jìn)行與之相對(duì)應(yīng)的管理、控制和優(yōu)化，并對(duì)已有過(guò)程進(jìn)一步完善和提高。

并行工程現(xiàn)階段在船舶設(shè)計(jì)建造中應(yīng)用主要依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)庫(kù)的資料對(duì)比，使各類(lèi)專(zhuān)家對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、分析，確定船舶的設(shè)計(jì)可靠性和相應(yīng)的制造性能，各類(lèi)專(zhuān)家可以利用網(wǎng)絡(luò)將不同的意見(jiàn)反饋匯總并利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相關(guān)分析，從而修改產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)上傳產(chǎn)品模型使不同的使用者能夠同時(shí)在新修改的模型上進(jìn)行相關(guān)操作，直至完成所有相關(guān)任務(wù)。這種方法不僅有利于提升整體工作效率、減少設(shè)計(jì)時(shí)間，而且由于充分考慮了船舶在設(shè)計(jì)、建造、使用等整個(gè)生命周期各階段可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題，從而進(jìn)一步提升了船舶設(shè)計(jì)質(zhì)量。同樣，在船舶建造階段，并行工程的方法也能提升船舶建造效率，改善船舶建造質(zhì)量。

4.2船體結(jié)構(gòu)骨架檢驗(yàn)

在船體結(jié)構(gòu)骨架檢驗(yàn)過(guò)程中，檢驗(yàn)人員需要仔細(xì)對(duì)照施工圖，確保設(shè)計(jì)方案的落實(shí)情況，完全根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行放樣。該階段的檢驗(yàn)任務(wù)主要是對(duì)船舶船體結(jié)構(gòu)骨架的各銜接部分尺寸進(jìn)行檢測(cè)，包括結(jié)構(gòu)骨架形式、鋼板拼接形式等，確保其符合設(shè)計(jì)要求。在對(duì)船底板尺寸檢測(cè)過(guò)程中，要確保實(shí)際拼接情況以及接縫焊接質(zhì)量符合要求，保證船體結(jié)構(gòu)的整體性。船體結(jié)構(gòu)骨架對(duì)整個(gè)船舶船體建造質(zhì)量有重要影響，因此必須確保檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，真實(shí)反映船體各部分尺寸的拼接情況，使其能夠滿(mǎn)足實(shí)際使用需求。

4.3分道作業(yè)的支撐技術(shù)

船舶要實(shí)施分道建造還需要船廠在實(shí)施建造前，對(duì)原生產(chǎn)模式下的生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行調(diào)整，形成適應(yīng)分道建造的新生產(chǎn)線(xiàn)，同時(shí)還需要轉(zhuǎn)變管理思路，形成與之相應(yīng)的管理制度。此外，由于涉及到不同專(zhuān)業(yè)之間的交叉施工，因此需要各專(zhuān)業(yè)之間加強(qiáng)協(xié)作，減少施工過(guò)程中的摩擦，增加施工效率，同時(shí)有利于分道作業(yè)的完成。完成前述準(zhǔn)備后，船舶需按照成組技術(shù)以及相似性原理，對(duì)中間產(chǎn)品進(jìn)行分類(lèi)、確定工藝流程，以保證生產(chǎn)的并行進(jìn)程和均衡性。因此，分道建造技術(shù)除了需要相應(yīng)的軟件外，還需要生產(chǎn)等方面的硬件和與之相適應(yīng)的生產(chǎn)技術(shù)的支撐。分道作業(yè)主要包含如下技術(shù)：

（1）合理的分段劃分

船體分段劃分的合理性是否能順利實(shí)施船體分道建造的關(guān)鍵技術(shù)也是基本要求之一。分段劃分是在船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中完成的，它不僅需要考慮分道建造的原則與分段劃分的相似性，同時(shí)還需要考慮船廠生產(chǎn)設(shè)施、生產(chǎn)能力等實(shí)際情況，最終形成科學(xué)、合理并能夠符合船廠實(shí)際生產(chǎn)情況的分段。

（2）推行船體精度控制技術(shù)

基于船體建造標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合精度計(jì)算、管理方式和建造工藝等方面因素，分析船體建造過(guò)程的尺寸精度以確定生產(chǎn)補(bǔ)償量和控制精度，使現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的修正量最小化，提升現(xiàn)場(chǎng)工作質(zhì)量和工作效率。

4.4對(duì)斷梁進(jìn)行優(yōu)化處理

在整個(gè)船體的建造中，對(duì)于斷梁?jiǎn)栴}的優(yōu)化處理也是不容小覷的。如何有效、安全的對(duì)斷梁?jiǎn)栴}進(jìn)行一個(gè)優(yōu)化，是急需我們解決的問(wèn)題。我們的操作步驟是，對(duì)斷梁進(jìn)行一個(gè)合理的定位分析，然后將其分段處理，在斷梁的每個(gè)作用部位點(diǎn)行進(jìn)焊接處理。是實(shí)際的工作生產(chǎn)中，我們要避免出現(xiàn)拆東墻補(bǔ)西墻的情況，要避免出現(xiàn)截?cái)嘈铝喝パa(bǔ)舊梁的情況，這樣對(duì)整體工作量的減少也是具有一定的幫助意義。我們可以引進(jìn)新的理論線(xiàn)結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，既可以保證梁的整體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度上的剛硬也可以保證對(duì)梁的結(jié)構(gòu)不會(huì)造成任何的影響變換，這樣也可以打消客戶(hù)對(duì)于截?cái)嘈铝喝パa(bǔ)救舊梁的擔(dān)憂(yōu)。

結(jié)語(yǔ)：相較于傳統(tǒng)的故障獨(dú)立計(jì)算方法，故障并行計(jì)算方法在診斷電力設(shè)備故障信號(hào)時(shí)計(jì)算量要更小，計(jì)算時(shí)長(zhǎng)要更大，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于故障獨(dú)立計(jì)算方法。目前，分道建造技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用已經(jīng)日趨成熟，但是并行工程的實(shí)施依然受到很多因素制約，仍有很大提升空間，需進(jìn)一步研究與實(shí)踐。并行工程與分道建造技術(shù)合理的組合與使用，是現(xiàn)代造船模式發(fā)展的需要。它將使我國(guó)的造船工業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展，并向著世界造船強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)邁進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉丹.復(fù)雜故障并行計(jì)算在船舶電力系統(tǒng)數(shù)字仿真中的應(yīng)用[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2017，16（6）：55-57.：

[2]范小寧，林焰，紀(jì)卓尚.船舶管路三維布局優(yōu)化的變長(zhǎng)度編碼遺傳算法[J].中國(guó)造船，2007，48（01）：82-83.