船舶模塊化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)分析

俞夢(mèng)娜 夏志平

摘? 要：進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)持續(xù)平穩(wěn)增長(zhǎng)，國(guó)家綜合國(guó)力不斷提升，各行各業(yè)也發(fā)生著日新月異的變化。船舶行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，不僅為海洋資源的開(kāi)發(fā)利用提供裝備，也為世界貿(mào)易提供了必須的平臺(tái)。船舶行業(yè)是一個(gè)巨大的社會(huì)系統(tǒng)工程，其所處的產(chǎn)業(yè)鏈涉及面甚廣，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)，能夠較快地帶動(dòng)與之相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。造船是船舶行業(yè)的核心部分，而船舶的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)是重中之重。船舶的設(shè)計(jì)和制造是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，加強(qiáng)對(duì)船舶設(shè)計(jì)與制造的研究力度是非常必要的。因此，文章就船舶模塊化設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行了深入的分析和探討。

關(guān)鍵詞：船舶;模塊化設(shè)計(jì);制造

中圖分類(lèi)號(hào)：U671.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）29-0151-02

Abstract： Since the beginning of the new century， China's economy has continued to grow steadily， the country's comprehensive national strength has been continuously improved， and various industries are also changing with each passing day. As an important part of the national economy， the shipbuilding industry not only provides equipment for the development and utilization of marine resources， but also provides a necessary platform for world trade. Shipbuilding industry is a huge social system engineering， whose industrial chain involves a wide range of areas and the industrial relevance is very strong， therefore， it can quickly promote the development of related industries. Shipbuilding is the core part of the shipbuilding industry， and ship design and manufacturing technology is the top priority. Ship design and manufacturing is a complex process， so it is very necessary to strengthen the research on ship design and manufacturing. Therefore， this paper makes an in-depth analysis and discussion on the modular design and manufacturing of ships.

Keywords： ship; modular design; manufacturing

造船業(yè)在我國(guó)有著悠久的歷史，早在3000年前就已經(jīng)有木板船了。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的船舶工業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展軌道，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，造船產(chǎn)量大幅提升。但是相比于船舶產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的船舶設(shè)計(jì)制造仍然處于初級(jí)階段。在第四次工業(yè)革命的時(shí)代背景下，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各行各業(yè)，船舶設(shè)計(jì)與制造也呈現(xiàn)出全新的模式。傳統(tǒng)的船舶設(shè)計(jì)與制造技術(shù)已經(jīng)難以適應(yīng)行業(yè)發(fā)現(xiàn)要求，正逐漸被邊緣化甚至徹底淘汰。在計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助下，現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)與制造日益精細(xì)化，準(zhǔn)確性越來(lái)越高?，F(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)的核心技術(shù)之一是船舶模塊化技術(shù)，縱觀西方發(fā)達(dá)國(guó)家的大型船舶設(shè)計(jì)制造企業(yè)都對(duì)船舶模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)入了深入的探索研究，現(xiàn)已取得了較為豐碩的成果，對(duì)于創(chuàng)新行業(yè)技術(shù)工藝、推動(dòng)行業(yè)發(fā)展、提升行業(yè)經(jīng)濟(jì)收益都有著重要的推動(dòng)作用。因此，我國(guó)船舶行業(yè)的各級(jí)主管部門(mén)和相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于船舶模塊化設(shè)計(jì)的探究。

1 模塊化簡(jiǎn)介

模塊化是現(xiàn)今普遍運(yùn)用于復(fù)雜問(wèn)題的工作處理方式，即將復(fù)雜的問(wèn)題自上而下逐層地分解為若干個(gè)模塊，每個(gè)模塊完成系統(tǒng)的一個(gè)子功能，所有模塊遵循嚴(yán)密的邏輯按照一定的方法再組裝成一個(gè)整體，從而完成該復(fù)雜系統(tǒng)所要求的所有功能?，F(xiàn)代船舶企業(yè)在設(shè)計(jì)與制造過(guò)程常常采用模塊化方式，能減少造船企業(yè)的制造成本，促進(jìn)造船企業(yè)實(shí)現(xiàn)更好、更快的發(fā)展。要想完成船舶舾裝模塊化設(shè)計(jì)，我們要深入了解模塊化理論，從而更好地完成船舶舾裝的制造過(guò)程。模塊化是以系統(tǒng)論、標(biāo)準(zhǔn)化、相似理論為基礎(chǔ)理論。模塊化的系統(tǒng)論理論要求在船舶舾裝的過(guò)程中，必須把船舶上的各種部件視為一個(gè)系統(tǒng)，并深入了解各個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，尋找各個(gè)系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與環(huán)境之間、要素與系統(tǒng)之間的關(guān)系，從而找到優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有效方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一。模塊化的標(biāo)準(zhǔn)化理論決定了在進(jìn)行船舶舾裝的過(guò)程中，必須保證各個(gè)系統(tǒng)能夠擁有獨(dú)特的標(biāo)準(zhǔn)，從而在行駛船舶的過(guò)程中，各個(gè)不同的系統(tǒng)能夠單獨(dú)使用，或者不同系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)不同的組合，實(shí)現(xiàn)功能的多樣化。模塊化的相似理論要求船舶的制造者必須熟悉各個(gè)部件的相似性，盡量減少產(chǎn)品的多樣化。

2 模塊化造船的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

船舶是伴隨著人類(lèi)生產(chǎn)生活、探索世界的腳步產(chǎn)生的，其發(fā)展歷程漫長(zhǎng)，目前大體經(jīng)歷了四個(gè)比較大的時(shí)代，即舟筏時(shí)代、帆船時(shí)代、蒸汽船時(shí)代和柴油機(jī)船時(shí)代。第三個(gè)階段開(kāi)始進(jìn)入近現(xiàn)代船舶時(shí)代，這時(shí)的船舶發(fā)展為使用非自然動(dòng)力，可以在船舶上使用外加的礦產(chǎn)燃料動(dòng)力，這是非常大的進(jìn)步?，F(xiàn)在我們正處于全新的第四個(gè)發(fā)展階段，綜合運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展海洋立體交通。各個(gè)歷史階段的生產(chǎn)力發(fā)展水平差異巨大，其造船技術(shù)也具有鮮明的時(shí)代特色。在第一個(gè)階段中，造船是系統(tǒng)導(dǎo)向型的，具體表現(xiàn)就是船臺(tái)散裝與碼頭艦裝，以及整船涂裝。在第二個(gè)階段，發(fā)展成為系統(tǒng)和區(qū)域?qū)蛐?，具體表現(xiàn)為分段建造、預(yù)舾裝及預(yù)涂裝。第三個(gè)階段，進(jìn)一步發(fā)展為區(qū)域、類(lèi)型和階段型造船，其表現(xiàn)形式為區(qū)域建造、區(qū)域舾裝及區(qū)域涂裝。目前的第四階段，中間產(chǎn)品導(dǎo)向型成為主導(dǎo)，并逐漸向產(chǎn)品導(dǎo)向型過(guò)渡，造船已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了殼舾涂一體化，在不久的將來(lái)終將實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造的一體化。

3 船舶模塊化設(shè)計(jì)與制造方法的具體應(yīng)用

基于模塊化的基礎(chǔ)理論，要想在船舶設(shè)計(jì)與制造中實(shí)現(xiàn)模塊式的設(shè)計(jì)要求和制造目標(biāo)，就應(yīng)該對(duì)船舶設(shè)備按照一定的規(guī)律分解為不同的模塊，將設(shè)計(jì)要求劃分到每個(gè)模塊，然后按照具體進(jìn)行各項(xiàng)操作。各模塊同時(shí)作業(yè)，既彼此關(guān)照又互相制約，從而保障整體建設(shè)的進(jìn)程。這樣的操作流程設(shè)計(jì)人員就決定了相關(guān)設(shè)計(jì)工作需要多人同時(shí)開(kāi)展，設(shè)計(jì)人員必須在全面細(xì)致地了解到各依附式模塊的具體特征和要求基礎(chǔ)上，從功能和布置兩個(gè)層面，對(duì)模塊化設(shè)計(jì)方式進(jìn)行深入的研究。

船舶設(shè)備功能的設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響著設(shè)備安裝效率和后續(xù)使用，在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)需嚴(yán)格遵循各項(xiàng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，避免出現(xiàn)誤差。雖然這一部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是誤差的出現(xiàn)率卻不低，主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)備主系統(tǒng)與各個(gè)子系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系了解得不透徹，制作設(shè)計(jì)方案時(shí)，在細(xì)節(jié)方面有所疏漏。比如，設(shè)備配套功能的完善就常常被忽略。因此，設(shè)計(jì)人員切不可心急，務(wù)必全面考慮設(shè)計(jì)方案的各項(xiàng)內(nèi)容和細(xì)節(jié)，充分進(jìn)行優(yōu)化。只有這樣才能確保設(shè)備的安裝和后續(xù)使用，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

設(shè)備布置模塊涉及的內(nèi)容廣泛，影響因素較多，設(shè)計(jì)人員在開(kāi)展相關(guān)工作時(shí)要對(duì)可能涉及到的內(nèi)容進(jìn)行全面細(xì)致的考慮，尤其要注意特殊環(huán)節(jié)，如設(shè)備暴露在外部的區(qū)域需重點(diǎn)關(guān)注。在滿(mǎn)足建設(shè)要求的同時(shí)還要保證設(shè)備外觀的整體性和美觀性。一般設(shè)備布置區(qū)域主要有四個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)楦飨到y(tǒng)的功能不同，其對(duì)設(shè)備的類(lèi)型要求也有一定的差異，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)具體的實(shí)際情況采取針對(duì)性的設(shè)計(jì)方式。船舶設(shè)備設(shè)計(jì)單位需密切關(guān)注相關(guān)行業(yè)動(dòng)態(tài)，加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外同行的聯(lián)系，積極學(xué)習(xí)他們的先進(jìn)技術(shù)，總結(jié)以往工作的寶貴經(jīng)驗(yàn);定期組織內(nèi)部設(shè)計(jì)人員的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，介紹最新行業(yè)信息和前沿技術(shù)，提高其專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力，為船舶設(shè)備的設(shè)計(jì)工作做好準(zhǔn)備。

船舶設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)首先進(jìn)行設(shè)備功能的設(shè)計(jì)。這項(xiàng)工作的重點(diǎn)是子系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)和通用化設(shè)計(jì)，要對(duì)子系統(tǒng)的構(gòu)成產(chǎn)品進(jìn)行完善，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的功能建設(shè)。在對(duì)設(shè)備進(jìn)行功能設(shè)計(jì)時(shí)，主要存在兩個(gè)方面。第一，從產(chǎn)品平臺(tái)角度進(jìn)行設(shè)備的概念設(shè)計(jì)，根據(jù)市場(chǎng)的應(yīng)用需求，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面的分析，結(jié)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，制作最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。還可以通過(guò)后期工藝的增加，來(lái)增強(qiáng)技術(shù)的通用性，對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化和完善。其次，對(duì)設(shè)備進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，根據(jù)接口的定義，對(duì)設(shè)備自身的功能和特征進(jìn)行明確，然后按照設(shè)計(jì)的原則開(kāi)展相關(guān)的工作，滿(mǎn)足接口部分的設(shè)計(jì)要求。

船舶設(shè)備進(jìn)行模塊化制造前，需對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面深入的學(xué)習(xí)，了解設(shè)計(jì)方案的具體要求和每個(gè)模塊的建設(shè)特點(diǎn)。在進(jìn)行模塊化制造時(shí)必然會(huì)存在與設(shè)計(jì)方案不符之處，作業(yè)人員要及時(shí)與設(shè)計(jì)人員溝通;設(shè)計(jì)人員有必要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況重新分析設(shè)計(jì)要點(diǎn)、整理設(shè)計(jì)思路，務(wù)必使設(shè)計(jì)方案具備可操作性;作業(yè)人員在充分理解設(shè)計(jì)方案后需嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，開(kāi)展具體操作。同時(shí)，企業(yè)應(yīng)聘請(qǐng)具備資質(zhì)的專(zhuān)業(yè)人士擔(dān)任現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)指導(dǎo)和工程監(jiān)理，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。只有這樣，才能有效保證最終建設(shè)出來(lái)的船舶設(shè)備滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

4 船舶模塊化設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展方向

隨著第四次工業(yè)革命時(shí)代的到來(lái)，利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。我國(guó)政府提出“中國(guó)智造2025”，部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。造船業(yè)作為我國(guó)工業(yè)的重要組成部分，應(yīng)該積極響應(yīng)國(guó)家政策，與時(shí)俱進(jìn)，充分利用信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。模塊化能夠幫助各船舶企業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量化生產(chǎn)，并根據(jù)不同的需求及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，完善設(shè)備功能，設(shè)計(jì)能夠適用于不同船型的通用模塊，真正實(shí)現(xiàn)船舶業(yè)的“智造”。

4.1 未來(lái)造船模式

未來(lái)造船模式指SCIMS，即造船計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。它的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)，突破地域和時(shí)間的限制，將遍布各地的模塊生產(chǎn)工廠，與船廠、設(shè)備制作廠與材料制作廠進(jìn)行相互的連接，使各個(gè)工廠能夠及時(shí)了解彼此的生產(chǎn)情況，并據(jù)此調(diào)整各自的生產(chǎn)進(jìn)度，這樣可以及時(shí)有效地實(shí)時(shí)監(jiān)控各工廠的生產(chǎn)，使生產(chǎn)系統(tǒng)做到無(wú)縫連接。這樣的系統(tǒng)建立是通過(guò)信息的數(shù)字化與信息高速公路以及信息的網(wǎng)絡(luò)化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。總之，這種SCIMS可以給未來(lái)進(jìn)行徹底的模塊化造船提供了有力的技術(shù)幫助，也只有在這樣的系統(tǒng)中才可以實(shí)現(xiàn)真正的模塊化造船。

4.2 生產(chǎn)中心造船模式

生產(chǎn)中心造船模式是一個(gè)獨(dú)立的責(zé)任生產(chǎn)單元，在建造的過(guò)程中它的任務(wù)就是建造專(zhuān)門(mén)的分段，同時(shí)在專(zhuān)門(mén)的分段的建造過(guò)程中進(jìn)行預(yù)舾裝工作形成模塊產(chǎn)品。也可以是進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的單元模塊的制造、或者只是進(jìn)行總裝的部分。生產(chǎn)中心的劃分因標(biāo)準(zhǔn)不同可以由很多“中心”組成，根據(jù)性質(zhì)的不同，生產(chǎn)中心的建造模式可以劃分成進(jìn)行制造的中心與職能中心;根據(jù)它的體系結(jié)構(gòu)與設(shè)置位置來(lái)進(jìn)一步細(xì)化，它還可以劃分為實(shí)體中心與虛擬中心。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于上述分析可知，相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式與制造方法，模塊化設(shè)計(jì)與制造可以實(shí)時(shí)根據(jù)市場(chǎng)需求，調(diào)整設(shè)計(jì)方案，在整體項(xiàng)目的統(tǒng)籌規(guī)劃上對(duì)各設(shè)備逐一進(jìn)行改造優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能的升級(jí)，從而使得企業(yè)生產(chǎn)出來(lái)的船舶設(shè)備性能更加優(yōu)越，更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。由此可見(jiàn)，船舶設(shè)計(jì)制造企業(yè)應(yīng)該積極與國(guó)外同行溝通交流，學(xué)習(xí)借鑒其成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身實(shí)際情況，改進(jìn)生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)，在有效提升工作效率，增加經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)，為船舶行業(yè)帶來(lái)更多的綜合效益，促進(jìn)行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

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