面向大型郵輪定制的模塊化產(chǎn)品族設計方法研究

程 帥 孟祥慧＊ 呂步高 李 瑞 于學超

（1. 上海交通大學 機械與動力工程學院 上海 200240；2. 上海外高橋造船有限公司 上海 200137）

0 引 言

大型郵輪被公認為是目前全球最復雜的單體產(chǎn)品，代表著當前全球船舶工業(yè)的最高水平。長期以來，郵輪的設計建造被意大利芬坎蒂尼、德國邁爾船廠、法國STX 等歐洲船廠壟斷。2018 年，中國船舶集團有限公司引進意大利芬坎蒂尼公司的Vista 船型平臺，由上海外高橋造船有限公司開始建造我國首艘大型郵輪——愛達·魔都號，造價55 億元人民幣。該郵輪于2023 年底建成交付，每年營收有望超10 億元人民幣，這標志著中國將正式開啟郵輪經(jīng)濟。根據(jù)交通運輸部等十部委聯(lián)合發(fā)布的《關于促進我國郵輪經(jīng)濟發(fā)展的若干意見》，中國郵輪市場到2035 年預計達到每年1 400 萬人次的規(guī)模，對于中國的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟貢獻預計達到5 500 億元人民幣[1]。然而，我國企業(yè)還需要在各方面修煉內(nèi)功，尤為重要的是培育自主設計和創(chuàng)新能力，帶動中國郵輪產(chǎn)業(yè)鏈升級。

郵輪自出現(xiàn)以來已取得了重大發(fā)展。1970 年的世界首艘現(xiàn)代郵輪“挪威之歌”僅能為游客提供9 個公共設施，而2009 年的“海洋綠洲”郵輪已能為游客提供上百項服務[2]。對于郵輪這種復雜產(chǎn)品，我國要在引進平臺技術(shù)基礎上實現(xiàn)自主設計創(chuàng)新，應盡快從需求出發(fā)建立高效率的設計模式。一方面，我國企業(yè)需要建立大型郵輪的正向設計開發(fā)流程，并根據(jù)流程中各環(huán)節(jié)的需要，培育技術(shù)和零部件供應網(wǎng)絡，解決企業(yè)自身能力不足的問題[3]；另一方面，也應該參考國際上大型船舶的設計趨勢，針對郵輪定制需求從而構(gòu)建高效的模塊化產(chǎn)品族設計模式。

郵輪作為娛樂載具，勢必要滿足不同地域和文化下的定制需求，船型不可能保持一成不變；同時，大型郵輪又不可能隨意變化，因為任何細微的變化都可能導致驚人的衍生成本。本文作者的前期研究表明：模塊化產(chǎn)品族方法既能高效地滿足個性化需求，又能保持低成本[4-5]，有望滿足郵輪的定制化需要。

模塊化產(chǎn)品族方法的核心理念是在功能模塊規(guī)劃的基礎上[4-6]，通過模塊的組合和更新形成一系列不同的產(chǎn)品，滿足不同的定制需求[7-8]。因此，該方法能夠最大限度重復利用已有設計，同時可以針對某些人群的需求對個別模塊進行定制，能夠有效降低成本并提高設計、生產(chǎn)的效率[9-11]。產(chǎn)品族設計的核心是功能模塊化設計，通過功能模塊的交互可構(gòu)成新功能并滿足需求[7,12]。因此，功能模塊化有助于縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、增加產(chǎn)品系列，便于后期模塊的重復利用、升級和維護[13]。

在模塊規(guī)劃階段，客戶需求分析非常重要。劉懋圻[14]通過建模證明了客戶分類是提高產(chǎn)品族魯棒性的關鍵。尹春雷[15]發(fā)現(xiàn)客戶需求的映射是將客戶需求反映到產(chǎn)品模塊的重要途徑。實際上，郵輪等大型船舶的設計，目前已經(jīng)朝著產(chǎn)品族模式靠近。為降低成本并得到新的設計方案，大多數(shù)郵輪設計公司是在明確需求的基礎上對同型船進行修改，通過模塊化設計進行功能檢測和設計更新[16-17]。針對與郵輪相似、造價高達幾十億美元的大型軍艦，美國蘭德公司也曾建議采用模塊化的適應性設計思路來降低成本并滿足不同需要[18]。挪威ERIKSTAD[19]討論了功能修剪在不同船型設計中的應用，通過在近海船中去除拖網(wǎng)絞車功能模塊、在漁船中去除地震系統(tǒng)功能模塊，來滿足不同細分市場。PANG 等[20]討論了郵輪產(chǎn)品的差異性和服務多樣性，這在未來的郵輪設計中非常重要。在這些進展基礎上，如果能夠建立起大型郵輪的模塊化產(chǎn)品族方法，將能系統(tǒng)和高效地解決郵輪的定制設計問題。

本文從分析國產(chǎn)大型郵輪未來面臨的定制需求出發(fā)，研究國產(chǎn)郵輪的模塊化產(chǎn)品族理念和設計方法，闡述郵輪的產(chǎn)品族設計流程、需求分類和功能模塊化，為未來國產(chǎn)大型郵輪的高效率定制設計提供支持。

1 大型郵輪定制設計的必要性和可行性

大型郵輪已經(jīng)成為1 座海上移動城市，可為游客提供以娛樂休閑為主的各類服務。如美國皇家加勒比郵輪公司的“海洋綠洲”郵輪，就可以為游客提供從跳傘、沖浪、過山車、海上卡丁車，到豪華餐廳、特色餐廳、各式套房等在內(nèi)的各項功能和服務[2]。然而，這仍然不能說明某一種郵輪設計能滿足所有人的不同需求。人的需求是沒有止境的，不同地域、不同文化、不同年齡段的游客也有不一樣的訴求，而郵輪的空間總是有限的。未來的郵輪設計，勢必要解決“在有限的空間內(nèi)滿足無限的需求”這一矛盾。通過郵輪定制設計，為不同客戶群體打造不同特色的郵輪服務，將是郵輪發(fā)展中的必由之路。

目前部分郵輪公司正在進行的嘗試，也證明郵輪定制設計的可行性。以皇家加勒比公司為例，該公司在不斷收集和分析游客需求的基礎上，正在嘗試推出不同的定制化設計，圖2 是該公司針對“海洋綠洲”郵輪客艙內(nèi)的局部定制化實例[21]。通?？团摼哂写?、浴室、沙發(fā)和陽臺等模塊，而對于以家庭為單位的游客而言，他們需要更多的床和浴室，這就需要在已有郵輪客艙基礎上進行模塊配置，增加相應的設施并對客艙內(nèi)布局、結(jié)構(gòu)進行定制設計。

另外，郵輪上的輪滑和碰碰車項目雖然都能吸引到相當數(shù)量的游客，但均會占據(jù)較大空間和光滑堅固的地面。因此，可以在娛樂廣場上通過更改配置模塊來實現(xiàn)輪滑和碰碰車項目之間的切換，以滿足游客的不同需求，如下頁圖3 所示[22]。

上述嘗試實際上是在郵輪設計方案已經(jīng)確定的情況下，通過局部模塊的配置修改來實現(xiàn)郵輪功能的定制創(chuàng)新。雖然這種創(chuàng)新能夠以較低的成本滿足不同需求，但畢竟受限于已有設計，所以只能滿足有限的定制需求。如果建立起郵輪的模塊化產(chǎn)品族設計方法，則可以系統(tǒng)和高效地滿足不同的定制需求，實現(xiàn)國產(chǎn)大型郵輪的高效率定制創(chuàng)新。

2 面向定制需求的功能模塊定義

產(chǎn)品族的可定制意味著產(chǎn)品面向具有定制需求的客戶群體，其功能在滿足基本需求的前提下具有可配置性。因此，功能模塊的定義和確認在產(chǎn)品族設計過程中非常重要，需要明確客戶需求與功能需求以及功能需求與功能模塊的映射關系，建立有利于定制設計的模塊化功能集。

與一般產(chǎn)品設計流程相似，產(chǎn)品族的設計流程通常分為2 個階段：第1 階段是將確定的客戶需求轉(zhuǎn)化為功能需求；第2 階段是根據(jù)功能需求定義功能模塊及其設計參數(shù)，形成產(chǎn)品族架構(gòu)設計[23]。其中，功能模塊對應的設計參數(shù)受到潛在的制造約束，需要考慮技術(shù)可行性[24]。圖4 所示為上述流程的一般表達，該流程強調(diào)了從客戶需求到功能需求、功能需求到功能模塊、功能模塊到參數(shù)設計，是自上而下的設計過程，有利于產(chǎn)品族設計滿足定制需求。反之，從參數(shù)設計到功能模塊、功能模塊到功能需求、功能需求到客戶需求，是自下而上的確認過程，有利于提高設計質(zhì)量和效率，降低設計風險。

在進行可定制產(chǎn)品族設計時，功能模塊的設計非常重要：首先在需求分析階段將客戶需求劃分為與所有客戶相關的共性需求以及部分客戶群體感興趣的定制化需求，然后定義共性功能模塊和定制化功能模塊，形成郵輪的產(chǎn)品族架構(gòu)。因此，可定制產(chǎn)品族模塊化功能設計方法中最重要的環(huán)節(jié)是需求分析和功能定義[13]。

下頁圖5 描述了從客戶需求到功能定義的分析方法：首先，通過各種渠道獲取客戶需求信息并仔細確認，將客戶需求轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)的設計需求，使需求信息變得客觀、明確且無歧義。然后，結(jié)合市場背景將設計需求分為共性需求和定制化需求兩大類，并進一步劃分為共性功能需求、定制化功能需求、共性非功能需求和定制化非功能需求。其中，反映客戶主要訴求的功能需求是設計的出發(fā)點；非功能需求則反映了客戶的其他訴求（如安全性需求、價格需求、外觀需求等，有時候也稱為廣義功能需求），為設計提供約束[25]。這種需求分類方法有利于充分發(fā)揮產(chǎn)品族的靈活性，為后續(xù)的快速定制奠定基礎。最后，在需求驅(qū)動下進行共性功能模塊和定制化功能模塊設計。共性功能模塊組成郵輪產(chǎn)品族的主體，在此基礎上可以通過添加選配不同的定制化功能模塊，滿足不同的定制化需求。

需要說明的是，部分設計需求無法在早期需求獲取階段被確認，而是隨著設計、開發(fā)的進行不斷派生而來，包括從需求到功能模塊的定義再到功能模塊的開發(fā)階段，這些需求定義為派生需求[25]。派生需求在需求分類階段也要進行分類并影響下一步功能模塊的設計與開發(fā)。這種需求分析方法有助于功能定制的完備性與正確性，避免產(chǎn)品族開發(fā)過程中出現(xiàn)遺漏，從而提高設計效率。

在產(chǎn)品族設計基礎上，通過功能模塊配置可以形成不同的定制化產(chǎn)品，其含義可以用圖6 來解釋。圖中的共性功能模塊是在所有產(chǎn)品中都有的，而定制化功能模塊在不同的產(chǎn)品中根據(jù)需求出現(xiàn)。每個功能模塊相對獨立，各功能模塊相互組合形成產(chǎn)品。功能模塊之間具有標準化接口，有利于定制化模塊的替換，從而便于功能配置。功能模塊具有通用性，有利于實現(xiàn)橫、縱系列產(chǎn)品間模塊的通用[26]。由于功能模塊具有上述特征，在共性功能模塊基礎上配置定制化功能模塊，可以實現(xiàn)復雜產(chǎn)品的高效定制化設計。

3 大型郵輪可定制模塊化產(chǎn)品族設計方法

3.1 大型郵輪模塊化產(chǎn)品族設計

根據(jù)前文所述，大型郵輪模塊化產(chǎn)品族設計首先應進行需求的定義、分解并劃分共性需求和定制化需求。

郵輪的客戶需求主要來自船東和游客，同時設計者也會有相關技術(shù)需求。船東需求主要圍繞經(jīng)濟性需求，如郵輪建造成本、運營成本、運營收益等。游客需求主要是郵輪提供的服務方面，如休閑娛樂、航行路線、安全性等[27]。設計人員要考慮法律法規(guī)和技術(shù)可行性。對上述需求進行分析和分類，以獲得更加明確的郵輪設計需求[28]。

圖7 是大型郵輪設計需求分解的案例，其共性設計需求包括：人員基本生活需求、航行動力需求、舒適性需求、環(huán)保性需求、安全性需求等；定制化需求包括：船東游客的定制需求、不同地域和文化客戶的定制需求等。為便于在產(chǎn)品族中進行功能配置，還需進一步區(qū)分功能需求和非功能需求。郵輪除了海上航行，最主要的功能是為游客提供休閑娛樂，在這方面應充分考慮文化、地域帶來的定制需求，以及游客對外觀審美等的人文需求。

功能模塊定義是郵輪產(chǎn)品族設計的重要環(huán)節(jié)，應全面圍繞設計需求開展。下頁圖8 是郵輪的產(chǎn)品族功能模塊定義示例，包括一些典型的共性功能模塊和定制化功能模塊。需要說明的是，模塊是有層次的，可以根據(jù)需要來決定從哪個層次上進行定制。圖8 中列出的航行功能模塊、餐飲功能模塊、住宿功能模塊、休閑娛樂功能模塊等，可以認為是郵輪中共性的頂層模塊；而動力模塊、主餐廳模塊、普通套房模塊、購物廣場模塊是下一層級的共性子功能模塊，對應常見的共性需求。在這些共性模塊基礎上，還應該定義一些定制化功能模塊，比如除主餐廳外，還可在餐飲功能模塊的下級模塊中設計特色餐廳、自主餐廳、快餐點心、酒吧、咖啡甜品等可選的定制化餐飲模塊；在住宿功能模塊的下級模塊中設計商務套房、影院式套房、豪華套房、陽臺套房、日光浴套房等可選的定制化住宿模塊；在休閑娛樂功能模塊的下級模塊中設計奢侈品店、攀巖、游泳池、兒童樂園、KTV 等可選的定制化休閑娛樂模塊。這些定制化模塊，并非要在每艘郵輪上都出現(xiàn)，而是可以根據(jù)需要選配，以形成不同的特色。

3.2 基于產(chǎn)品族的大型郵輪定制設計

在郵輪產(chǎn)品族定義基礎上，可按下頁圖9 所示流程進行郵輪設計：首先分析客戶的共性需求并進行共性功能模塊的確認；然后分析客戶定制化需求，并判斷當前郵輪產(chǎn)品族是否有相應的定制化功能模塊（若無，則進行新的定制化功能模塊設計并更新產(chǎn)品族；若有，則配置相應的功能模塊，并對已有的功能模塊進行組合、檢查及確認，以免發(fā)生沖突）；此后還需檢查所有定制化需求是否已經(jīng)滿足，若不滿足則針對下一條定制化需求進行功能模塊配置；最后再檢查配置的功能模塊組合是否滿足所有需求，若不滿足則需對產(chǎn)品族進行檢查和改進，若滿足便最終完成了郵輪的定制設計。

可見，這種基于產(chǎn)品族的定制設計方法，通過在共性功能模塊的基礎上配置定制化功能模塊，不僅充分考慮了客戶的定制需求，而且提高了郵輪新產(chǎn)品的設計開發(fā)效率，降低了設計復雜性和設計風險。

4 面向定制的大型郵輪功能模塊配置案例

郵輪作為旅游度假載體，為游客提供豐富海上娛樂活動是郵輪設計的主要關注點，因此本文以娛樂功能模塊的配置為例來討論郵輪的模塊化定制。

考慮到老人全年時間比較自由，常選擇春秋季節(jié)旅游，而中青年和學齡兒童往往在節(jié)假日旅游，因此可根據(jù)不同年齡段游客的需求，在不同時間段推出具有不同功能模塊配置的郵輪船型，以吸引不同的客戶群體。為此，本文基于大型郵輪產(chǎn)品族的定制化思路，提出一種以不同年齡段需求為主的郵輪功能模塊配置案例，如圖10 所示。

圖1 郵輪功能模塊

圖2 郵輪可定制模塊化客艙設計

圖3 郵輪可定制模塊化娛樂項目設計

圖4 可定制產(chǎn)品族模塊化功能設計流程

圖5 可定制產(chǎn)品族需求分析方法

圖6 基于功能模塊配置的定制方法

圖7 大型郵輪設計需求分解

圖8 郵輪產(chǎn)品族功能模塊的定義與確認

圖9 基于產(chǎn)品族的大型郵輪定制化設計流程

圖10 面向不同需求的大型郵輪娛樂功能模塊配置案例

該配置案例的思路是：在郵輪總體空間有限的情況下，在共性娛樂功能模塊基礎上，根據(jù)不同年齡段客戶的需求進行定制功能模塊配置，以打造不同的郵輪特色，滿足不同客戶群體的定制化需求。例如：以老人需求為主進行的娛樂功能模塊配置，可重點推出棋牌室、沙壺球場、繪畫書法館、歌舞劇院等功能模塊；而以中青年需求為主進行的娛樂功能模塊配置，可重點選配賽車、過山車、沖浪、攀巖等功能模塊；以兒童需求為主進行的娛樂功能模塊配置，可重點推出親子活動中心、兒童樂園、滑翔索道、新奇體驗區(qū)、科技探索等功能模塊。

上述面向客戶體驗的功能模塊配置，既可以在同一艘郵輪上通過模塊的更換和重新組合來實現(xiàn)；也可以在相同船型上通過配置不同功能模塊，一次性打造具有不同特色和體驗的多艘郵輪產(chǎn)品。其基本理念都是在共性功能模塊基礎上通過定制化功能模塊的選擇、組合、檢查及確認，盡可能重復利用已有的場所和空間，達到面向不同需求的郵輪定制化設計。

5 結(jié) 論

未來的大型郵輪，需在有限空間內(nèi)滿足不同客戶群體的定制需求。本文以郵輪定制設計的高效率和低成本為目標，研究了大型郵輪的模塊化產(chǎn)品族理念和設計方法，以支持國內(nèi)企業(yè)自頂向下地解決郵輪定制設計中的難題。本文研究的結(jié)論如下：

（1）面向定制需求來定義郵輪的產(chǎn)品族模塊，強調(diào)了功能需求和功能模塊的映射，有助于功能模塊定義的完備性，這對于復雜的大型郵輪來說非常重要；

（2）通過劃分郵輪的共性模塊和定制化模塊，有助于郵輪產(chǎn)品族的完善以及功能配置，從而滿足不同地域和文化下的郵輪定制需求；

（3）基于產(chǎn)品族的大型郵輪定制化設計流程是迭代的過程，根據(jù)該流程能夠高效地實現(xiàn)郵輪的定制創(chuàng)新。