關于深化生產設計的思考

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(江蘇熔盛重工有限公司，江蘇 南通 226532)

船舶設計是一種技術實踐活動，是聯系船舶科學研究、船舶工程研究活動與船舶建造、經營服務活動的中介。造船生產設計起源于上世紀50年代，最初由日本造船界引入美國汽車和航空工業體系生產管理理念及方法，應用在造船領域，將全面的工程管理和工藝內容與傳統的產品設計(詳細設計)緊密結合，進而發展成為“造船生產設計”[1-2]。

我國從20世紀80年代初開始學習日本造船模式，并引入“造船生產設計”概念，目前國內船廠推行造船生產設計已經相當普及。正因為造船生產設計的推廣，促使了我國由傳統造船模式向現代造船模式的轉型。經過幾十年的快速發展，中國已經成為世界造船大國，手持新造船年度訂單曾一度超過韓國，躍居世界第一。然而，通過仔細對比分析，中國與韓國之間在造船技術上仍然存在巨大的差距。這種差距主要體現在中高端船舶及海洋工程產品市場占有率韓國造船遠高于中國，即超級油輪產品、10 000箱以上大型集裝箱船、LNG運輸船、海洋平臺等，而且同類型產品利潤也遠高于中國。即使在中低端產品上，同類型產品，中國僅僅是通過價格優勢獲取訂單，在造船利潤以及建造周期上，仍然不具備優勢。

通常，船舶產品的成本除了設計成本(即設備、材料等采購費用)以外，還包括建造管理成本，人力成本等。建造管理成本即完成船舶產品建造過程中產生的設備使用費用、能源消耗費用、材料損耗費用(材料利用率)等。對于船舶制造企業來說，船舶建造管理成本是企業的核心管理內容，體現企業制造競爭力。韓國船舶制造企業領先中國船舶制造企業之處主要體現在制造模式比較先進，管理效率高，制造質量高，材料利用率高，從而產生的利潤就相對比較高，在競爭中處于比較領先有利的境地！

近年來，工信部明確提到了全面建立現代造船模式，是促進我國船舶工業發展的一項戰略舉措，對提升船舶制造技術水平，增強產業國際競爭能力，推動我國船舶工業持續、協調、健康發展具有重要意義。我國船舶工業的現代造船建模工作盡管取得了顯著成效，骨干企業基本建立起以中間產品組織生產為基本特征的總裝造船模式，造船技術、管理水平和信息化程度不斷提升，生產效率明顯提高，造船周期明顯縮短，與先進造船國家的差距明顯縮小，建模工作成效顯著。但是，建模工作對產業發展的整體貢獻程度仍然不高，管理水平和生產效率未能與產業規模實現同步提升，以注重要素投入為主的外延式發展方式仍未得到根本轉變，我國船舶工業在現在造船建模方面存在著巨大的發展潛力。

研究現代造船建模的基礎工作就是研究如何深化生產設計，這是船舶制造企業改進企業管理的重要手段，是提升船舶制造企業競爭力的關鍵，具有深遠的戰略意義。

1 生產設計中的典型問題

1.1 生產設計的基本內容

現代造船模式應用系統工程的統籌優化理論，協調使用成組技術原理建立起來的現代造船生產作業體系間的相互關系，實現殼、舾、涂一體化，設計、生產、管理一體化。其通用主流程見圖1。

圖1 現代造船模式生產流程

通過工程計劃對各類中間產品在船舶建造過程中的人員、材料、任務、信息實行科學管理和有機調配。通過統籌協調，才能達到優化設計、優化生產流程的目的[3]。

生產設計，簡而言之就是“設計”生產, 運用“成組技術”與“統籌優化理論”，把船體、舾裝、涂裝等工程在設計階段進行平衡、協調，按工藝階段，作業類型和區域進行設計。是將設計(選用標準)、建造工藝(造船模式)、管理(生產流程)融為一體的設計。設計的圖紙不僅要反映船舶產品的完工狀態，還要盡量使施工的各個工位和各個工序的施工要求、施工方法一一對應，即生產過程中的各個細節，如材料流程、零件加工、結構預裝配、船臺(船塢)搭載、設備安裝等階段所必需的資料與數據，都完整清楚的表達在一張張設計圖紙中。船舶設計不僅要解決 “造什么樣船”，而且還要解決“怎樣造船”及“怎樣組織造船生產”。即船舶設計不僅僅要解決 “船舶產品設計”，“施工設計”，而且還要設計 “生產”。

好的生產設計，能夠清晰、完整的描述船舶生產建造流程，能夠按照現代造船模式對船舶生產進行合理的階段劃分、工程分解；并且能夠為每階段的生產作業提供完整、準確的制造信息(零件制作圖、裝配圖、裝配說明書、物量清單及物資配送時間、作業工時信息等)，保證船舶生產連續、均衡、穩定地進行。生產設計的內涵主要可以概括為：設計生產流程和設計精確物量。

“連續、穩定、均衡”的生產流程，以及“經濟的”設計物量是生產設計策劃的核心所在，也是深化生產設計的基本內容，使之合理科學，能夠產生最大生產經濟效益。

1.2 生產設計存在的典型問題

生產設計圖紙的質量參差不齊，不能夠為生產部門、物資部門提供有力的技術、計劃指導依據，保障生產連續穩定進行，總結下來，常見的典型問題如下。

1)設計模式落后，不能滿足現代造船模式的要求，其結果表現為

(1)船舶建造工程分解混亂，托盤劃分不合理，不能有效指導物資及中間產品流向，內部物流混亂，物資配送或重復、或遺漏；

(2)沒有發揮模擬造船有效指導生產流程的作用， 設計信息流與生產流程不符合，工位生產工時信息缺乏，生產節拍設計不合理、不連續、不均衡；

(3)舾裝單元數量少，模塊化裝配程度低，作業場所劃分不合理，舾裝裝配周期長，且作業重復冗余，生產效率低；

(4)單元裝配作業階段劃分不清晰，特別是管束單元，因為分段預舾裝裝配節點模糊，導致完整單元配送節點混亂，產生返工作業；

(5)預舾裝率不高，沒有充分體現“殼、舾、涂一體化“的現代造船模式思想，船舶制造周期長、效率低下；

(6)物資配送內容不清晰，配送時間節點不明確， 設計信息流沒能清晰、有效地指導物資流；

(7)沒有充分有效發揮船廠規劃布局以及車間制造、起重等設備的功能，與建造工法工藝脫節，降低了船廠的制造能力。

2)圖紙質量差。圖面信息表達不正確、不完整；專業間圖紙信息不一致。不能作為船舶零部件制造和裝配的有效技術依據，導致產生浪費(物資損失、時間等待)。

2 深化生產設計的思考

如何深化生產設計主要圍繞上述問題，深入剖析，如何避免因設計模式落后及圖紙質量差引發一系列問題，切實實現設計指導生產，設計信息流指導計劃、物資流、生產流程，實現“設計、計劃、生產“一體化，以及”殼、舾、涂“一體化。

1)首先，生產設計管理者及生產設計人員必須清楚船廠布局規劃，船廠設施能力狀況。對于生產設計人員來說，要掌握船廠車間的設施能力，比如：

(1)船廠內、外場起重設備能力參數；

(2)船廠內場車間分布及空間大小；

(3)船廠鋼板預處理線寬度能力；

(4)各類鋼材加工機械設備能力參數(包括油壓機、折邊機、三星輥等設備)；

(5)鋼材切割機類型及切割機參數(切割間隙參數、剖口切割能力等)；

(6)管材切割機類型及數量；

(7)彎管機類型及彎管機管子加工參數；

(8)焊接設備能力、焊接方法類型；

(9)涂裝設備和能力；

(10)外場的翻身和總組能力；

(11)船塢的搭載能力；

(12)碼頭舾裝能力。

如果不清楚船廠的設施能力及布局規劃，結果只能是生產設計與建造工藝工法脫節，與生產流程脫節。完成的生產設計肯定不能使船廠的生產能力達到最優狀態，不能有效指導生產。

2)生產設計策劃。設計指導生產，同時生產設計策劃又指導生產設計。前期生產設計策劃工作是深化生產設計的前提條件之一。

深化生產設計需要堅持“生產誘導設計，設計指導生產”的基本原則，即必須從現場生產的實際情況出發，進行施工要領的前期設計。

合理的生產設計策劃是與詳細設計同步開展的。在詳細設計階段，生產設計人員需要提前介入詳細設計工作中，將船體結構形式、設備、管系、電纜布置的工藝要求等反饋并滲透進詳細設計圖紙，使詳細設計與生產設計銜接好，確保前道設計與后道設計信息一致，同時使詳細設計圖紙在前道設計階段能夠充分地考慮到施工工藝要求，避免后期設計階段因工藝反饋引起的反復設計變更，使船舶產品技術形態盡早穩定，大大降低生產設計圖紙信息錯誤的風險。

要做到詳細設計與生產設計銜接好，需要在兩個設計中間增加一個階段：轉換設計，就是在詳細設計的基礎上，把系統設計轉化成區域設計，該階段著重策劃舾裝綜合布置及船體分段劃分。該階段是滿足客戶要求、規范要求，以及符合船廠施工工藝要求的重要策劃階段，也是保證設計質量的重要階段。將船舶產品技術要求與建造工藝、生產流程等緊緊融合在一起，充分體現“設計一體化”管理概念，將設計更為合理，生產技術信息更為完整、準確。

生產設計策劃很重要的一項活動內容就是確定殼、舾、涂一體化的工藝流程，考慮涂裝的完整性與舾裝作業提前相結合。在分段劃分基礎上，編制DAP(詳細組立要領)，建立了每一個分段從小組立、中組立、大組立三個階段所有零件、部件、組件的組立關系，使設計信息流與生產流程做到一致，達到最佳結合。

WSD(建造工程圖)建立在DAP基礎上，在各組立階段添加以托盤為單位的舾裝信息，同時對各階段的涂裝工作進行說明。其目標就是使“設計、計劃、生產“一體化，“殼、舾、涂”一體化。而且WSD還須考慮到新工法的應用。

DAP(詳細組立要領)與WSD(建造工程圖)指導性文件體現在整個設計過程中，最終反映在設計施工圖紙和管理文件(托盤、舾裝綜合管理表等)中。生產設計開始后，各專業需要經過先后的完整性建模，包括零部件的完整性和工藝的完整性，然后在生產設計技術項目經理的組織下，各專業主管間進行平衡討論，明確各專業每個分段(總段)的設計內容(物量內容)，裝配階段劃分，每個分段(總段)各專業間裝配的邏輯先后順序關系，將DAP與WSD文件細化，形成每個分段的裝配說明書，完整地描述中間產品的形成過程。 這些內容清楚地反應在生產設計裝配圖紙上，包括船體及舾裝部分，說明了分段(中間產品)如何裝配形成，在中間產品形成階段，何時進行舾裝裝配及其裝配的物量內容，何時進行涂裝作業等。舾裝裝配時，各專業(管子，支架，電纜托架，平臺，直梯/旋梯等)之間的邏輯先后裝配順序以及物量信息，形成各階段完整的裝配說明書。而且在生產設計裝配圖上及裝配托盤表上，清晰描述各物資準備的具體時間。滿足現場“傻瓜造船“的需求，同時能夠清晰地指導物資流，給物資準備計劃提供具體指導依據。

3)完整性建模、工藝性建模與效益性建模。充分利用設計軟件功能，模擬造船過程，優化生產流程，有力指導生產。所以深化生產設計必須要考慮完整性建模，也要考慮建造工藝，完成工藝性建模。

完整性建模按專業分類主要分為兩大類：船體工程與舾裝工程，其內容如下。

船體工程： 根據詳細設計的結構節點圖對所有船體結構部件進行完整的模型定義，模型需要在反應結構部件技術規格信息的同時，還需要包含完整的生產信息，如剖口、余量、收縮量、裝配或校驗劃線、組立及零件編號等。

舾裝工程： 根據詳細設計各舾裝部分舾裝件的節點圖冊，完成各舾裝部件的模型定義，包括設備模型、管子、所有管附件、閥件、管支架及護圈、基座、刀門蓋、梯子、扶手、欄桿、船體標記、水尺字、風管、風管支架等完整的舾裝部件。

工藝性建模主要考慮船體結構工藝工裝件建模，包括：吊馬、擱橔、腳手架輔助工裝、臨時支撐等。在此基礎上生產設計就能給生產作業提供完整技術指導文件，避免技術信息遺漏而影響作業進程，或者說工藝性建模更能夠體現綜合平衡，避免因建造過程中工裝件的臨時布置影響生產設計的變更而帶來更多的損失和浪費。

在完整建模(船體、舾裝)以及工藝建模結束后，生產設計人員需要結合各工位作業節拍/工時信息(統計數據)，優化生產流程，細化DAP及WSD指導性文件，對船舶生產進行分解，明確造船階段的劃分、各階段的作業內容、各階段內的作業(裝配)順序、各階段的物量信息。生成生產設計指導性文件(裝配說明書)，以及界面清楚內容完整的托盤表，使船廠生產能力發揮最大化，內部物流清晰化，物資配送計劃合理，造船效率最高、周期最短。

在完整性建模與工藝性建模基礎上，設計人員需要以“效益性”建模為約束條件展開設計工作。在充分考慮船舶產品設計，生產流程及工藝基礎上進行舾裝布置與放樣，追求最經濟的物量設計，實現最優的設計成本。

利用三維設計軟件工具完成生產設計的過程，實質為計算機模擬造船的過程，通過模擬造船的結果，生產設計人員可以科學合理的編制生產管理文檔信息，并提供車間，實現“傻瓜”造船。

需要說明的是，三維設計軟件僅僅只是工具，生產流程的優化更多體現在建造工藝要求以及合理利用作業場所等因素上。設計質量更多的體現在設計思路以及設計標準選擇等因素上，軟件僅僅能夠幫助設計人員提高工作效率，滿足船廠大量施工作業計劃要求。生產設計人員在船舶產品完整建模結束后，方便地利用TRIBON軟件功能，分析船舶生產任務分解的問題，使生產流程最優化，確定好的設計模式。同時也給生產計劃、物資準備計劃提供指導依據，實現“設計、計劃、生產”一體化，“殼、舾、涂”一體化的現代造船模式的要求。

4)設計作業標準化。深化生產設計，提高設計質量，實現設計指導生產，必須要求建立完整的設計技術標準體系和設計管理標準體系，使所有生產設計人員按照設計管理標準體系，清楚地知道如何進行生產設計的準備，如何查閱設計技術標準體系文檔去完成生產設計圖紙，如何查閱設計技術標準體系文檔去完成生產設計圖紙校對，以及如何提交生產設計文檔并進行資料保存歸檔，設計過程中技術狀態變更的保留。

生產設計標準分類為

(1)生產設計流程程序文件；

(2)生產設計作業指導書；

(3)生產設計校對準則；

(4)生產設計建模指導書；

(5)舾裝件設計標準；

(6)船體及舾裝節點圖標準；

(7)生產設計編碼標準；

(8)出圖模式標準。

使用上述標準體系文件，生產設計人員即便不是船舶類專業的，如果按照標準化的設計流程和設計模式，參照設計作業指導書完、建模指導書以及設計標準等標準文件，也能完成完整建模放樣，整理出完整的物資清單，最后作出的準確、完整的生產設計圖紙。

所以設計標準化，就是要求生產設計人員把設計中所涉及的方方面面都歸類列出，形成詳盡的各種設計標準，指導手冊等體系文件等。這些體系文件經過時間的累積，系統性、規范性都會很強，也會比較全面，是多年造船經驗的積累總結，對設計和施工有很強的、很明確的指導性。沒有多少經驗的設計人員只要完全遵照執行，就可以較好地完成設計任務。當然，生產設計隊伍需經過實踐的積累，不斷完善設計標準，推動船廠建造工藝和工藝流程發展。

同時利用生產設計編碼體系清楚標識各零部件編號，以及MARS系統對原材料的編碼，利用軟件工具，清晰地記錄各材料在中間產品乃至船舶產品形成的整個過程中的流動去向，給物資計劃、物流管理提供有力的指導依據。使設計信息流與物資流一致，提高船廠內部物流效率，材料、物量管理科學有效。

另外，根據完整建模的結果，以及圖紙格式標準、托盤表格標準清楚表達出各類零件信息，裝配信息、各階段物量清單信息及配送日期。

所以，設計標準化是深化生產設計的主要途徑，只有設計流程標準化，就能充分利用設計軟件工具完成“選標準“，”設計“出完整的物資清單。才能有力實現設計指導生產，設計指導物資采購和集配，實現”設計、計劃、生產“一體化。

總之，所有的思想和理念，無論怎么先進都需要轉化成可操作層面的工作標準、設計標準和作業標準等，如果不轉化則無法實現那些先進的思想和理念(所謂“先進“，就是造船作業信息化程度越來越高，階段劃分越來越細, 設計信息量越來越完整，現場”傻瓜度“越來越高)。所謀求的規律，某種意義上講是一種標準發展為另外一種更加符合實際的新標準，一旦新標準形成就會產生新的生產效率，同時也孕育著新的循環開始。學習日本和韓國造船模式，需要針對國內船廠的具體情況進行深入分析，結合實際情況制定新標準，事實上也是在建立造船新標準。

3 結論

通過對深化生產設計幾個方面的思考，可以確定，對于從事生產設計的人員而言，僅僅會使用軟件或者會看圖紙并不能做好生產設計，軟件使用再好，也只能是個熟練操作工。一份完整的生產設計圖紙包含了很多的隱性信息，包含了設計人員對船廠工藝的熟悉程度、包含了設計人員對造船流程的了解、包含了設計者對造船規則規范的掌握程度。

如何深化生產設計，讓現場實現“傻瓜”式造船，最終還是要通過完美的圖紙來解決，要完成這個“完美”的圖紙的前提是

(1)確定設計及出圖模式；

(2)建立完整的設計標準體系；

(3)圖紙包含先進的建造工藝；

(4)提高設計人員素質，徹底貫徹設計流程，使生產設計作業程序化；

(5)建立有效的現場配合服務機制，深入現場，不斷將現場問題的解決實踐經驗反饋到設計中，不斷完善設計標準體系，或者推動建造工藝的發展。形成“設計指導生產，生產優化設計”的工作原則。

[1] 黃廣茂.造船生產設計.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2008.

[2] 封愛芳，李彩云，顧劍英，等.散貨船貨艙區主甲板電袋生產設計研究[J].船海工程，2013,42(5)：89-90.

[3] 章祖岐.百年航運重江南[M].香港：香港文藝出版社，2013.