海洋資料浮標制造技術發展研究

韋 偉

（1.江蘇海事職業技術學院船舶與海洋工程學院，江蘇南京 210007；2.南京理工大學瞬態物理國家重點實驗室，江蘇 南京 210094）

0 引言

我國擁有總長1.8 萬公里的海岸線，所主張的管轄海域面積達300 萬平方公里，蘊含著豐富的海洋資源。其中油氣資源沉積盆地約70 萬平方公里，海洋漁場280 萬平方公里，海水可養殖面積260 萬公頃，淺海灘涂可養殖面積242 萬公頃。在“十二五”規劃中，國家明確提出發展海洋經濟，未來海洋經濟的發展將被提升到國家戰略層面。同時隨著全球化進程的加速，也隨著我國國際地位的不斷提升，從保障國家的安全和海洋災害的防護監測等角度，都應該把海洋事業擺在十分重要的位置。雖然近幾年在海洋科技上的投入有所增強，海洋人才隊伍有所擴大，我們參與和處理國際海洋事務的能力有了一定的提高。但是與世界上很多國家相比，我國海工設備的研發和生產還相對滯后。提高海洋設備的自主研制能力，擴大生產規模，成了當務之急。本文將以典型的海洋設備——浮標——為例，提出海洋浮標等產品的生產應以價值工程為基礎，實踐全壽命維修理論，提高部件的標準化和通用化，并注重海洋工程產品的經濟實效，加大專業人才的培養。

1 以價值工程為基礎

價值工程（Value Engineering.簡稱VE）是一種以最低總成本，實現產品必要功能，尋求最佳經濟效益的現代管理方法。VE于1947 年產生于美國，創始人是麥爾斯（L.D.Miles）［1］。他認為應該抓住產品最本質的東西——功能，追逐低成本的研究重點應是產品功能的分析。價值=功能/成本。海洋浮標的研制，也應該以價值工程為基礎，對其功能進行分析、管理。區分哪些是為反映該產品根本目的而設計的基本功能，哪些是與基本功能并存但是次要的、附帶的輔助功能，保留用戶要求實現的必要功能，去除可有可無用戶沒有明確要求的不必要功能（包括過剩功能）。并在此基礎上提高功能，同時降低成本；或成本不變，設法提高功能；或功能不變，力求降低成本；或成本稍有增加，而功能大幅提高；或功能稍有降低，而成本大幅下降。

價值工程在美國海軍海洋氣象自動觀測裝置VE NOMAD的改建過程中實現了最佳的功能與成本的統一。他們所設計制造的6m VE NOMAD 型浮標在兼具之前10m 和12m NOMAD 船型浮標的性能之外，還進一步優化了結構，而建造總成本更為低廉。例如，通過成本分析了解到，材料費用大約只占浮標全部成本的25%［1］，而運輸、維修等方面的費用相當可觀。浮標的殼體采用鋼質時，其材料費用只比采用鋁質略低，而鋼質殼體在維修和運輸方面的費用卻較鋁質高很多。綜合考慮最終優選鋁材，在制造時采用5086 鋁合金作為主殼體的制造材料。該浮標在設計制造時注重優化其結構，將原有的8 個艙室減少到4（1 個儀器艙和3 個電池艙）。優化設計使制造時勞動力成本大約減少50%，總造價降低40%［1］。

我國的浮標研制工作雖然剛剛起步，但仍有很多值得積累的經驗。FZS2-1 型浮標是由FZF2-1 浮標改進而來。其最大的改進之處就是采用國際海事衛星INM ARSAT-C 通訊取代短波通訊。不僅將實時接受率由原來的70%提高到95%，還大大提高了經濟效益。例如，蓄電池由原來的305 塊減少到137 塊，降低了自重的同時節省了近18 萬元，并能用太陽能，將電源造價降低至7 萬元；電池壽命也由原來的8 年延長到12 年，減少維修更換的費用；接收設備由原來的獨立接收室，縮小為西瓜大小的可移動接收機，既方便使用又節省成本和空間。

這些都是價值工程思想給實際生產帶來的顯著效益。而要實現成本的有效控制，全壽命維修理論不容忽視。

2 實踐全壽命維修理論

全壽命維修理論是指將現代維修科學貫穿于產品全壽命的5 個階段：論證、設計、制造、使用和淘汰。由維修論證、可靠性和可維修性設計、可維修性檢驗、維護與修理、淘汰處理等組成［2］。在海洋浮標設計制造過程中，實踐全壽命維修理論能有效的提高功能與成本的比值。

例如對于海洋浮標中的漂流浮標而言，是否回收一直是浮標淘汰處理的重點研究內容。在過去，漂流浮標中的表層漂流浮標主要用于大洋，一般不考慮回收。隨著全球定位系統（GPS）的建立，實現了精確定位，出現了一批可回收的近海的表層漂流浮標。而是否將其回收則取決于浮標購置費與船時人工費的權衡比較。例如，法國SERPE-IESM 公司的SC25/SC25G型、加拿大Seimac 有限公司的C-AST 型和日本Toyo 通訊設備有限公司的C-2383 型等，都在此列。但是浮標本身的功效與費用比也提高了。那么浮標的淘汰處理問題在論證設計之初也就開始考慮并實現了。

實踐全壽命維修理論，必然要注重系統的可靠性。現代技術飛速發展，雖然讓產品實現了更豐富的性能，但是復雜的系統也使得產品的可靠性大大降低。因此，在選用高性能部件的同時，應充分考慮系統的整體穩定性。使系統所有部件種類和數量盡量減少，部件之間的相互關系盡量簡單［2］。英國MAREX公司在設計DS14 型浮標時選擇了9 種來自荷蘭、美國、英國等不同國家的傳感器，均以可靠性為前提。在選用羅盤時，綜合考慮耐用性、可靠性以及不需要更換等因素，摒棄了市場上一些更先進的同類設備，選用了屬于早期羅盤種類的磁通門羅盤。

3 提高部件的標準化

部件的標準化能使得零件互換性更強，生產、制造、維修上的成本更低，設計更有依據可循，更好的實現全壽命維修。在汽車工業中，雖然曲軸、連桿等特征性技術性強的部件還沒有標準化，但是緊固件、軸承、軸套、傳動鏈、傳動帶等標準化程度已經相當的成熟了。我國的海洋浮標產業可以借鑒汽車工業和國外海洋浮標產業的經驗，對產品共性的部分如數據采集、控制、傳感器、電源、線路板、接插件、資料傳輸設備等實行標準化和通用化設計，以增強浮標部件的互換性，將研究工作縮小到一定范圍內，避免不同單位對部件的重復研制和生產。有利于我國海洋浮標技術水平的提升和產品的批量生產，實現使用上的一致性，有效的提高生產效率和降低成本。以英國MAREX 公司的DS 系列浮標為例，從DS10 至DS17 經歷了多次易型。若沒有標準化和通用化的前提，他們將在設計制造過程中花費更多的時間和人力、物力、財力。另外，部件的標準化和通用化能進一步提高系統的穩定性、設備間的互換性，有利于生產和維修，以及淘汰回收再利用，這正實踐了全壽命維修理論。而標準化、通用化的實現也將大大降低材料成本、制造成本、備件成本等，是價值工程的有效體現。

4 充分體現其經濟價值

無論是漂流浮標還是錨泊浮標都是海洋觀測中十分重要的工具。在很多先進國家，海洋浮標的作用和地位已經等同甚至超越了海洋站、調查船和遙感衛星。它們實現了海洋站在空間上的延伸；完成了調查船在時間上的延續；與遙感衛星互相配合，覆蓋全球，監測海洋。它們與衛星、飛機以及海濱觀測站等構成現代化海洋環境立體監測系統。應該發揮其靈活機動特性和全天候定點連續測量的優勢，為海洋資源開發、環境預報、國防建設和科學研究服務。提供其卓越的經濟價值，與市場接軌，實現其產業發展的良性循環。

5 注重專業人才的培養，教學資源的開發

目前海洋工程專業人才還十分短缺。尤其是由高職高專院校培養的工程技術人才。而在專業人才培養過程中，海洋浮標等海洋工程專業教學資料面臨全面缺失的窘境。甚至沒有一本適合高職高專的教學需求的教材。現有的船舶與海洋工程教材中只有很少部分涉及海洋工程實例，教學針對性不強，無法滿足海洋工程人才培養的需要，更缺乏相關的適合教學培訓規范的課程標準、教學計劃，以及多媒體教學課件和網絡資源等等。另外，對海洋工程專業英語教學資源的開發研究非常緊迫。在高職院開設相關專業課程，力求讓學生能很好地學習和借鑒發達國家先進的專業技術和生產經驗，并將其應用到生產一線，推進我國海洋工業技術和海洋工業產品的快速發展。在教學設計中應合理安排，采用模塊化教學，課堂教學和實踐操作相結合等教學模式。努力形成“以就業為導向”的課程體系。突出“做中學、做中教”的職業教學特色。

6 結語

人類經濟高速發展，資源、能源成為永恒的主題。隨著“十二五”規劃開啟海洋經濟的藍圖。我們國家將在財稅、金融、政府采購、消化吸收和再創新、創新基地與平臺等6 個政策方面上給與新興的海洋產業以的大力支持。未來我國海洋區域經濟發展規模將不斷擴大。海洋產業將為我國經濟發展提供新的利潤增長點。為了更好的讓海洋為人們服務，在海洋工業發展過程中應該以價值工程為前提，盡可能的實現成效與成本的最優比。同時將現代維修科學貫穿于從產品論證、設計、制造、使用到淘汰的全壽命過程，并注重系統整體的可靠性。為擴大生產規模，加速現代化生產進程，應該盡可能的提高部件的標準化和通用化。高等院校，尤其是相關的高等職業院校，加大人力財力的投入，培養更多面向世界的專業人才。讓海洋工業的產品與市場經濟掛鉤，多為工業、軍事、生活等服務，有效實現其經濟價值，達到產業的可持續性的良性循環。

［1］王乃敏.浮標技術的新發展價值工程浮標［J］.海洋技術，1994（3）.

［2］謝榮.船舶檢修技術［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［3］孫仲漢.關于發展我國漂流浮標和錨泊浮標技術的建議［J］.海洋技術，2000（2）.

［4］陳天福.關于我國海洋資料浮標工程若干問題的探索［J］.海洋技術，1998（1）.

［5］孫仲漢譯.Marex 公司的波向浮標研究［J］.海洋技術，1987（2）.

［6］孫辰，陳志平，寧春林，等.海洋資料浮標結構關鍵問題研究［J］.杭州電子科技大學學報，2013（6）.