深化船廠生產設計與過程控制研究

摘 要：船舶生產設計對推進造船技術改革、提高船舶工程管理有著至關重要的作用，它為提高產品質量、增強經濟效益和競爭能力提供了有力的技術支撐。基于船廠目前的生存狀況，迫切需要在人才管理、完整建模、過程控制、管理實施方面深化生產設計，減少造船成本，縮短建造周期。

關鍵詞：生產設計；過程控制；技術管理；船舶建造

1 引言

生產設計是結合船廠的實際生產能力、生產工藝、生產管理、建造方法等因素，將送審設計圖紙建模、分解細化后用于船廠車間直接生產的圖紙的設計過程。生產設計實際上是“設計生產”的過程，它利用“統籌優化理論”和“成組技術”把船體、舾裝、涂裝等項目提至設計階段進行協調、平衡，模擬實際產品布局、安裝，并按工藝階段，作業類型和區域對生產進行劃分。目前，船舶生產設計主要采用的方法是運用三維建模技術在電腦中設計完整的船舶模型，依照建造工藝和方法，以建造的逆向過程將船模拆解成具體的加工零件，把零件生成圖紙和加工工序。設計的圖紙不僅要使每個施工工位、工序在施工要求工方法上一一對應，還要反映船舶的完工狀態。生產過程中的細節，如下料、板材型材加工、小組立、分段裝配、設備安裝、下水調試等階段的數據與資料，都要在設計圖紙中完整的呈現出來[1]。

2 船舶生產設計現狀

船舶生產設計是目前各船廠實施船舶建造的技術依存，生產設計的著眼點在于設計能適應零部件加工及裝配全過程，滿足生產管理的需要。但現有的生產設計圖紙質量參差不齊，不能有效保障船舶建造連續穩定進行，使船廠交船困難重重。問題突出表現在以下兩方面：

第一，設計模式落后，不能滿足現代造船的要求。現代造船要求做到數字化造船和精益造船，而目前國內的生產設計中，常常出現建造項目分解不清，托盤劃分不合理，設計信息與生產流程無法對應，設計節點與生產節拍錯位，單元裝配作業階段劃分不明確等現象，導致中間產品和物資流向不明，配送重復或遺漏，生產作業返工，不能有效發揮模擬造船對生產作業的指導作用，體現“殼、舾、涂一體化“的現代造船模式要求。

第二，沒有充分發揮船廠整體規劃布局和生產設備的功能，不能有效整合船廠空間資源、設備資源、人力資源，船舶設計與船廠實際情況脫節，束縛了船廠的制造能力。圖紙信息表達不準確、不完整，常常造成材料上的浪費和工人的無效作業[2]。

要解決以上問題，使船廠的生產設計適應現代化造船模式的需要，船廠必須在設計人員的管理，三維建模，標準化設計三個方面進行深化生產設計。

3 深化船舶生產設計的方法

3.1 設計人員應該具備的素質

圖紙出錯率會直接影響造船生產成本和周期，因此，保證圖紙的準確性是生產設計的基本要求。船舶生產設計工作復雜，項目周期長，設計者要有足夠的耐心、韌性和抗壓能力。同時，船舶生產設計涉及船體、電氣、輪機等專業以及技術、生產、車間等部門之間的協調，存在諸多約束條件，錯誤在所避免。因此技術人員要加強溝通、制訂完善的模型和圖紙審核流程，提高責任感，加強與各專業人員的合作，優質的完成設計任務。

此外，設計人員還應該具備扎實的理論基礎知識。了解規格書的詳細要求和船東對于船舶的性能要求；了解各國船級社規范，國際公約，掛旗國規定等；掌握船舶的建造方針，建造周期，把握生產節點，根據計劃科學安排生產設計進度，下發設計圖紙；具備一定的生產實踐經驗，能夠解決現場突發問題。還要能夠熟練運用英語進行閱讀和交流，正確理解船東和驗船師的要求[3]。

設計人員的能力要與船廠的生產能力相結合。生產設計管理者和技術員要清楚船廠布局規劃，船廠設施能力狀況和工人勞動力狀況。充分發揮船廠設備能力、鋼板、鋼材加工能力，管材加工處理能力，涂裝能力，外場的翻身和總組能力，船塢搭載能力，碼頭舾裝能力，有效整合船廠內外的資源，為建造服務，統籌規劃應用，有效節約成本。

3.2 三維建模的完整性、工藝性和效益性

深化生產設計要從現場生產的實際情況出發，以“生產誘導設計，設計指導生產”為原則，使船舶設計更加合理，生產技術更為完整、準確，實現船舶設計的完整性建模、工藝性建模與效益性建模。

完整性建模按專業主要分為兩大類： 船體工程和舾裝工程。船體工程是根據詳細設計圖紙對船體結構進行完整建模，模型需要反應所有結構部件的加工信息、配送信息和安裝信息，如型線、坡口、焊腳高度、加工余量、焊接收縮率和變形、組立和零件編號等。舾裝工程是根據詳細設計舾裝件的節點圖冊，完成舾裝件的模型建設，舾裝件主要有管路、管附件、閥件、基座、梯子、欄桿、船標、風管等，模型要全面反映出舾裝件的技術信息。

工藝性建模主要是在船舶建造過程中，需要工藝工裝件進行加工，例如吊耳、工裝、胎架、腳手架等。通過工藝性建模可以平衡和分配工裝資源，給生產作業提供完整的技術指導，避免技術信息遺漏，導致結構加工上的困難，影響作業進程，以及因建造過程中工裝件等的臨時布置或者胎架的占用影響生產而帶來更多的損失和浪費。

在此基礎上，設計人員還需要考慮設計和建造的效益性，在生產設計完整、準確的前提下，以追求效益最大化為目標展開設計工作。充分考慮船舶產品設計，結構部件的優化處理，生產過程的管理控制，船裝和舾裝的布置與放樣，追求最經濟的物量設計，實現最優的設計成本和建造成本。

3.3 設計作業標準化

深化生產設計，提高設計質量，真正實現設計指導生產，約束生產，就要建立完整的設計技術標準體系和設計管理標準體系。設計技術標準體系是圖紙設計的準繩，設計管理標準體系是圖紙管理、存儲、發放、修改的依據。生產設計人員要嚴格按照設計管理標準體系進行生產設計的準備和實施，按照標準體系去完成設計圖紙的校對、發放、存儲，對設計過程中技術狀態變更進行資料存檔。生產設計標準分類如下：

實現設計作業標準化后，利用生產設計編碼體系就可以清楚根據各零部件編號查找到該零部件的制作工藝、安裝位置等信息。還可以通過設計軟件記錄各零部件在中間產品和船舶產品形成過程中的流向，給物資計劃、物流管理提供有力的指導依據。設計標準化是生產設計深化的主要路徑和方向，可以充分發揮設計軟件在完成物資清單中的重要作用，有力實現設計指導生產，指導物資采購和集配，實現“設計、計劃、生產”一體化[2]。

4 船舶生產設計的過程控制

船舶生產設計的各個環節都會影響其他環節的進行，對于過程的管理和控制是實現生產設計目標的具體環節。

4.1 編制建造計劃書

生產設計的基本內容按照順序可劃分事先準備階段、三維建模階段、生產設計圖表的繪制階段[4]。目前國內船廠將生產設計的重點都投放在后期的三維建模和圖表繪制上，使事先準備工作落實不到位，導致生產設計后期，特別是正式施工過程中出現大量的返工作業。為平衡設計人員對事先準備工作的投入和重視力度，應由生產設計部門主導、詳細設計部門配合、船廠生產和管理部門積極參與，共同完成建造計劃書，全面統籌生產設計任務，綜合協調平衡各個階段的具體工作，使設計計劃能夠按部就班完成[5]。

4.2 實現全船三維數字化建模

建立三維數字化模型是造船數字化生產設計的主要實施手段，這一階段的工作關系到實際產品的成型，至關重要[6]。建模開始前應掌握技術規格書、船級社和船東認可的前期設計圖紙、船舶建造計劃書、設計標準、技術協議以及其它相關標準規范，以數字化三維建模相關標準為設計準則完成模型設計，模型設計注重完整性、公益性和效益性。

4.3 建立良好的協調機制

良好的協調機制首先體現在各區域各專業設計之間的協調。各區域和各專業之間模型常常因為管路開孔、結構打架、反面加強、船東船檢意見處理、工藝要求的模型修改等需要協調溝通，妥善解決。設計部門可以通過相關項目負責人接頭碰面會、召開專業協調會等方式確定各專業相關協調方案并執行，跟蹤確認協調結果并對結果進行反饋。

其次是與船東、船檢的協調機制。為了避免在建造過程中出現不被認可的設計或修改，導致返工作業，設計部門需要建立與船東、船檢良好的協調機制，及時處理設計中存在的缺陷。協調的主要內容有：確認模型、船東提出的設計修改、現場突發狀況解決等。可以委派相關人員到船東、船檢所在地協調相關事宜，或邀請船東參加模型協調和設計修改會議，或通過傳真、郵件等方式與船東、船檢確認設計及修改方案。

最后是建立與生產部門的協調機制。生產部門是生產設計得以實現并生成產品的實施部門，也是設計與產品成型的中間環節。因此，保證設計與生產的協調一致是實現目標產品的關鍵。與生產部門協調的內容包括生產設計前期準備，生產部門對建造方針、發圖計劃、建造節點等的確認；生產部門建造過程中出現的問題和提出的設計更改。可以通過每周公司的生產大會、技術人員的現場巡視、日常施工協商等方式進行協商交流。

5 船舶生產設計管理實施

由于船舶設計過程設計范圍廣，設計經常發生變更。因此設計過程中對各類圖紙、技術資料等文檔進行管理是展開生產設計的重要環節。項目啟動之初，首先要建立數據庫工程和圖文檔工程，完成內部數據資料的整合。數據庫工程可由技術主管牽頭組織建立，圖文檔工程則由綜合管理部門負責建設管理。其次在項目運行過程中出現的修改、替換等數據資料，要根據版本的不同進行歸檔整理，以便與其他科室、部門進行協調。

5.1 初步設計/詳細設計，送/退審圖紙資料的管理

初步設計/詳細設計圖紙資料根據項目不同進行歸納整理，同一船舶產品的設計圖紙再按照版本號不同進行分類。圖紙資料的管理可按專業和圖紙狀態分類進行，專業間可以按船體、機裝、電裝進行各科室的歸檔。圖紙狀態則可以按照預審圖紙、送審圖紙、退審圖紙、圖紙附件進行歸檔。圖紙的管理需要指定專人按照圖紙資料的管理體系進行管理，圖紙歸檔管理過程中要記錄文件類型與保存位置以便查詢，及時更新圖紙。

5.2 與船東、船檢、船廠來往信息的管理

船舶設計、制造、管理中每個環節都存在眾多影響因素，因此設計部門與船東、船檢的聯系非常密切。船廠是設計實施的地方，對于設計的可行性與可操作性有第一時間上的反饋，設計人員對船廠的技術指導以及船廠對設計的反饋是持續不斷的。及時處理各處的信息，做好溝通和傳遞，對有效控制設計過程和建造過程的偏差和失誤十分必要。設計部門與其他部門進行信息傳遞，每一次的交流材料，要進行分類匯總、妥善保管，建立信息傳輸的工作流程，保證來往信息在相關各部門之間有效傳遞和落實。

5.3 設計圖紙、圖號的版本管理

為加強對生產設計圖紙的管理，避免因圖紙修改帶來版本不清、重復勞動等問題，須對圖紙、圖號進行規范化管理。圖紙文件名定義方式要體現“圖號-版本號”，如圖2所示：

由設計修改、 結構打架、操作失誤等原因引起的圖紙修改在所難免，出現修改問題后，要及時發修改通知單到相關部門和車間。修改單的內容包括封面、修改事項、修改原因、所修改的頁，修改前與修改后的對比。修改的地方要用云線圈出，標注本次修改的內容和序號。如果是刪除某個結構部件，則要在修改頁面上將其框出并畫上標記“×”，注明本次刪除的序號。

6 結語

船舶生產設計是船廠進行船舶建造的關鍵環節，生產設計質量的提高會是船廠增加競爭力的有力籌碼。在未來的發展過程中，生產設計在計劃管理、人才管理和生產管理方面仍將不斷細化，使圖紙設計與生產緊密結合，轉化為船舶產品。

參考文獻：

[1]鄒定付，譚海蟬.淺析船舶生產設計現狀及發展方向[J].機電信息，2013（36）：116.

[2]楊虎，苗科.關于深化生產設計的思考[J].船海工程，2014（02）：90-91.

[3]梁新忠.船體舾裝生產設計概述[J].船舶標準化工程師，2011（06）：38.

[4]陳小川，方明倫，俞濤.先進設計技術在船舶設計中的應用策略[J].機械設計與制造，2003（06）：115-117.

[5]謝子明.數字化造船四大關鍵技術等待突破[J].中國制造業信息，2006（08）：19.

[6]趙東，周宏.數字化造船系統研究[J].船舶工程，2006（03）：58-61.