小型玻璃鋼游艇模塊化分類與設計

小型玻璃鋼游艇模塊化分類與設計

游艇作為單一定制產品，隨著各種成本的增加，企業為適應市場急需更為先進的設計制造技術。產品模塊化理論、計算機集成制造技術的發展為游艇模塊化設計提供可能。本文首先介紹產品模塊化及分類，并提出總線型模塊化設計制造方法適合當前游艇企業，并最終達到能夠具有柔性制造的模塊化設計生產模式以縮短企業研發周期、降低研發成本。

在市場競爭日趨激烈的今天，產品更新換代速度加快，其生命周期明顯縮短，由此帶來的產品交貨時間提前。各種小批量生產比例增大，這在相當程度上帶來了成本的增加。

21世紀前后，游艇逐步進入國人視野，游艇制造業在中國迅速發展。游艇作為小批量甚至是單一定制化產品，對于安全規范的要求遠超其他各類產品。各類水池實驗以及船舶檢驗過程更是使其生產研發周期不斷延長。

一方面是產品交貨時間提前，另外一方面是游艇生產研發周期長，成本高。兩方面的矛盾突出，這就要求游艇設計生產企業尋求新的設計生產方式以滿足當前形勢要求。目前我國目前游艇產業發展尚處于初級階段，游艇企業具有數量多、規模小、核心技術水平低的特點。通過相應的產業與技術整合，設計公司與規模游艇企業聯合的形式，尋求一種能夠具有柔性制造的模塊化設計生產模式以縮短企業研發周期、降低研發成本成為當前亟待解決的問題。

圖1 產品模塊類型

游艇模塊化類型研究

產品的模塊化分類

產品模塊化設計制造是集成制造的重要內容，通過適當的接口將分類明確的產品模塊在CAD平臺環境下建立統一的數據庫，以保證各模塊可以在集成狀態下運行。此時CAD系統為基于數據庫系統的集成化系統，整個CAD系統的運行在數據庫系統的管理與控制之下。目前，模塊由于類型的不同，被分成了六種不同模塊形式。如圖1所示。

這六種模式描述了基于基礎模塊（或共享模塊）、互換模塊（或模塊族）以及標準模塊接口的不同模塊組合方式。還有學者則將模塊分為橫系列模塊化、縱系列模塊化、跨系列模塊化以及全系列模塊化。這種分類形式是按照模塊性能、結構的不同以及通用范圍給出。其中，基型模塊、變型模塊被視為構成模塊化產品的基本元素。

就定制化產品而言，如何進行模塊分類是至關重要的項目。一般而言，產品常常依據模塊的分類方式、互換性與通用接口設置、定制化程度結合產品自身因素劃分模塊類型以及組合方式。如圖2所示，產品開發模塊化的發展過程一般是從基礎的單個部件模塊化，隨著定制程度逐漸提高，轉變為組合模塊化的過程。

目前，不同類型的產品常常選用不同形式的模塊化模式，一些家用電器產品如微波爐、電視機等產品。基礎部件比例較大，而定制化模塊族比例較小，常選用部件互換、部件共享的形式，通過最小數量的零部件通過基礎部件與模塊族的互換、結合形成一組具有不同定制化特征的模塊族結構。隨著產品定制程度不斷加深，用戶定制的個性化需求提高，可供互換的模塊族涉及到的零部件增多。基礎部件繼續拆分、組合，形成多模塊族配合基礎部件的組合形式，一般稱為混合模塊化形式或者總線模塊化形式。隨著拆分出的模塊族數量增多，基礎部件最終完全被模塊族所取代，形成組合模塊

化模式。該模式允許選擇不同模塊族中任意模塊通過通用接口組合，進而提供最大程度的多樣化、定制化產品。

圖2 基于模塊族的模塊化演變式圖譜

圖3 小型玻璃鋼游艇結構分類以及相關模塊整合圖

游艇的模塊化劃分

游艇作為旅游、休閑類產品，根據其用途的不同可以劃分為消防艇、打撈艇、捕魚艇、釣魚艇、作業艇、船員艇、探險艇、帶纜艇和搜救艇等。我國游艇行業剛剛開始起步，企業生產當中雖然采用了局部零件互換形式以滿足不同用戶定制化要求，但是遠遠沒有達到模塊化設計生產模式。不同類型的游艇對于其船型、上層建筑、輪機裝備等都有不同的要求。依照船舶的要求將其大致劃分為船體、輪機、電氣、內裝及輔助設備四大部分。

近年來，由于舷外掛機和內外機技術的不斷成熟，游艇輪機裝備集成度迅速提高。大部分小型游艇都選擇以上兩種動力裝置中的其中一種作為動力設備，這給游艇集成制造提供了極為有利的條件。換言之，小型游艇的輪機與電氣設備一般整合完善，已形成通用接口模塊，如圖3所示，可歸納為掛機動力模塊。而船體和內裝及輔助設備，輔助設備一般由外協廠提供可單獨分為輔助設備模塊群。

船體按照游艇制造方式進行分類，可分為船型部件和上層建筑。上層建筑，雖與性能參數相關，但對整船性能指標影響不太大，可將其與內裝整合形成上層建筑模塊群，根據定制要求進行選擇。船體船型部分牽扯到大量的前期設計及其實驗，難以在短期內做出尺寸恒定的可供選擇的游艇船型，而且頻繁的更換船型耗時耗力，不符合模塊化設計降低成本縮短產品研發周期的要求，因此該部分建議按照總線化建造模式設計成基礎部分。

小型玻璃鋼游艇模塊劃分建議

按照模塊化理論，小型玻璃鋼游艇按總線型模式可劃分為船型基礎部件，掛機動力模塊、上層建筑模塊和輔助設備模塊。

生產企業在設計制造中應當充分利用模塊化的生產模式（如圖4所示）展開設計。

首先，擬定基礎船型作為設計要素。基礎船型作為整個產品流程的基礎部件，具有極其重要的作用。船型模具（如圖5所示）是總線模塊化設計中基礎部分整個游艇的設計應當在確定船型的基礎上展開，這有利于最大限度運用現有技術展開設計，減少模具建造成本，縮短建造周期。

其次，將輪機電氣部分獨立形成由外協企業完成的完善的具備通用接口的模塊族群體系。目前市面可供選擇的舷外掛機品牌有水星、雅馬哈、鈴木以及國內的濰柴、桂柴等，種類繁多。針對同一船型，根據成本、用途等定制化要求，選擇特定的掛機。

第三，上層建筑模塊和輔助設備模塊可針對不同的用途開發出適合該游艇船型的A、B、C多種類型。定制過程中針對客戶需要進行選擇匹配。

圖6為運用總線型模塊設計理論，針對客戶的定制要求匹配相應的模塊設計制造的某款小型玻璃鋼游艇。基于該船型基礎部件，還有對應的多種掛機動力模塊、上層建筑模塊和輔助設備模塊，以便客戶按照用途和成本要求進行選擇。

圖4 小型玻璃鋼游艇模塊劃分圖

圖5 真空吸附成型

圖6 基于總線模塊的某小型玻璃鋼游艇

結語

在船舶行業面臨如此嚴峻形勢的今天，游艇作為單一定制產品，企業必須尋求更加先進的設計制造以及管理技術以應對當前市場的激烈競爭和行業發展的低迷狀態。

運用總線型模塊化設計制造理論，在某一船型基礎平臺中開發多種適應不同用途要求的多模塊化系列游艇，在滿足客戶需求的同時實現縮短設計生產周期、降低設計成本的目的，是應對當前市場發展狀況以及客戶需求的理想選擇。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.009