探討船舶結構設計常見問題分析及處理方法

牟恩龍 韓佳楠 蔣璀璨

摘 要：進行船舶結構優化設計的目的就是尋求合適的結構形式和最佳的構件尺寸，既保證船體結構的強度、穩定性、頻率和剛度等一般條件，又保證其具有很好的力學性能、經濟性能、使用性能和工藝性能。本文就船舶結構設計中常見的問題及處理方法進行得簡要的分析，以期為相關工作提供一定的參考價值。

關鍵詞：船舶結構；設計；問題分析；處理方法

1 船舶設計項目管理組織結構

1.1 項目外在組織結構

項目的外在組織結構是指項目所在單位的外部組織環境。項目外在組織結構可分為以下三種組織結構：職能型組織結構、項目型組織結構、矩陣型組織結構。以上三種外在組織結構各有優缺點，所以在選擇外在組織結構時，應該考慮下面幾點因素的影響。

（1）項目周期。周期長的項目容易受到時間和資金的制約，且項目管理過程中容易產生變更。單從這方面考慮應該采用矩陣式組織結構。

（2）項目性質。項目性質對于項目組織結構的選擇起到關鍵的作用，需要項目經理召集項目團隊具體分析項目性質，不同的項目性質需要采用不同的項目組織結構。

（3）項目成本和質量。項目成本和質量是項目成敗的關鍵因素，單從這方面考慮應該采用項目型組織結構。

1.2 項目內部組織結構

項目內部組織結構是指項目團隊組成人員的組織結構。項目團隊結構分為以下幾種類型：無私團隊結構、同形團隊結構、專長團隊結構、任務等級結構。每種結構各有優缺點，所以選擇項目內部結構時，需要確定項目的性質，項目的性質決定需要的項目團隊人員，根據項目團隊人員的組成情況確定組織結構。還需要根據項目工作內容，確定負責項目的各專業部門。

1.3 船舶設計項目管理組織結構

在確定船舶設計項目管理組織結構前，需要先了解船舶設計的特點。

1.3.1 船舶設計的特點

船舶設計是一項需要各專業部門合作的系統工程，涉及總體、船體、輪機、電氣、舾裝和涂裝等專業。各專業部門有各自的專業工作又和其它各專業相互影響，需要各專業部門通過緊密合作，協調處理設計過程中遇到的問題。船舶設計具有以下特點：

1）船舶產品的小批量性決定其獨特性；每個項目的技術要求和工藝各不相同，導致各專業部門所需的人員配備不同，技術側重點不同。項目的獨特性要求項目經理針對不同的項目采取不同的管理策略。

2）船舶設計有明確的開始和結束時間，具有臨時性；船舶建造合同中對項目的結束時間有明確規定；項目具有一定的生命周期，完成了設計任務后自然終止，與其它領域的項目運作有本質的區別；項目的臨時性要求項目經理降低設計項目與船廠施工需求的影響。

3）船舶設計具有漸進性，各階段關注點不同；總體布置和性能；設備系統配置；詳細設計；生產設計；完工設計。項目的漸進性要求項目經理控制各階段的設計進度。

1.3.2 船舶設計項目管理組織結構

設計院分為總體、船體、輪機、電氣、舾裝、涂裝、項目管理和設計保障等專業室。設計院往往會同時承擔多個項目的設計任務，而船舶設計項目需要各專業部門工程師的緊密合作，這需要各個項目能夠分享各專業部門的工程師。同時，船舶設計項目的技術性質也決定了項目管理的必要性，所以需要將船舶設計項目的管理與技術合并為一個整體，成立項目管理組織。根據船舶設計的工作流程和特點，我們設計院的項目外在組織結構采用矩陣型組織結構，項目內部組織結構采用同形團隊結構。也就是矩陣式組織結構支撐下的項目經理負責制，由項目經理負責對項目人員和技術的管理，項目組人員由各專業室人員組成，根據項目的設計進度隨時調整人員的構成，項目經理由院領導直接管理。

2 船舶并行協同設計過程的構建

1）設計過程分析與分解。要完成并行協同設計理念下的過程分析與分解，一方面，依照設計方案將各項細則明確細化，為后續施工設計過程做準備；另一方面，在并行協同工程中注重“宏觀并行，微觀串行”的相關理論，對傳統的船舶設計過程加以細分為初步設計、詳細設計和生產設計三個大的階段。詳細的設計是基于整體設計，對設計的子系統進行深入分析。生產設計的最終目的是船舶生產，其主要過程可以總結為殼、舾、涂三大流程。

2）設計過程的規劃與重組。實踐表明，設計流程之間有三種關系，即串行關系，平行關系和交叉關系。串行關系是最原始的協作關系，我們將其優化的目的就是將這種傳統向著并行關系或交叉關系進行轉變。通過分解與設計，對一些原始的連續工作流程并行，分工過程中進一步劃分關系并進行過程重組，進而保證設計的成功率，構建設計微循環。微循環模型是一種宏觀平行的，微觀設計理念下的的模型機制。其主要是將設計對象分解為子對象，并允許設計人員在設計對象的不同方面進行同時工作，從而大大縮短整個設計周期，提升了工作效率，該種設計理念需要完成的信息共享機制作為保障。

3 基于并行工程的船舶設計過程的改造

1）建模。這實際上是一個需要重復設計的過程，很難做到一次性成功。就船舶工程而言，其設計過程中的各種元素之間是一個動態變化的過程，需要大量的時間作為依托才能把握其規律，對其進行精確描述，最終設計成功。在這種情況下，為了保證最大限度的成功幾率，在生產實踐中通常使用最小-最大代數關系來構建其函數關系，然后使用動態規劃方法優化其周期。這同時也要求，我們在設計出模型并應用于并行優化的整個過程中，在模型和設計過程之間建立一對一的對應關系是非常重要的，必須要引起設計師們的高度重視。

2）改造管理機制。目前，船舶制造企業開展生產設計所需要建立的模式是在設計院設計的基礎上建立的，在生產設計和現場生產直接指導的基礎上建立的，所以設計這種機制更好的優化方法是設計研究所和造船企業進行聯合設計，組件高效、高質量的設計團隊，聘請或者引用造船企業的優秀人才，從制造設計的各個環節著手，重點關注技術薄弱環節，全方位的監控生產過程和生產條件，并對從概念設計模式到生產設計模式，然后到現場生產的全過程實現無縫鏈接。

3）應用輔助設計和管理技術。伴隨著科學技術的不斷進步與發展，計算機模擬技術被逐步應用于船舶設計和發展的全過程。尤其是在結構計算、性能計算和制造技術方面，計算機技術發揮著不可替代的重要作用。但就目前來看，計算機技術在船舶制造企業中的應用還不廣泛，技術也不夠成熟。因此，在船舶的設計中，由于船舶產品的復雜性，經常由無數的部分組成，而且每部分信息也可能比較凌亂，更有可能改變其動態。為了確保這些信息的完整性，有效性和準確性，難以通過手工管理手段實現。這需要一個良好的技術平臺進行支持生產，同時要加強生產和管理信息集成的并行設計，使船舶設計院與制造商之間的三維船體模型變得更加完善。綜上所述，在設計院和造船廠實現網絡環境之間的協同設計，使造船企業在詳細設計階段開始參與設計，這對加強企業和設計院的數據庫管理模式，實現優化的船舶設計過程有非常大的幫助。

4 結語

船舶結構設計是一個多學科結合的問題，由于船舶的特殊工況，船舶結構要綜合考慮振動、海水腐蝕、流體力學特性和抗沖擊特性等，這些不確定性因素都會影響船舶的性能。同時，眾多影響因素對船舶結構設計的整體優化提出了挑戰。

參考文獻：

[1] 趙留平，詹大為，程遠勝，劉均.船舶結構優化設計技術研究進展[J].中國艦船研究，2014，04：1-10.

[2] 邵偉.基于魯棒性的船舶結構優化設計研究[D].江蘇科技大學，2012.

[3] 單威俊.船舶結構分析中網格劃分技術及應用[D].江南大學，2008.