船舶模塊化設計與制造技術分析

俞夢娜 夏志平

摘? 要：進入新世紀以來，我國的經濟持續平穩增長，國家綜合國力不斷提升，各行各業也發生著日新月異的變化。船舶行業作為國民經濟的重要組成部分，不僅為海洋資源的開發利用提供裝備，也為世界貿易提供了必須的平臺。船舶行業是一個巨大的社會系統工程，其所處的產業鏈涉及面甚廣，產業關聯性極強，能夠較快地帶動與之相關行業的發展。造船是船舶行業的核心部分，而船舶的設計和制造技術是重中之重。船舶的設計和制造是一個復雜的過程，加強對船舶設計與制造的研究力度是非常必要的。因此，文章就船舶模塊化設計與制造進行了深入的分析和探討。

關鍵詞：船舶;模塊化設計;制造

中圖分類號：U671.91 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）29-0151-02

Abstract： Since the beginning of the new century， China's economy has continued to grow steadily， the country's comprehensive national strength has been continuously improved， and various industries are also changing with each passing day. As an important part of the national economy， the shipbuilding industry not only provides equipment for the development and utilization of marine resources， but also provides a necessary platform for world trade. Shipbuilding industry is a huge social system engineering， whose industrial chain involves a wide range of areas and the industrial relevance is very strong， therefore， it can quickly promote the development of related industries. Shipbuilding is the core part of the shipbuilding industry， and ship design and manufacturing technology is the top priority. Ship design and manufacturing is a complex process， so it is very necessary to strengthen the research on ship design and manufacturing. Therefore， this paper makes an in-depth analysis and discussion on the modular design and manufacturing of ships.

Keywords： ship; modular design; manufacturing

造船業在我國有著悠久的歷史，早在3000年前就已經有木板船了。進入新世紀以來，我國的船舶工業進入了快速發展軌道，產業規模不斷擴大，造船產量大幅提升。但是相比于船舶產業發達國家，我國的船舶設計制造仍然處于初級階段。在第四次工業革命的時代背景下，計算機技術已經應用于各行各業，船舶設計與制造也呈現出全新的模式。傳統的船舶設計與制造技術已經難以適應行業發現要求，正逐漸被邊緣化甚至徹底淘汰。在計算機技術的輔助下，現代船舶設計與制造日益精細化，準確性越來越高。現代船舶設計的核心技術之一是船舶模塊化技術，縱觀西方發達國家的大型船舶設計制造企業都對船舶模塊化設計進入了深入的探索研究，現已取得了較為豐碩的成果，對于創新行業技術工藝、推動行業發展、提升行業經濟收益都有著重要的推動作用。因此，我國船舶行業的各級主管部門和相關從業人員應該加強對于船舶模塊化設計的探究。

1 模塊化簡介

模塊化是現今普遍運用于復雜問題的工作處理方式，即將復雜的問題自上而下逐層地分解為若干個模塊，每個模塊完成系統的一個子功能，所有模塊遵循嚴密的邏輯按照一定的方法再組裝成一個整體，從而完成該復雜系統所要求的所有功能。現代船舶企業在設計與制造過程常常采用模塊化方式，能減少造船企業的制造成本，促進造船企業實現更好、更快的發展。要想完成船舶舾裝模塊化設計，我們要深入了解模塊化理論，從而更好地完成船舶舾裝的制造過程。模塊化是以系統論、標準化、相似理論為基礎理論。模塊化的系統論理論要求在船舶舾裝的過程中，必須把船舶上的各種部件視為一個系統，并深入了解各個系統的結構和功能，尋找各個系統之間、系統與環境之間、要素與系統之間的關系，從而找到優化系統結構的有效方法，實現系統的和諧統一。模塊化的標準化理論決定了在進行船舶舾裝的過程中，必須保證各個系統能夠擁有獨特的標準，從而在行駛船舶的過程中，各個不同的系統能夠單獨使用，或者不同系統之間能夠實現不同的組合，實現功能的多樣化。模塊化的相似理論要求船舶的制造者必須熟悉各個部件的相似性，盡量減少產品的多樣化。

2 模塊化造船的國內外發展狀況

船舶是伴隨著人類生產生活、探索世界的腳步產生的，其發展歷程漫長，目前大體經歷了四個比較大的時代，即舟筏時代、帆船時代、蒸汽船時代和柴油機船時代。第三個階段開始進入近現代船舶時代，這時的船舶發展為使用非自然動力，可以在船舶上使用外加的礦產燃料動力，這是非常大的進步。現在我們正處于全新的第四個發展階段，綜合運用現代信息技術發展海洋立體交通。各個歷史階段的生產力發展水平差異巨大，其造船技術也具有鮮明的時代特色。在第一個階段中，造船是系統導向型的，具體表現就是船臺散裝與碼頭艦裝，以及整船涂裝。在第二個階段，發展成為系統和區域導向型，具體表現為分段建造、預舾裝及預涂裝。第三個階段，進一步發展為區域、類型和階段型造船，其表現形式為區域建造、區域舾裝及區域涂裝。目前的第四階段，中間產品導向型成為主導，并逐漸向產品導向型過渡，造船已經完全實現了殼舾涂一體化，在不久的將來終將實現設計與制造的一體化。

3 船舶模塊化設計與制造方法的具體應用

基于模塊化的基礎理論，要想在船舶設計與制造中實現模塊式的設計要求和制造目標，就應該對船舶設備按照一定的規律分解為不同的模塊，將設計要求劃分到每個模塊，然后按照具體進行各項操作。各模塊同時作業，既彼此關照又互相制約，從而保障整體建設的進程。這樣的操作流程設計人員就決定了相關設計工作需要多人同時開展，設計人員必須在全面細致地了解到各依附式模塊的具體特征和要求基礎上，從功能和布置兩個層面，對模塊化設計方式進行深入的研究。

船舶設備功能的設計質量直接影響著設備安裝效率和后續使用，在進行相關設計時需嚴格遵循各項規范標準，避免出現誤差。雖然這一部分的設計內容相對比較簡單，但是誤差的出現率卻不低，主要是因為設計人員對設備主系統與各個子系統之間的結構關系了解得不透徹，制作設計方案時，在細節方面有所疏漏。比如，設備配套功能的完善就常常被忽略。因此，設計人員切不可心急，務必全面考慮設計方案的各項內容和細節，充分進行優化。只有這樣才能確保設備的安裝和后續使用，提高設備運行的穩定性。

設備布置模塊涉及的內容廣泛，影響因素較多，設計人員在開展相關工作時要對可能涉及到的內容進行全面細致的考慮，尤其要注意特殊環節，如設備暴露在外部的區域需重點關注。在滿足建設要求的同時還要保證設備外觀的整體性和美觀性。一般設備布置區域主要有四個系統，因為各系統的功能不同，其對設備的類型要求也有一定的差異，設計人員需要根據具體的實際情況采取針對性的設計方式。船舶設備設計單位需密切關注相關行業動態，加強與國內外同行的聯系，積極學習他們的先進技術，總結以往工作的寶貴經驗;定期組織內部設計人員的專業培訓，介紹最新行業信息和前沿技術，提高其專業素質和業務能力，為船舶設備的設計工作做好準備。

船舶設備模塊化設計首先進行設備功能的設計。這項工作的重點是子系統的模塊化設計和通用化設計，要對子系統的構成產品進行完善，才能實現設備的功能建設。在對設備進行功能設計時，主要存在兩個方面。第一，從產品平臺角度進行設備的概念設計，根據市場的應用需求，對產品進行全面的分析，結合系統的結構和特點，制作最優的設計方案。還可以通過后期工藝的增加，來增強技術的通用性，對設備進行優化和完善。其次，對設備進行接口設計，根據接口的定義，對設備自身的功能和特征進行明確，然后按照設計的原則開展相關的工作，滿足接口部分的設計要求。

船舶設備進行模塊化制造前，需對設計方案進行全面深入的學習，了解設計方案的具體要求和每個模塊的建設特點。在進行模塊化制造時必然會存在與設計方案不符之處，作業人員要及時與設計人員溝通;設計人員有必要根據現場實際情況重新分析設計要點、整理設計思路，務必使設計方案具備可操作性;作業人員在充分理解設計方案后需嚴格按照相關技術標準和規范，開展具體操作。同時，企業應聘請具備資質的專業人士擔任現場的技術指導和工程監理，嚴把質量關。只有這樣，才能有效保證最終建設出來的船舶設備滿足設計要求，符合質量標準。

4 船舶模塊化設計與制造的發展方向

隨著第四次工業革命時代的到來，利用信息化技術促進產業變革已經成為大勢所趨。我國政府提出“中國智造2025”，部署全面推進實施制造強國戰略。造船業作為我國工業的重要組成部分，應該積極響應國家政策，與時俱進，充分利用信息化技術實現產業升級。模塊化能夠幫助各船舶企業實現大規模批量化生產，并根據不同的需求及時調整設計方案，完善設備功能，設計能夠適用于不同船型的通用模塊，真正實現船舶業的“智造”。

4.1 未來造船模式

未來造船模式指SCIMS，即造船計算機集成制造系統。它的終極目標是實現一體化生產，突破地域和時間的限制，將遍布各地的模塊生產工廠，與船廠、設備制作廠與材料制作廠進行相互的連接，使各個工廠能夠及時了解彼此的生產情況，并據此調整各自的生產進度，這樣可以及時有效地實時監控各工廠的生產，使生產系統做到無縫連接。這樣的系統建立是通過信息的數字化與信息高速公路以及信息的網絡化來實現的。總之，這種SCIMS可以給未來進行徹底的模塊化造船提供了有力的技術幫助，也只有在這樣的系統中才可以實現真正的模塊化造船。

4.2 生產中心造船模式

生產中心造船模式是一個獨立的責任生產單元，在建造的過程中它的任務就是建造專門的分段，同時在專門的分段的建造過程中進行預舾裝工作形成模塊產品。也可以是進行專門的單元模塊的制造、或者只是進行總裝的部分。生產中心的劃分因標準不同可以由很多“中心”組成，根據性質的不同，生產中心的建造模式可以劃分成進行制造的中心與職能中心;根據它的體系結構與設置位置來進一步細化，它還可以劃分為實體中心與虛擬中心。

5 結束語

基于上述分析可知，相較于傳統的設計方式與制造方法，模塊化設計與制造可以實時根據市場需求，調整設計方案，在整體項目的統籌規劃上對各設備逐一進行改造優化，實現設備功能的升級，從而使得企業生產出來的船舶設備性能更加優越，更具市場競爭力。由此可見，船舶設計制造企業應該積極與國外同行溝通交流，學習借鑒其成功的設計經驗，結合自身實際情況，改進生產工藝和產品制造環節，在有效提升工作效率，增加經濟收益的同時，為船舶行業帶來更多的綜合效益，促進行業的可持續性發展。

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