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        船舶制造技術(shù)成熟度評估系統(tǒng)

        2021-10-28 06:37:56胡曉軒楊山林張怡敏
        造船技術(shù) 2021年5期
        關鍵詞:總體設計成熟度船舶

        任 靜, 胡曉軒, 楊山林, 張怡敏, 張 亮

        (1.上海船舶工藝研究所,上海 200032; 2.上海申博信息系統(tǒng)工程有限公司,上海 200032)

        0 引 言

        船舶裝備在研制過程中需要先進技術(shù)、較長周期、高額投資,同時承擔較高風險。制造技術(shù)成熟度不高會導致船舶裝備的研制費用過高、研制時間拖延、故障頻發(fā)等問題。例如,由于缺少制造技術(shù)成熟度評估,美國福特號航空母艦電磁彈射故障率比蒸汽彈射高10倍。2016年6月的一份報告顯示,福特號的電磁彈射平均400次出現(xiàn)1次嚴重故障,而標準是4 166次彈射才能出現(xiàn)1次嚴重故障[1]。

        目前,我國船舶工業(yè)發(fā)展快速,從近十年中國船舶制造業(yè)占世界造船市場份額的變化可看出:中國已成為造船大國[2]。船舶產(chǎn)品質(zhì)量提高、生產(chǎn)成本降低、開發(fā)時間縮短是船舶裝備研制成功的重要因素及目標[3]。過去,制造技術(shù)成熟度評估依靠人工計算,效率低、可靠性低。而船舶制造技術(shù)成熟度評估系統(tǒng)可對評估要素及指標進行動態(tài)評估及設計,評估對象廣泛,包括船舶制造的材料、工藝、設計技術(shù)、資源能力等。在研發(fā)制造的同時,應用船舶制造技術(shù)成熟度評估系統(tǒng),可使研發(fā)人員從一開始就可考慮產(chǎn)品壽命期內(nèi)的所有環(huán)節(jié),即從項目規(guī)劃到產(chǎn)品交付的相關工藝和質(zhì)量的技術(shù)成熟度等[4-5]。

        1 船舶制造技術(shù)成熟度評估系統(tǒng)

        制造技術(shù)成熟度概念于20世紀60年代由美國軍方提出,其主要特點是以更好、更快、更廉的方式,在武器裝備建造過程中應用優(yōu)秀的建造技術(shù)及建造資源,平衡建造周期、成本、質(zhì)量和性能等因素,達到規(guī)避風險的目的[6]。美國、英國、歐盟以技術(shù)成熟度等級(Technology Readiness Levels,TRL)研究為主;加拿大以技術(shù)成熟度體系(Technology Maturity Level System,TML System)研究為主[7];中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院(CCID)于2018年5月17日發(fā)布《智能制造分級評價認證體系》,中國的國家標準《智能制造能力成熟度模型》(GB/T 39116-2020)于2020年10月11日發(fā)布、2021年5月1日實施。基于船舶研發(fā)制造的生產(chǎn)過程及國內(nèi)外制造技術(shù)成熟度的評估方法及要素可知:制造技術(shù)成熟度評估工作貫穿產(chǎn)品整個生命周期。

        船舶制造技術(shù)成熟度評估系統(tǒng)可分為一級指標、二級指標、三級指標等,指標可自行拓展。一級指標覆蓋總體、船體結(jié)構(gòu)、推進系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、船體屬具與艙室設施、生產(chǎn)資源、生產(chǎn)設計資源、建造方法與工藝能力、生產(chǎn)管理資源、配套能力等評估要素,主要包括總體設計、建造工藝、船廠建造資源能力、船舶研制定型后等技術(shù)成熟度評估。二級指標主要針對總體船體、輪機、電氣、舾裝、武備、涂裝、生產(chǎn)設計資源、建造方法與工藝能力進行成熟度評估。三級指標是對二級指標的進一步精細劃分,涉及材料、工藝、技術(shù)、結(jié)構(gòu)等方面的技術(shù)成熟度評估。

        2 船舶制造技術(shù)成熟度評估指標

        2.1 總體設計

        總體設計技術(shù)成熟度評估在研究中涉及舾裝、武備、涂裝等3個二級指標,評估分數(shù)A、B、C、D分別為100分、75分、50分、25分,如表1所示。

        表1 總體設計評估指標

        2.2 建造工藝

        建造工藝技術(shù)成熟度評估在研究中包括總體船體、輪機、電氣等3個二級指標,評估分數(shù)A、B、C、D、E分別為100分、80分、60分、40分、20分,如表2所示。

        表2 建造工藝評估指標

        2.3 船廠建造資源能力

        船廠建造資源能力技術(shù)成熟度評估在研究中包括生產(chǎn)設計資源、建造方法與工藝能力、配套能力等3個二級指標,評估分數(shù)A、B、C、D、E分別為100分、80分、60分、40分、20分,如表3所示。

        表3 船廠建造資源能力評估指標

        2.4 船舶研制定型后

        船舶研制定型后技術(shù)成熟度評估在研究中包括生產(chǎn)資源和生產(chǎn)管理資源2個二級指標,評估分數(shù)A、B、C、D、E分別為100分、80分、60分、40分、20分,如表4所示。

        表4 船舶研制定型后評估指標

        2.5 可拓展指標

        可拓展指標技術(shù)成熟度評估可根據(jù)需求自定義評估要素。

        3 船舶制造技術(shù)成熟度評估權(quán)重及等級劃分

        3.1 權(quán)重劃分

        (1)

        式中:Wm為需要被評估的第k個技術(shù)成熟度維度權(quán)重。

        根據(jù)專家權(quán)威性原則、熟悉性原則、決策一致性原則[7]確定專家權(quán)重,定義dij為專家決策wi與專家決策wj的差距。dij由式(2)得出,即

        (2)

        由式(2)可知:dij越小,wi與wj越接近。

        (3)

        由式(3)可知:每位評估專家Ei的決策權(quán)重γi越小,與其他專家的決策差異度越大。

        通過式(1)~式(3)可得出船舶制造技術(shù)成熟度權(quán)重因數(shù),如表5所示。

        表5 船舶制造技術(shù)成熟度評估權(quán)重因數(shù)

        3.2 等級劃分

        基于每個三級指標的權(quán)重因數(shù),依據(jù)每位專家對技術(shù)成熟度指標的評估分數(shù)確定最終的等級分數(shù),即等級分數(shù)=評估分數(shù)×權(quán)重因數(shù)。根據(jù)分數(shù)將等級劃分為9級(TL1~TL9),其中:小于TL7表示船舶制造技術(shù)成熟度尚未達到成熟階段,如表6所示。例如,選取船舶制造技術(shù)成熟度評估要素中的總體設計,針對三級指標居住艙室相似性/標準化/模塊化設計/便于批量建造,假定專家評估分數(shù)為A,則等級分數(shù)為50分,依次計算,選定對應的技術(shù)成熟度等級。

        表6 船舶制造技術(shù)成熟度等級

        4 船舶制造技術(shù)成熟度評估系統(tǒng)功能設計

        船舶制造技術(shù)成熟度評估系統(tǒng)可在企業(yè)局域網(wǎng)上部署使用,采用瀏覽器-服務器結(jié)構(gòu)(Browser-Server,B/S結(jié)構(gòu))模式開發(fā),并可部署在本地單獨使用。通過基礎信息管理、評價分析、評估系統(tǒng)管理、評估要素管理等功能模塊,實現(xiàn)在產(chǎn)品設計過程中加入技術(shù)成熟度評估環(huán)節(jié)。系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)功能詳解如表7所示。

        表7 船舶制造技術(shù)成熟度評估系統(tǒng)功能詳解

        圖1 船舶制造技術(shù)成熟度評估系統(tǒng)功能架構(gòu)

        對某艘在建船的數(shù)據(jù)進行評估打分,在船舶制造技術(shù)成熟度評估系統(tǒng)中進行實際應用。總體設計、建造工藝、船廠建造資源能力、船舶研制定型后的技術(shù)成熟度評估等級分別為TL3、TL5、TL8和TL4,等級描述如圖2所示。

        圖2 等級描述

        以總體設計技術(shù)成熟度評估為例,其下設總體船體、輪機、電氣、舾裝、武備、涂裝等6個二級指標,且等級為TL3,如圖3所示。界面左側(cè)展示總體設計評估的要素指標及等級選項,淺色標記為等級較弱指標項。界面右側(cè)顯示等級描述和評價雷達圖,評價雷達圖展示各二級指標細項分數(shù)。

        圖3 總體設計技術(shù)成熟度評估界面

        5 結(jié) 語

        根據(jù)國內(nèi)外技術(shù)成熟度的評估辦法,建立船舶制造技術(shù)成熟度評估系統(tǒng),選取評估方向為總體設計、建造工藝、船廠建造資源能力、船舶研制定型后等,研究11個二級評估指標和16個三級評估指標。根據(jù)專家確定的權(quán)重因數(shù)和評估分數(shù),計算等級分數(shù),選定評估等級。應用該系統(tǒng)對某艘在建船的數(shù)據(jù)進行評估打分,實現(xiàn)評估的靈活性、準確性和可靠性。船舶制造技術(shù)成熟度評估正處于起步階段,后續(xù)將根據(jù)船舶可制造性的發(fā)展,針對技術(shù)成熟度評估要素和方法進行不斷的完善和修正。

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