田紹君

(中國(guó)核能電力股份有限公司 上海 200030)

船舶制造業(yè)是我國(guó)重要的戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)，其在一定程度上代表了國(guó)家的制造能力和水平。我國(guó)船舶制造企業(yè)承接了世界50%以上的船舶生產(chǎn)訂單，但由于多數(shù)船廠相對(duì)粗放的管理模式和建造工藝，加之部分訂單產(chǎn)品附加值較低，造成船舶行業(yè)總體盈利水平不佳。

國(guó)務(wù)院頒發(fā)的《船舶工業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，倡導(dǎo)積極引進(jìn)先進(jìn)的船舶建造理念和技術(shù)，進(jìn)行消化吸收，對(duì)國(guó)內(nèi)船廠的建造工藝和建造模式進(jìn)行升級(jí)，并倡導(dǎo)發(fā)展環(huán)保、節(jié)能、高技術(shù)含量、高附加值的新型船舶[1]。

特種工作船是船舶的一個(gè)重要分類(lèi)，一般用于特定場(chǎng)景的作業(yè)，如引航拖帶、海上救援、油污處理、海洋平臺(tái)物資運(yùn)輸?shù)?，具有鮮明的功能特征屬性，按照用途進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，具有高技術(shù)要求和高附加值的特點(diǎn)。

本文的研究對(duì)象為D船舶公司的一款多功能全回轉(zhuǎn)拖輪。該產(chǎn)品歷經(jīng)十幾年迭代生產(chǎn)，已形成多個(gè)成熟的型號(hào)系列，覆蓋拖輪工作船市場(chǎng)各層次需求。

對(duì)于船舶這類(lèi)交付周期較長(zhǎng)的產(chǎn)品，為降低航運(yùn)市場(chǎng)周期性波動(dòng)帶來(lái)的影響，船東對(duì)于船舶快速交付的期望日益強(qiáng)烈。提高生產(chǎn)效率，降低交付周期，始終是船東和船舶建造企業(yè)不斷追求的目標(biāo)。

在此背景下，D 船舶公司對(duì)某型多功能全回轉(zhuǎn)拖輪建造模式進(jìn)行較大幅度的改革嘗試，擬采用模塊化的建造策略，對(duì)該型號(hào)拖輪進(jìn)行組織建造，以提高該產(chǎn)品的交付效率。

1 相關(guān)理論概念與發(fā)展情況

1.1 模塊化概念

模塊化是將復(fù)雜的系統(tǒng)分解成為較小的、便于管理和制造的獨(dú)立單元模塊，單元模塊完成生產(chǎn)后，再組合成完整的系統(tǒng)，這種分解—組合的方式即為模塊化的主要形式之一[1]。

模塊化作為一種工作方法和思維方式，對(duì)于事物的構(gòu)成分析、系統(tǒng)分解、機(jī)構(gòu)優(yōu)化、重構(gòu)組合等具有獨(dú)特的作用[2]。用它分析復(fù)雜的系統(tǒng)或解決大型工程問(wèn)題，可使問(wèn)題簡(jiǎn)單化、條理化、標(biāo)準(zhǔn)化，便于形成可行的解決方案，實(shí)現(xiàn)可控的預(yù)期結(jié)果[3]。

1.2 船舶模塊化發(fā)展

船舶產(chǎn)品在逐步向大型化和多功能兩個(gè)方向發(fā)展，對(duì)于一個(gè)擁有巨大外形、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、繁多功能的龐大系統(tǒng)，模塊化建造是一種必然的選擇[4]。

表1 對(duì)船舶建造發(fā)展及演化的5 個(gè)階段進(jìn)行了概述。由表1可以看出，模塊化的設(shè)計(jì)和建造，是船舶產(chǎn)品現(xiàn)今及未來(lái)重要的研究和發(fā)展方向[5]。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）的基礎(chǔ)上，結(jié)合敏捷制造、智能制造等技術(shù)，將會(huì)為船舶設(shè)計(jì)及建造帶來(lái)突破性的變革。

2 全回轉(zhuǎn)拖輪模塊化建造模式的應(yīng)用

2.1 全回轉(zhuǎn)拖輪建造現(xiàn)狀

D公司全回轉(zhuǎn)拖輪采用的串行建造的生產(chǎn)模式已經(jīng)過(guò)十多年的迭代及優(yōu)化，具有成熟的工藝和流程。船殼采用分段建造的方式完成殼體整體建造，而后進(jìn)行設(shè)備、管線、內(nèi)裝以及鐵舾件的安裝工作，最后進(jìn)行全船涂裝作業(yè)。這種先殼體后舾裝的串行生產(chǎn)建造方案，工藝路線清晰，管理組織簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，對(duì)企業(yè)的技術(shù)和管理水平要求不高，是中小型船廠常用的建造模式。

為保證船舶在繁忙的港口和狹窄的水域靈活作業(yè)，拖輪外形尺寸一般設(shè)計(jì)得非常緊湊，但同時(shí)擁有較大的功率，以輸出足夠的拖曳牽引力，協(xié)助大型船舶進(jìn)出港口。同時(shí)，為擴(kuò)大船舶的工作范圍，還增設(shè)了外部消防系統(tǒng)、海上救援系統(tǒng)、油污處理系統(tǒng)等多個(gè)功能模塊。因此，多功能全回轉(zhuǎn)拖輪具有外形尺寸小、功率大、功能齊全的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使船舶設(shè)備和系統(tǒng)安裝的空間相對(duì)局促，增加了船舶建造施工的難度，且隨著船舶自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了船舶建造的復(fù)雜程度。

在先殼后舾的串行建造模式下，主機(jī)等大型設(shè)備及系統(tǒng)模塊，一般只能通過(guò)狹小的工藝通道進(jìn)入船體內(nèi)部，艙室內(nèi)部的移動(dòng)定位非常困難，甚至需要先行拆解設(shè)備本身的一些部件才能勉強(qiáng)進(jìn)入，這種工序流程使設(shè)備和系統(tǒng)的安裝效率受到制約。同時(shí)，串行的施工模式關(guān)鍵路徑相對(duì)單一，對(duì)人力資源與材料供貨的變化敏感，容易造成關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的延期，進(jìn)而影響整個(gè)項(xiàng)目的交付。

綜上所述，傳統(tǒng)的先殼體后舾裝的串行建造模式，雖具有工藝簡(jiǎn)單穩(wěn)定、施工路徑清晰等特性，但也存在工序安排不合理、效率較低、項(xiàng)目關(guān)鍵路徑抗風(fēng)險(xiǎn)能力弱、建造周期較長(zhǎng)等問(wèn)題，與當(dāng)前的需求存在著較大差距。

2.2 全回轉(zhuǎn)拖輪模塊化建造模式的優(yōu)化設(shè)計(jì)

為解決傳統(tǒng)串行施工模式造成的工序不合理、效率低下等問(wèn)題，現(xiàn)采用模塊化的并行施工方式，規(guī)劃新的工藝路線流程，以達(dá)到降低施工難度，提升工作效率的目的。模塊化建造的優(yōu)化設(shè)計(jì)分為以下3個(gè)步驟。

2.2.1 對(duì)全船艙室進(jìn)行區(qū)域劃分和系統(tǒng)分布分析

如圖1所示，按照船舶艙室布局和系統(tǒng)分布，全船可分為駕駛室、生活區(qū)、舵機(jī)艙、機(jī)艙、配電室五大區(qū)域，每個(gè)區(qū)域承擔(dān)著不同的系統(tǒng)功能，其中全船重要設(shè)備和系統(tǒng)主要集中在機(jī)艙區(qū)域，該區(qū)域的施工量最大，工序最為復(fù)雜。機(jī)艙的施工進(jìn)度決定著整個(gè)項(xiàng)目的總體進(jìn)度，是項(xiàng)目關(guān)鍵路徑的重要環(huán)節(jié)。

圖1 全回轉(zhuǎn)拖輪艙室布局及系統(tǒng)分布

2.2.2 分解整合區(qū)域，組成模塊單元

根據(jù)全船區(qū)域劃分和系統(tǒng)分布情況，以機(jī)艙為核心區(qū)域，并結(jié)合船舶結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，將船舶劃分為兩個(gè)模塊單元：上建單元（駕駛室+生活區(qū)）與船體單元（舵機(jī)艙+機(jī)艙+配電室+艏尖艙），具體如圖2所示。此種劃分方式，讓機(jī)艙上部區(qū)域成為敞開(kāi)結(jié)構(gòu)，極大地方便了該區(qū)域設(shè)備的吊裝和施工。

圖2 模塊單元?jiǎng)澐?/p>

由于全回轉(zhuǎn)拖輪總體尺寸較小，模塊單元的分解數(shù)量及界面劃分位置，應(yīng)依據(jù)船體結(jié)構(gòu)和實(shí)際效用進(jìn)行模塊分解，以免產(chǎn)生過(guò)多不必要的系統(tǒng)接口和模塊界面。過(guò)多的接口和分界面，會(huì)導(dǎo)致額外的工作量，并增加信息、介質(zhì)傳輸?shù)牟环€(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 模塊接口設(shè)計(jì)

模塊單元是相對(duì)獨(dú)立和完整的個(gè)體，模塊間通過(guò)位于相鄰分界面的物理接口進(jìn)行介質(zhì)傳輸和定位[6-7]。在完成模塊單元的劃分之后，根據(jù)相鄰模塊間的傳輸關(guān)系，設(shè)計(jì)模塊接口。上建模塊與船體模塊之間的基本接口設(shè)置如圖3所示。

圖3 模塊基本接口

模塊間采用接口形式主要有電力、信息傳輸?shù)亩俗优牛ㄏ洌庖航橘|(zhì)傳輸?shù)姆ㄌm、套管等接口，以及用于模塊相互定位的銷(xiāo)板。

以上3 個(gè)過(guò)程，在船舶建造方案策劃與計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)建模階段即需要結(jié)合船廠設(shè)備設(shè)施與人力資源情況進(jìn)行論證分析，明確模塊界面劃分位置及接口信息，并生成相應(yīng)的圖紙和工藝路線流程等技術(shù)資料，為后期生產(chǎn)施工奠定基礎(chǔ)。

3 全回轉(zhuǎn)拖輪模塊化建造效果分析

采用模塊化建造模式，相較于傳統(tǒng)的串行施工模式，對(duì)生產(chǎn)建造過(guò)程產(chǎn)生的影響分析如下。

3.1 生產(chǎn)效率的提高

在駕駛室和生活區(qū)作為一個(gè)整體的上建模塊單獨(dú)進(jìn)行施工建造時(shí)，機(jī)艙上部區(qū)域形成了較大的開(kāi)口，與四周?chē)谛纬闪伺锠罱Y(jié)構(gòu)，其中斜線填充區(qū)域詳見(jiàn)圖4。采用“盆舾裝”的工藝模式，可將大型設(shè)備、裝置和系統(tǒng)模塊，直接由“盆口”吊入機(jī)艙進(jìn)行安裝。如艙底水/壓載水模塊、燃油系統(tǒng)模塊等亦可在管路預(yù)制車(chē)間完成模組，而后整體吊入，無(wú)須在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)模組管件進(jìn)行組裝。

圖4 機(jī)艙“盆舾裝”

“盆舾裝”的狀態(tài)模式，讓機(jī)艙區(qū)域的安裝效率大幅提升。傳統(tǒng)建造模式條件下，主機(jī)只能由船側(cè)工藝孔引入，在機(jī)艙內(nèi)部的移動(dòng)只能靠人工吊具實(shí)現(xiàn)。兩臺(tái)主機(jī)與發(fā)電機(jī)組的吊裝定位，需要6名起重工和2名鉗工，協(xié)同工作10個(gè)工作日才能完成。而在“盆舾裝”的狀態(tài)下，只需2名起重工和2名鉗工協(xié)同工作4個(gè)工作日，即可完成主機(jī)和發(fā)電機(jī)的定位工作，總計(jì)縮短6個(gè)工作日、減少192個(gè)工時(shí)，效率提升明顯。并且其他設(shè)備和模塊的安裝同樣方便快捷，機(jī)艙作業(yè)的人力消耗大幅縮減，時(shí)間和人工成本有了明顯的改善。

3.2 建造周期的縮短

模塊化的建造方式，安裝工作可提前介入，采用并行施工交叉作業(yè)，相較于串行施工流程，建造周期縮短2個(gè)月，交付效率提升15%，對(duì)比分析具體見(jiàn)圖5。

圖5 兩種模式建造周期對(duì)比

3.3 總裝工位占用時(shí)間縮短

安裝車(chē)間共有4 個(gè)總裝工位，是船廠重要的設(shè)施和瓶頸資源?？傃b工位的周轉(zhuǎn)率決定了船廠年最大產(chǎn)能，提高總裝工位的利用率，相當(dāng)于提升了船廠的產(chǎn)出能力。模塊化并行施工的作業(yè)方式，讓部分安裝工作在模塊單元階段進(jìn)行施工，此階段無(wú)須占用總裝工位，只需分散在常規(guī)車(chē)間工位，在整個(gè)建造周期中減少了2 個(gè)月總裝工位的占用時(shí)間，大大提高了總裝工位的周轉(zhuǎn)效率。

3.4 并行施工降低延期風(fēng)險(xiǎn)

多路徑并行施工的模式，降低了人力資源或材料供貨對(duì)施工進(jìn)度的影響，在一定程度上分散了延期風(fēng)險(xiǎn)[8-9]。并且，在模塊化分解和設(shè)計(jì)比較詳盡的情況下，可以將部分簡(jiǎn)單且成熟的結(jié)構(gòu)，分包給外部資源，增加船廠人力資源的彈性，擴(kuò)大了船廠的整體產(chǎn)能。

4 結(jié)語(yǔ)

D 公司某型號(hào)多功能全回轉(zhuǎn)拖輪項(xiàng)目，通過(guò)采用模塊化和并行施工的建造方式，在提高生產(chǎn)效率、縮短建造周期、降低生產(chǎn)成本方面展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)，在項(xiàng)目建造方案創(chuàng)新中取得了初步成果。該建造模式的創(chuàng)新應(yīng)用，證明了模塊化建造方式在中小型船舶建造中具備良好的可行性，為同類(lèi)型船舶產(chǎn)品的建造提供了可參考的改良經(jīng)驗(yàn)與實(shí)施模型。