摘" " 要：提升船舶研制效率是每一個(gè)船舶企業(yè)密切關(guān)注的問題之一，“一家設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)、多家造船廠建造”（即“一所多廠”）模式能夠顯著提升船舶交付速度。為更好地解決“一所多廠”模式下不同船廠之間存在的差異，本文介紹了面向建造的設(shè)計(jì)原則，提出了面向多廠建造的船體結(jié)構(gòu)柔性設(shè)計(jì)方法，并以船體結(jié)構(gòu)分段劃分的柔性設(shè)計(jì)為例，對(duì)面向多廠建造的船體結(jié)構(gòu)柔性設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，為“一所多廠”模式下船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一種思路。

關(guān)鍵詞：柔性設(shè)計(jì)；船體結(jié)構(gòu)；建造；可生產(chǎn)性

中圖分類號(hào)：U664.4" " " " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Research on Flexible Design of Ship Structures for

Multi-Factory Construction

YAN Xiaoshun，" MEI Guohui，" ZHOU Xintao

（ China Ship Development and Design Center，" Wuhan 430064 ）

Abstract： Improving the efficiency of ship development is one of the issues that every shipbuilding enterprise closely pays attention to. Such mode of \"one design institute designs for multiple shipyards building\" （i.e. \"one institute for multiple factories\"） can significantly improve the delivery speed of ships. In order to better address the differences between different shipyards under the mode of \"one institute for multiple factories\"， this article introduces the design principles for construction， proposes a flexible design method for ship structure for multi-factory construction， and takes the flexible design of ship structure segmentation as an example to elaborate on the flexible design of ship structure for multi-factory construction， providing a train of thought for ship structure design under the mode of \"one institute for multiple factories\".

Key words： flexible design;" hull structure;" construction;" producibility

1" " "引言

我國(guó)是造船大國(guó)，正在成為造船強(qiáng)國(guó)。在此過程中，提高船舶研制效率是船舶企業(yè)考慮的重中之重。在設(shè)計(jì)中盡可能考慮造船廠生產(chǎn)建造的約束，能夠減少施工建造中的返工，因此，面向建造的設(shè)計(jì)是縮短船舶研制周期的重要方法之一。在當(dāng)前一些船舶研制模式中，為減小施工建造的返工，設(shè)計(jì)單位在船舶設(shè)計(jì)階段就邀請(qǐng)?jiān)齑瑥S有經(jīng)驗(yàn)的人員提前介入，作為專家對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果反饋意見，設(shè)計(jì)師再根據(jù)意見進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。這種協(xié)同設(shè)計(jì)模式將后期建造階段會(huì)出現(xiàn)的問題提前在設(shè)計(jì)階段暴露，避免了問題的放大效應(yīng)，一定程度降低了成本，縮短了研制周期[1-3]。

然而，這種協(xié)同模式的問題反饋和協(xié)調(diào)機(jī)制基本可歸結(jié)為“設(shè)計(jì)結(jié)果-發(fā)現(xiàn)問題-設(shè)計(jì)調(diào)整”的串行模式，依然屬于問題導(dǎo)向型設(shè)計(jì)，船舶研制效率仍有提升空間。與此同時(shí)，當(dāng)采用“一家設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)、多家造船廠建造”（即“一所多廠”）模式進(jìn)行船舶研制時(shí)，不同造船廠的建造能力、建造方式、建造經(jīng)驗(yàn)等客觀條件可能存在不可調(diào)和的矛盾，就容易導(dǎo)致串行模式失效，這就需要對(duì)面向制造的設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，即對(duì)面向建造的柔性設(shè)計(jì)研究。不少學(xué)者在車輛、航空航天等領(lǐng)域?qū)γ嫦蛑圃斓脑O(shè)計(jì)進(jìn)行了諸多的研究[4-6]，但船舶結(jié)構(gòu)領(lǐng)域面向制造的設(shè)計(jì)模式鮮有報(bào)道。

針對(duì)上述問題，本文首先對(duì)面向建造的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行整理，從而為“問題導(dǎo)向型設(shè)計(jì)”向“知識(shí)導(dǎo)向型設(shè)計(jì)”轉(zhuǎn)變提供基礎(chǔ)。然后對(duì)“一所多廠”的研制解決方案等進(jìn)行分析，提出面向多廠建造的船舶結(jié)構(gòu)柔性設(shè)計(jì)方法，并通過具體實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2" " "面向多廠建造的柔性設(shè)計(jì)研究

2.1" "面向建造的設(shè)計(jì)原則

在船舶研制工程中，面向建造的設(shè)計(jì)，主要是把下游造船廠的限制、要求、耗時(shí)較多的約束提前在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行考慮，從而減少返工，縮短研制周期。本文參考汽車、航空航天及國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)，結(jié)合長(zhǎng)期設(shè)計(jì)建造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)建造中常遇到的修改設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行整理，形成面向船舶建造的設(shè)計(jì)原則，具體如表1所示。

2.2" "面向多廠建造的柔性設(shè)計(jì)方法

當(dāng)采用“一家設(shè)計(jì)院所設(shè)計(jì)、一家造船廠建造”的模式進(jìn)行船舶研制時(shí)，可以采用造船廠提前介入的協(xié)同設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)部分面向建造的設(shè)計(jì)。然而，當(dāng)某型船為提高船舶的建造速度，采用“一家設(shè)計(jì)院所設(shè)計(jì)、多家造船廠建造”的研制模式時(shí)，設(shè)計(jì)單位就需要在船舶設(shè)計(jì)時(shí)考慮多個(gè)船廠的設(shè)計(jì)約束，如不同造船廠的建造習(xí)慣、建造速度、建造順序等約束。這是相當(dāng)復(fù)雜的工作，而且不同造船廠的約束之間的矛盾甚至是不可調(diào)和的，設(shè)計(jì)單位無法形成統(tǒng)一、固定的設(shè)計(jì)方案。與此同時(shí)，對(duì)于軍船、郵輪等設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的船舶而言，不同造船廠的物資到場(chǎng)順序、設(shè)備訂貨計(jì)劃、工程進(jìn)度等因素不盡相同，這種矛盾更為尖銳，甚至是不可調(diào)和的，這顯著增加了寶貴的人力成本和時(shí)間成本。

針對(duì)上述情況，需在協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)單位就先期考慮各個(gè)總裝廠的建造能力、工藝水平等因素，增加設(shè)計(jì)的柔性兼容能力，使同一個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)用到不同的總裝廠的建造場(chǎng)景中具有最大適應(yīng)能力，減少不必要的重復(fù)勞動(dòng)和后期協(xié)調(diào)反復(fù)，即面向多廠建造的柔性設(shè)計(jì)。

首先，進(jìn)行下游需求收集處理。設(shè)計(jì)單位可以從多家造船廠標(biāo)準(zhǔn)件建造要求、總段分段劃分原則、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的工藝要求等方面進(jìn)行調(diào)研和需求收集，深入分析設(shè)計(jì)中需預(yù)先考慮的生產(chǎn)設(shè)計(jì)和建造需求。根據(jù)與設(shè)計(jì)過程的耦合程度，對(duì)收集到的要求進(jìn)行初步分類處理。

其次，多家造船廠工藝要求的協(xié)調(diào)處理。對(duì)于多家造船廠提出的與設(shè)計(jì)過程緊耦合的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行匯總，進(jìn)而開展可行性分析，形成施工設(shè)計(jì)需要提前考慮的設(shè)計(jì)要求列表，針對(duì)多家造船廠的差異化要求組織協(xié)調(diào)和處理。

最后，形成柔性解決方案。將設(shè)計(jì)必須考慮的造船廠不同并且協(xié)調(diào)無法統(tǒng)一的工藝要求梳理出來，通過對(duì)差異化要求的多粒度多層次切分，最大限度提取共性特征，縮小差異化部分，采用基于共性特征的方案重組和基于柔性元模型定制的技術(shù)思路，并結(jié)合知識(shí)工程技術(shù)，形成面向一所多廠的柔性解決方案。

面向多廠建造的柔性設(shè)計(jì)大致流程如圖1所示。

3" nbsp; "面向多廠建造的柔性設(shè)計(jì)案例

3.1" "分段劃分柔性設(shè)計(jì)

不同船廠的建造條件、建造能力有差異，例如分段階段的吊裝能力差異，可能造成分段建造對(duì)分段劃分設(shè)計(jì)的修改。例如，某型船采用“一家設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)、三家造船廠建造”，其中A廠用于吊裝分段結(jié)構(gòu)的小型起重機(jī)吊裝能力為不大于14 t，B廠用于吊裝分段結(jié)構(gòu)的小型起重機(jī)吊裝能力為不大于10 t，C廠用于吊裝分段結(jié)構(gòu)的小型起重機(jī)吊裝能力為不大于8 t。同時(shí)，三家造船廠都有400 t的起重機(jī)，但數(shù)量相對(duì)較少。

在得到上述調(diào)研結(jié)果后，設(shè)計(jì)單位可采用最大限度提取共性特征的方法進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)，即在進(jìn)行分段劃分時(shí)，必須要求分段的重量不得大于8 t。三家造船廠在獲得分段后，可根據(jù)設(shè)計(jì)單位劃分的單元進(jìn)行組裝，例如A廠可以將兩個(gè)重量之和不大于14 t的相鄰分段進(jìn)行組合，從而提高搭載效率。

3.2" "分段連接柔性設(shè)計(jì)

為提高造船效率，區(qū)域建造與分段造船已逐漸在國(guó)內(nèi)主要船廠中貫徹實(shí)施。在分段造船模式下，《艦船通用規(guī)范》GJB 4000-2000明確要求水面艦船“總段分段接縫處，外板和甲板的縱向骨架對(duì)接縫與板的對(duì)接縫一般應(yīng)相對(duì)錯(cuò)開200 mm”。分段連接設(shè)計(jì)包含分段縫的位置和板筋錯(cuò)開的長(zhǎng)度及方向，而板筋錯(cuò)開的方向與分段的搭載合攏順序密切相關(guān)。對(duì)于以往“一家設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)、一家造船廠建造”的模式，設(shè)計(jì)所將分段錯(cuò)位連接設(shè)計(jì)完畢后交付總裝廠，總裝廠根據(jù)方案施工，也有少量因?yàn)槲镔Y到場(chǎng)、設(shè)備訂貨、工程進(jìn)度等原因造成分段搭載順序的變化，導(dǎo)致連接節(jié)點(diǎn)需要調(diào)整。然而，在“一所多廠”的模式下，不同造船廠的物資到場(chǎng)順序、設(shè)備訂貨計(jì)劃、工程進(jìn)度等因素不盡相同，船體結(jié)構(gòu)的建造順序也必然不同，這種矛盾基本無法協(xié)調(diào)達(dá)成一致。

經(jīng)過上述調(diào)研和分析，采用知識(shí)傳遞的方法，將上游設(shè)計(jì)知識(shí)約束向下游傳遞，造船廠根據(jù)施工建造的實(shí)際對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，以達(dá)到適應(yīng)建造且不改變?cè)O(shè)計(jì)原則或設(shè)計(jì)方案的目的。例如，對(duì)圖2所示的甲板結(jié)構(gòu)進(jìn)行總段分段劃分，形成劃分方案和分段錯(cuò)位連接的一般原則知識(shí)，并通過通用信息模型（Ship Common Information Model， SCIM）將知識(shí)傳遞至下游造船廠，如圖3所示。不同造船廠獲得帶標(biāo)注的三維模型后，則可以根據(jù)建造實(shí)際，形成從尾至首的建造順序時(shí)分段連接（圖4）、從首至尾的建造順序時(shí)分段連接（圖5）、先中間后兩邊的建造順序時(shí)分段連接（圖6）。

4" " 結(jié)語

本文介紹了面向建造的設(shè)計(jì)原則，提出了在“一所多廠”模式下面向多廠建造的船體結(jié)構(gòu)柔性設(shè)計(jì)方法，并通過某實(shí)例對(duì)方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，本文所述方法采用了最小化單元法和知識(shí)依賴型設(shè)計(jì)，改變了以往問題導(dǎo)向型設(shè)計(jì)，解決了不同船廠間難以調(diào)和的建造順序矛盾，實(shí)現(xiàn)了總體設(shè)計(jì)的柔性，能夠一定程度提升船舶研制效率，為“一所多廠”模式下船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一種思路。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘元.面向制造和裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南（第2版）[M].北京：機(jī)械工

業(yè)出版社， 2016.

[2]朱嘉龍.船舶設(shè)計(jì)中生產(chǎn)性問題的探討[J].造船技術(shù)， 2001 （ 3 ） ：" 1-4.

[3]鄭聯(lián)語，魏麗.產(chǎn)品開發(fā)中可生產(chǎn)性分析技術(shù)綜述[J].航空制造技術(shù)，

2007 （ 1 ） ：" 40-46.

[4]高廣達(dá)，徐燕申，林漢元，等.面向模塊化設(shè)計(jì)與制造全過程的模塊

編碼系統(tǒng)[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)， 2001 （ 2 ） ：" 183-187.

[5]靳春寧，胡平，陶海龍，等.基于知識(shí)工程及面向制造設(shè)計(jì)的車身部

件設(shè)計(jì)方法和技術(shù)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）， 2006 （ 4 ） ：" 548-553.

[6]程五四，陳興玉，張祥祥，等.面向三維工藝的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造信息三

維標(biāo)注研究[J].中國(guó)制造業(yè)信息化， 2012， 41 （ 17 ） ：" 51-55.