模塊化造船技術(shù)的應(yīng)用

李貴

（廣東中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，廣州 510725）

摘 要：隨著世界造船業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)加劇，如何保質(zhì)保量、創(chuàng)新科技、降低成本，成為競(jìng)爭(zhēng)中取勝的關(guān)鍵。本文闡述了模塊化造船技術(shù)應(yīng)用的幾個(gè)發(fā)展階段、模塊化造船技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、模塊化造船技術(shù)在民船建造中的應(yīng)用情況，對(duì)模塊化造船技術(shù)的應(yīng)用研究具有一定的參考意義

關(guān)鍵詞：模塊化；造船技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U671.99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代造船業(yè)應(yīng)用了新的模塊化造船技術(shù)。模塊化造船技術(shù)是當(dāng)代造船技術(shù)發(fā)展的一個(gè)嶄新方向，很多國(guó)家都已廣泛地應(yīng)用了這一技術(shù)。事實(shí)證明，模塊化造船技術(shù)作為一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，不僅將生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低，而且使生產(chǎn)效率大大提高，促進(jìn)了造船業(yè)邁向一個(gè)新的高度，未來(lái)模塊化造船技術(shù)的發(fā)展將會(huì)更加廣闊。

2 模塊化造船技術(shù)的含義

模塊是具有一定功能和特定結(jié)合的部件和組件，是具有通用性與組合性的標(biāo)準(zhǔn)化單元。模塊化則是指把硬件或者軟件，按其功能分解為很多單元，并把其設(shè)計(jì)為一個(gè)硬件或者軟件模塊，然后再與少數(shù)的非標(biāo)準(zhǔn)硬件或者軟件合成一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程或者方法。

模塊化造船技術(shù)是指把船舶的結(jié)構(gòu)與其系統(tǒng)，按其功能分成若干個(gè)具有接口關(guān)系且又相對(duì)獨(dú)立的單元，再依據(jù)通用化、系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)，用不同的方式組合排列成為船舶的裝備或者系統(tǒng)，并且最后組裝成完整的船舶的一種技術(shù)。

模塊化設(shè)計(jì)是建立在符合產(chǎn)品多規(guī)格與多品種標(biāo)準(zhǔn)要求基礎(chǔ)上的，其可以極大的縮短設(shè)計(jì)周期，更易于產(chǎn)品維修，可以用搭積木來(lái)形象概括模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程，根據(jù)不同的需要與要求進(jìn)行裝配組合。

模塊化造船的幾種模式：

（1）結(jié)構(gòu)的模塊化：將船舶的設(shè)計(jì)融合為各種自成體系又相互銜接的模式，在先期測(cè)試和組裝的基礎(chǔ)上集成船殼結(jié)構(gòu)，以此節(jié)約制造時(shí)間和費(fèi)用。如“弗吉尼亞”級(jí)潛艇和“海狼”號(hào)潛艇就采用了這種模式，成型前即導(dǎo)入結(jié)構(gòu)模塊化；

（2）功能的模塊化：事前按不同功能將艦艇分類劃出各種功能模塊，建造時(shí)在同一部位根據(jù)不同需要、在同一尺度下建造各種功能不同的模塊，服役后艦船具備特種、混合作戰(zhàn)能力，針對(duì)不同的任務(wù)要求，事前隨時(shí)裝備相應(yīng)的模塊模式，確保一艦多能?；诖朔N標(biāo)準(zhǔn)的建造模式，使得造船批量化生產(chǎn)成為可能，典型的如MEKO技術(shù)；

（3）任務(wù)的模塊化：在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上結(jié)合各種任務(wù)予以配置，具體是不同模塊后期建造填充或事后改進(jìn)模塊，典型的如Stanflex技術(shù)；

（4）技術(shù)的模塊化：在適應(yīng)開放結(jié)構(gòu)部件中將子系統(tǒng)合理配置，為后期的維護(hù)和新技術(shù)改進(jìn)增加便利。

實(shí)際建造過(guò)程中，并不是單純采用以上模塊化建造中的一種，而是幾種同時(shí)采用，這種技術(shù)已得到行業(yè)和用戶的廣泛推崇。

3 模塊化造船技術(shù)的發(fā)展階段

從20世紀(jì)60年代開始，模塊化造船技術(shù)開始應(yīng)用于軍船建造中。至目前，它大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：

（1）第一階段（誕生時(shí)期）

從60年代末到70年代末。在這一時(shí)期，美國(guó)的海軍開始將模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用于海上系統(tǒng)改裝工程；而德國(guó)在MEKO技術(shù)中，制定出NATO安裝界面的控制計(jì)劃以及數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)界面，不僅規(guī)定了其基本內(nèi)容，而且還使得艦船平臺(tái)能夠和武器裝備功能模塊與電子功能模塊一同建造，從而使生產(chǎn)周期大大縮短，并且也易于改裝；20世紀(jì)70年代初，美國(guó)電船公司率先把模塊化建造技術(shù)系統(tǒng)地用于“三叉戟”SSBN的組裝，而攻擊型“弗吉尼亞”級(jí)核潛艇于建造之始，就將模塊化技術(shù)作為主要因素左右著研制工作，使?jié)撏У摹岸嗄堋钡靡哉宫F(xiàn)；

（2）第二個(gè)階段（發(fā)展時(shí)期）

從80年代初到90年代初。在這一時(shí)期，除了美國(guó)和德國(guó)以外，其他國(guó)家也陸續(xù)地開展了模塊化造船技術(shù)的研究，而且應(yīng)用的范圍也逐漸增加；

（3）第三階段（技術(shù)成熟時(shí)期）

從90年代后期至今。在這一時(shí)期，模塊化造技術(shù)逐漸完善成熟，越來(lái)越多的國(guó)家開始使用模塊化技術(shù)建造艦船。美國(guó)、德國(guó)、日本、法國(guó)、丹麥等眾多國(guó)家，都在模塊化造船技術(shù)上取得了世界矚目的成就。

通覽世界造船史，模塊化造船模式可以理解為：在把事前做好設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)批量產(chǎn)品制造的同時(shí)，以分段與總段的形式展現(xiàn)裝備程度相當(dāng)?shù)哪K以及各種功能的模塊，并據(jù)此裝配成具有風(fēng)格各異且結(jié)構(gòu)與尺寸相通的類型與用途的船舶。

縱觀造船技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家對(duì)模塊化造船技術(shù)的實(shí)踐，可以看出，他們所做的工作主要是把船舶的裝備或者系統(tǒng)依據(jù)功能或者層次體系分為若干個(gè)具有接口關(guān)系并且相對(duì)獨(dú)立的單元，然后再依照通用化、合理化與系統(tǒng)化的原則，用不同的方式組合為船舶的裝備或者系統(tǒng)。它其實(shí)就是船舶標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)工程相結(jié)合的產(chǎn)物，是現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化在船舶建造中的一種比較高級(jí)的技術(shù)形式，也是船舶設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的一種新手段，引起了同業(yè)的廣泛重視。

模塊劃分的最終目的是縮短設(shè)計(jì)周期與建造時(shí)間、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，最終形成功能可以獨(dú)立、結(jié)構(gòu)大小得當(dāng)?shù)膯卧?/p>

船舶的模塊分硬件模塊和軟件模塊兩大類。通常來(lái)說(shuō)，船舶的硬件模塊依據(jù)用途不同可以分成三類：船體結(jié)構(gòu)模塊、動(dòng)力裝置模塊和電子設(shè)備模塊。其中，船體結(jié)構(gòu)模塊，包括分段與總段兩種模塊形式（見圖1、2）；動(dòng)力裝置模塊與電子設(shè)備模塊，同屬于功能模塊的范疇。

4 模塊化造船技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

計(jì)算機(jī)高性能技術(shù)平臺(tái)為模塊化的合理設(shè)計(jì)與高效建造提供了有力的技術(shù)支持，也是模塊化造船技術(shù)發(fā)展的大勢(shì)所趨。設(shè)計(jì)之初著力于設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)，在此基礎(chǔ)上展開技術(shù)設(shè)計(jì)。如DELMIA等立意之初，首先要做的是設(shè)計(jì)建模與虛擬模型嘗試，通過(guò)計(jì)算機(jī)反復(fù)研發(fā)最終成型的基礎(chǔ)上，全面展開生產(chǎn)，不僅縮短了生產(chǎn)建造周期，而且大大節(jié)約了費(fèi)用開支。

就標(biāo)準(zhǔn)化而言，采用組建式結(jié)構(gòu)模塊化的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)顯得至關(guān)重要。無(wú)論模塊化的接口還是模塊化的每個(gè)子系統(tǒng)，都是在同一標(biāo)準(zhǔn)下“量身定做”的。應(yīng)用戶的不同需求，生產(chǎn)商所做的只是部件的更換和功能模塊的切換，在同一尺度、同一標(biāo)準(zhǔn)船體上，靈活方便地實(shí)時(shí)進(jìn)行安裝。這種開放式的體系結(jié)構(gòu)無(wú)論當(dāng)下還是將來(lái)都是作為基礎(chǔ)性重要構(gòu)件，貫穿于實(shí)現(xiàn)模塊化始終的。開放式結(jié)構(gòu)體系最大優(yōu)勢(shì)也是最終本意，即方便進(jìn)行安裝、隨意更換流行產(chǎn)品等。

目前，北約已經(jīng)制定了開放式體系結(jié)構(gòu)接口標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)也成立了專門的部門負(fù)責(zé)制定開放式體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)。如LCS采用可重復(fù)組裝、開放式的船體結(jié)構(gòu)，能根據(jù)任務(wù)需要隨時(shí)裝配相應(yīng)的運(yùn)行模塊。據(jù)此，全面體現(xiàn)這種概念的“海上構(gòu)架”模式廣泛運(yùn)用于世界海軍艦隊(duì)建設(shè)，它是融合單艦動(dòng)力、艦體和艦隊(duì)作業(yè)性能的系統(tǒng)整體，可針對(duì)形勢(shì)的需要及時(shí)切換任務(wù)模塊展開相應(yīng)的水雷戰(zhàn)、反潛戰(zhàn)及水面戰(zhàn)等海戰(zhàn)模式。1981年，德國(guó)建造的第一艘MEKO輕型護(hù)衛(wèi)艦服役尼日利亞海軍，至今先后設(shè)計(jì)了多種級(jí)別二十余艘軍艦服役于土耳其、葡萄牙、波蘭、南非等國(guó)家海軍。而德國(guó)海軍其自身則成功運(yùn)用MEKO技術(shù)打造了F123和F124兩級(jí)護(hù)衛(wèi)艦。德國(guó)成熟的經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，進(jìn)一步采用成品技術(shù)可以促進(jìn)技術(shù)的更新與進(jìn)步，更易于節(jié)約研制成本和維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，大大降低整個(gè)全壽期費(fèi)用。

5 模塊化造船技術(shù)在民船建造中的應(yīng)用

模塊是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的單元，它適合應(yīng)用于系列化的大批量的船舶建造，目前它主要是應(yīng)用于軍船的建造。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，民船市場(chǎng)也在不斷發(fā)展，模塊化造船技術(shù)在民船建造方面的應(yīng)用，同樣可以發(fā)揮它標(biāo)準(zhǔn)化與通用化的優(yōu)點(diǎn)，因此模塊化造船技術(shù)也逐漸應(yīng)用于民船建造中，如機(jī)艙模塊、衛(wèi)生單元模塊與上層建筑模塊等（見圖3～圖5）。

我國(guó)在80年代開始引用模塊化技術(shù)，并在90年代初由中船總公司組織成立了模塊化造船研究課題，以35 000 DWT淺吃水散貨船為標(biāo)準(zhǔn)船型，組織廣州造船廠與上海船舶設(shè)計(jì)研究院開發(fā)研究船用模塊，目前已應(yīng)用于多種類型的船舶。這些模塊都具備獨(dú)立功能，在出廠之前就已做過(guò)了密性與運(yùn)行試驗(yàn)，裝船之后再將接口與相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)接通，這樣就可以進(jìn)行操作運(yùn)行。

此外，這些模塊還可以根據(jù)不同的需求組合為具有不同功能的新模塊。例如，船用熱井模塊，它可以根據(jù)鍋爐的容量選擇相對(duì)應(yīng)的給水泵與大氣冷凝器，而且選擇也比較靈活，可以是離心泵，也可以是立式泵或者旋渦泵，還能根據(jù)不同的位置需求來(lái)布置泵的位置。也就是說(shuō)，數(shù)量一定的部件，可以通過(guò)組合派生出多種不同的產(chǎn)品，以滿足不同的使用需求。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，模塊化造船技術(shù)是船舶建造中一項(xiàng)里程碑式的技術(shù)，它不僅是對(duì)傳統(tǒng)造船業(yè)的一種挑戰(zhàn)，更說(shuō)明了造船業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)目前在模塊化造船技術(shù)應(yīng)用上已經(jīng)比較靠前，而且技術(shù)也越來(lái)越成熟。模塊化造船技術(shù)還有很大的進(jìn)步空間，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)模塊化技術(shù)將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用，并且最終能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的模塊化造船技術(shù)，對(duì)豐富和發(fā)展我國(guó)造船業(yè)的技術(shù)寶庫(kù)具有重要意義。

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