預(yù)設(shè)計(jì)模式優(yōu)化造船設(shè)計(jì)

蘇士斌，陳 莉，周曉瑩，何梓強(qiáng)，陳偉雄

（廣州文沖船廠有限責(zé)任公司，廣州 510725）

預(yù)設(shè)計(jì)模式優(yōu)化造船設(shè)計(jì)

蘇士斌，陳 莉，周曉瑩，何梓強(qiáng)，陳偉雄

（廣州文沖船廠有限責(zé)任公司，廣州 510725）

在研究船舶串行設(shè)計(jì)模式的基礎(chǔ)上提出預(yù)設(shè)計(jì)模式，完善設(shè)計(jì)流程，深度融合船、機(jī)、電多專業(yè)的相關(guān)設(shè)計(jì)信息，使部分設(shè)計(jì)工作技術(shù)性前移，一些設(shè)計(jì)工作預(yù)防性解決關(guān)鍵問(wèn)題。預(yù)設(shè)計(jì)模式在機(jī)制上可減少目前所發(fā)生的許多重大修改，減少物量和工時(shí)浪費(fèi)，提高造船效率，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

設(shè)計(jì)模式；串行設(shè)計(jì)；預(yù)設(shè)計(jì)；修改

0 引言

世界船型趨向大噸位、高技術(shù)含量和高附加值、新技術(shù)、新工藝和新船型，中國(guó)造船業(yè)進(jìn)入新的發(fā)展階段，盡管面臨船市下調(diào)和其他眾多風(fēng)險(xiǎn)，今后仍可以實(shí)現(xiàn)又好又快的發(fā)展。造船是一個(gè)兼容設(shè)計(jì)和建造的復(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程，只有在技術(shù)上不斷進(jìn)行自我技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，才能提高造船效率、促使造船企業(yè)強(qiáng)大[1-2]?，F(xiàn)在造船模式按區(qū)域組織生產(chǎn)，殼、舾、涂作業(yè)在空間上分道、時(shí)間上有序，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理一體化，而造船模式得以順利開(kāi)展的基礎(chǔ)在于船舶設(shè)計(jì)的正確性、合理性，船舶的設(shè)計(jì)模式則起到了關(guān)鍵性的作用。從船舶建造角度分析，船舶企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力主要取決于生產(chǎn)制造工藝、科技水平、產(chǎn)業(yè)規(guī)模和經(jīng)濟(jì)效益。科技水平包括開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)水平和造船水平，這些決定了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

通過(guò)對(duì)目前船舶設(shè)計(jì)的串行設(shè)計(jì)模式和建造過(guò)程分析，由于設(shè)計(jì)時(shí)間和施工周期逐漸變短，在串行模式中有時(shí)出現(xiàn)一些重要設(shè)備相關(guān)的修改單等，伴有較多物料和工時(shí)消耗，甚至延長(zhǎng)施工周期。串行設(shè)計(jì)模式主要體現(xiàn)在分工上，以專業(yè)為主，在船、機(jī)、電等各專業(yè)基礎(chǔ)上實(shí)行先船體，再輪機(jī)，最后電氣的流程。設(shè)計(jì)內(nèi)容相互獨(dú)立，只有當(dāng)設(shè)備之間或設(shè)備與船體結(jié)構(gòu)碰撞時(shí)才進(jìn)行專業(yè)協(xié)調(diào)，處理暴露出來(lái)的問(wèn)題。

本文提出一種創(chuàng)新的船舶設(shè)計(jì)模式——預(yù)設(shè)計(jì)模式，該模式深度融合船、機(jī)、電等專業(yè)重要設(shè)備和關(guān)鍵點(diǎn)信息，包括重要設(shè)備、油、水、氣、管系和舾裝等，使部分工作進(jìn)行技術(shù)性前移，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，合理布局，設(shè)計(jì)出兼容性更強(qiáng)的建造方案，提高船舶設(shè)計(jì)的可制造性和生產(chǎn)合理性，減少施工現(xiàn)場(chǎng)引起的各專業(yè)協(xié)調(diào)的工作量，促進(jìn)船舶設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工效率進(jìn)一步提升，使造船成本得到有效控制，提高船廠經(jīng)濟(jì)效益。

1 質(zhì)量事故分析

目前，船舶設(shè)計(jì)模式較多屬于串行設(shè)計(jì)模式，主要由初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)3個(gè)階段構(gòu)成，每一個(gè)階段只需完成本階段的工作。生產(chǎn)設(shè)計(jì)是船舶建造過(guò)程中的最后一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，僅僅依靠挖掘生產(chǎn)設(shè)計(jì)的潛力不能夠?qū)崿F(xiàn)殼、舾、涂一體化的造船模式要求[3]。研究了廣州文沖船廠多年來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)計(jì)往往不能解決所有問(wèn)題，特別隨著設(shè)計(jì)周期變短、節(jié)點(diǎn)間隔越來(lái)越短、人員工作量越來(lái)越多，設(shè)計(jì)人員在繁忙的工作中顧此失彼，串行設(shè)計(jì)模式中的不足之處突顯出來(lái)，使得一些修改在所難免。許多重要設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)才發(fā)現(xiàn)需要進(jìn)行修改，各專業(yè)不得不再次花費(fèi)大量時(shí)間協(xié)調(diào)處理問(wèn)題，既浪費(fèi)大量物料，也浪費(fèi)許多設(shè)計(jì)工時(shí)和現(xiàn)場(chǎng)施工工時(shí)。曾有一條32 000 DWT船的修改物量達(dá)到了36 t之多，其中板材和型材消耗最多，電裝、機(jī)裝、甲裝、施工現(xiàn)場(chǎng)等幾乎所有的科室都涉及修改，大量設(shè)計(jì)工時(shí)被浪費(fèi)，伴隨大量物量修改，也產(chǎn)生許多廢返物量。

對(duì)大量典型質(zhì)量事故進(jìn)行分析，可以看到一些重要設(shè)備與關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)常發(fā)生因各專業(yè)沒(méi)有及時(shí)充分協(xié)調(diào)，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工產(chǎn)生巨大修改。過(guò)去有充分時(shí)間的設(shè)計(jì)工作情況已經(jīng)不復(fù)存在，當(dāng)前設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)和施工周期日益縮短，不會(huì)再有多余的時(shí)間留給設(shè)計(jì)人員去慢慢檢查，慢慢協(xié)調(diào)，慢慢修改。造成這些質(zhì)量事故的主要原因在于串行設(shè)計(jì)模式，初步設(shè)計(jì)完成后，將剩余工作交給了詳細(xì)設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后又將剩余工作交給生產(chǎn)設(shè)計(jì)。這種像流水線一樣的串行設(shè)計(jì)模式中，一個(gè)設(shè)計(jì)階段往往只關(guān)注一個(gè)階段所涉及的各方面問(wèn)題，對(duì)于一些跨階段需要關(guān)注的設(shè)計(jì)或設(shè)備時(shí)常不能夠做到完善，這樣就會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，從而造成設(shè)計(jì)修改和現(xiàn)場(chǎng)返工。圖1為串行設(shè)計(jì)模式結(jié)構(gòu)圖。

在串行設(shè)計(jì)模式中，設(shè)計(jì)人員按要求完成本職工作后將成果推向后一設(shè)計(jì)階段，當(dāng)后一階段產(chǎn)品的可制造性、可裝配性、可維護(hù)性等變得較差甚至不可能實(shí)現(xiàn)時(shí)，就重新返回到前一設(shè)計(jì)階段，再次協(xié)調(diào)尋找解決問(wèn)題的方案。串行設(shè)計(jì)模式中各階段之間缺少預(yù)防和監(jiān)督機(jī)制，缺少對(duì)重要設(shè)備與關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行積極預(yù)處理的工作流程。若設(shè)計(jì)中各專業(yè)之間缺少有效溝通則會(huì)發(fā)生各種設(shè)計(jì)問(wèn)題，導(dǎo)致質(zhì)量事故出現(xiàn)，修改增加船舶設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本，也使船舶建造周期變長(zhǎng)。

一條2 800 DWT散貨船GWS44*在現(xiàn)場(chǎng)施工階段發(fā)現(xiàn)應(yīng)急配電板高度超出梁下凈空高的質(zhì)量問(wèn)題，分段合攏前的設(shè)備檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)梁下凈空高2 250 mm，而應(yīng)急配電板高度為2 280 mm，且由于應(yīng)急配電板重量大，底部采用L50×70×5角鋼制作底座，進(jìn)一步增加了設(shè)備高度。這樣即使拆除頂部吊裝角鋼結(jié)構(gòu)，橫梁結(jié)構(gòu)依然與應(yīng)急配電板相碰，施工現(xiàn)場(chǎng)不得不臨時(shí)修改應(yīng)急配電板上方大梁以滿足要求，這樣的修改又需要船體結(jié)構(gòu)送審并認(rèn)可，才可以施工。船體結(jié)構(gòu)的美觀性無(wú)從保證，既浪費(fèi)了大量的板材又增加了施工周期。不同專業(yè)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員之間沒(méi)有積極協(xié)調(diào)是造成該問(wèn)題的主要原因，但作為前一階段的初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)缺少對(duì)應(yīng)急配電板這樣的重要設(shè)備布置進(jìn)行相應(yīng)的關(guān)注，只是將相應(yīng)工作留給下一階段，讓生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段內(nèi)的各專業(yè)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)處理，從而留下了質(zhì)量事故隱患。若在初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，相關(guān)專業(yè)給予重要設(shè)備應(yīng)急配電板一定的預(yù)設(shè)計(jì)，積極關(guān)注應(yīng)急配電板相關(guān)的尺寸、走線方式與位置等，使船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一次到位就可以避免這樣的修改。

2 創(chuàng)新預(yù)設(shè)計(jì)模式

相對(duì)于造船行業(yè)動(dòng)輒上億元的投入，僅占其4%左右的設(shè)計(jì)費(fèi)用并不能左右船市大局，但船舶設(shè)計(jì)影響了船舶70%左右的成本投入，對(duì)船舶“優(yōu)生”起到了關(guān)鍵作用[4]。船舶設(shè)計(jì)是造船工業(yè)的源頭，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中起著主導(dǎo)作用，船舶設(shè)計(jì)決定船體的結(jié)構(gòu)、尺寸和性能，且對(duì)生產(chǎn)成本、建造周期和船舶運(yùn)營(yíng)都有極其重要的影響[5-6]。

為了更好地解決上述問(wèn)題，本文提出與串行設(shè)計(jì)模式不同的新型設(shè)計(jì)模式——預(yù)設(shè)計(jì)模式，它不僅要解決“造怎樣的船”，同時(shí)還要解決“怎樣造船”，即將“造怎樣的船”和“怎樣造船”結(jié)合起來(lái)，使二者融為一體，在解決“造怎樣的船”的同時(shí)充分考慮船體、輪機(jī)和電氣的結(jié)構(gòu)、重要設(shè)備、主干電纜走向、管系及其他關(guān)鍵點(diǎn)等信息，優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可制造性，使“怎樣造船”變得合理順暢，減少修改避免浪費(fèi)。預(yù)設(shè)計(jì)模式體現(xiàn)了各專業(yè)之間協(xié)同進(jìn)行，重要設(shè)備、關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)工作前移的設(shè)計(jì)思路，特別是把串行生產(chǎn)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工階段需要大量協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)信息進(jìn)行前移，及早解決關(guān)鍵問(wèn)題，有效減少各專業(yè)內(nèi)部和專業(yè)之間的大量協(xié)調(diào)工作，也杜絕了施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)修改成本較大的修改單，有利于后續(xù)制造和現(xiàn)場(chǎng)施工，提高船舶質(zhì)量。預(yù)設(shè)計(jì)模式使船、機(jī)、電等多專業(yè)信息融合到一起，設(shè)計(jì)順序在串行設(shè)計(jì)模式的基礎(chǔ)上融入?yún)f(xié)同性設(shè)計(jì)信息。圖2為預(yù)設(shè)計(jì)模式結(jié)構(gòu)圖。

對(duì)比圖1和圖2可以看出，預(yù)設(shè)計(jì)模式在串行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上將重要設(shè)備、關(guān)鍵點(diǎn)等后期工作進(jìn)行技術(shù)性前移，體現(xiàn)了各設(shè)計(jì)階段之間、各專業(yè)之間協(xié)同進(jìn)行的設(shè)計(jì)思路，把重要設(shè)備與關(guān)鍵點(diǎn)的部分設(shè)計(jì)工作進(jìn)行技術(shù)性前移，特別是把串行模式下生產(chǎn)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工階段需要大量協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)工作前移，預(yù)防性處理，有效減少下游設(shè)計(jì)中各專業(yè)內(nèi)部、專業(yè)之間協(xié)調(diào)的工作量，杜絕施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)成本較大的修改。在預(yù)設(shè)計(jì)模式中，預(yù)設(shè)計(jì)通道不是一個(gè)獨(dú)立存在的部門(mén)或階段性工作，而是融合在初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)之中。經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員、施工人員等將重點(diǎn)設(shè)備與關(guān)鍵點(diǎn)的布置、工作等數(shù)據(jù)信息反饋給前向設(shè)計(jì)階段，各設(shè)計(jì)階段篩選相關(guān)信息，并在各設(shè)計(jì)階段內(nèi)積極關(guān)注相關(guān)工作，采取有效措施，從而使生產(chǎn)設(shè)計(jì)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)，避免問(wèn)題出現(xiàn)。

預(yù)設(shè)計(jì)不同于串行設(shè)計(jì)中生產(chǎn)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)往往是在生產(chǎn)設(shè)計(jì)的各專業(yè)間自己進(jìn)行設(shè)計(jì)工作出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)發(fā)生，是問(wèn)題產(chǎn)生之后進(jìn)行的專業(yè)內(nèi)或?qū)I(yè)間溝通協(xié)調(diào)。協(xié)調(diào)是串行設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)采取的一種處理問(wèn)題的方式，相對(duì)于問(wèn)題出現(xiàn)是滯后的，而預(yù)設(shè)計(jì)相對(duì)于問(wèn)題出現(xiàn)是超前的。預(yù)設(shè)計(jì)是一種預(yù)防性的、積極的工作方式，針對(duì)重要設(shè)備與關(guān)鍵點(diǎn)采取有效措施避免問(wèn)題出現(xiàn)，不把重要設(shè)備與關(guān)鍵點(diǎn)的問(wèn)題僅留給下游設(shè)計(jì)階段去處理。表1為串行設(shè)計(jì)模式與預(yù)設(shè)計(jì)模式在多個(gè)方面的對(duì)比分析。

表1 串行設(shè)計(jì)模式與預(yù)設(shè)計(jì)模式對(duì)比

由表1可以看出，預(yù)設(shè)計(jì)模式在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中同時(shí)考慮后期設(shè)計(jì)和生產(chǎn)因素，從而使設(shè)計(jì)正確性和產(chǎn)品可制造性進(jìn)一步提高，加快產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)程，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間，有效降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

以內(nèi)通報(bào)警系統(tǒng)為例，報(bào)警鈴的布置既可以布置在走廊，也可以在走廊和艙室內(nèi)都進(jìn)行布置，都滿足規(guī)范要求。這就給船廠設(shè)計(jì)和內(nèi)通報(bào)警設(shè)備廠家設(shè)計(jì)提供了多種可行方案，各方案對(duì)設(shè)備成本、電纜成本、施工成本和設(shè)計(jì)成本的影響不同。依據(jù)預(yù)設(shè)計(jì)的思路，盡量減少隨后設(shè)計(jì)工作中的難點(diǎn)，在內(nèi)通技術(shù)協(xié)議制作時(shí)就將設(shè)計(jì)方案選定為僅在走廊布置報(bào)警鈴，同時(shí)協(xié)調(diào)上建艙室門(mén)負(fù)責(zé)的部門(mén)，使門(mén)帶有柵格形式。這樣在訂貨階段就考慮報(bào)警鈴布置的設(shè)計(jì)和施工，確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，避免將來(lái)再選擇其他設(shè)計(jì)方案，給生產(chǎn)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工留下隱患。

預(yù)設(shè)計(jì)模式的實(shí)施對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，要求通過(guò)交叉培訓(xùn)提高各層次設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)，拓寬設(shè)計(jì)人員的各專業(yè)知識(shí)面，增強(qiáng)初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)的能力。同時(shí)，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的各專業(yè)和現(xiàn)場(chǎng)施工人員收集、整理重點(diǎn)設(shè)備和關(guān)鍵點(diǎn)的部分工作，并將數(shù)據(jù)信息反饋到生產(chǎn)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)中進(jìn)行審核分析，結(jié)合生產(chǎn)狀況做出相應(yīng)的處理，合理化設(shè)計(jì)方案，使設(shè)計(jì)工作和現(xiàn)場(chǎng)施工有一定的設(shè)計(jì)制造方向感。此時(shí)若有豐富經(jīng)驗(yàn)的QC或負(fù)責(zé)總體的人員介入并提出合理化建議，將更有效地促進(jìn)信息交流和設(shè)計(jì)工作的改進(jìn)。

3 結(jié)論

隨著造船形式的發(fā)展及造船模式的轉(zhuǎn)變，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力由產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度及效能來(lái)決定。預(yù)設(shè)計(jì)模式促進(jìn)各專業(yè)間的信息融合，將重要設(shè)備和關(guān)鍵點(diǎn)的設(shè)計(jì)工作前移，使得一些關(guān)鍵工作在前期予以考慮，預(yù)防性處理問(wèn)題，減少后期各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)工作，減少修改物量和工時(shí)浪費(fèi)，提高造船工作效率。預(yù)設(shè)計(jì)模式也對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，通過(guò)交叉培訓(xùn)學(xué)習(xí)，促使員工在船舶設(shè)計(jì)工作中拓寬專業(yè)知識(shí)面，提高船舶企業(yè)的設(shè)計(jì)水平和競(jìng)爭(zhēng)力。

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Pre-design Model to Promote Shipbuilding Design

SU Shibin, CHEN Li, ZHOU Xiaoying, HE Ziqiang, CHEN Weixiong

(Guangzhou Wenchong Shipyard Co., Ltd., Guangzhou 510725, China)

Based on the research of ship serial design patterns, pre-design model is proposed in order to improve the design process and to integrate relative design information of hull, machine and electricity. Some parts of the design go technically forward and some can preventively resolve key issues. Pre-design model in the mechanism may reduce the current number of significant modification with reducing material and working hours, which raises shipbuilding efficiency and enhances economic efficiency of the enterprises.

design model; serial design; pre-design; modification

U662

A

10.14141/j.31-1981.2017.03.006

蘇士斌（1979—），男，工程師，博士，研究方向：船舶設(shè)計(jì)及自動(dòng)化。