郭 濤 魏小星

（1.上海振華重工（集團）股份有限公司 上海200125；2中船重工中南裝備有限責(zé)任公司 宜昌443005）

引 言

船舶實際上是一座集高新技術(shù)和基礎(chǔ)工業(yè)的水上移動城市。大型船舶的設(shè)計和建造過程其實就是復(fù)雜生產(chǎn)過程的集合，現(xiàn)代造船工程其實質(zhì)是典型的基于高科技的系統(tǒng)性工程。造船體系和相關(guān)技術(shù)形成了相應(yīng)的造船“模式”，隨著市場競爭加劇、科技和工業(yè)的發(fā)展以及造船企業(yè)對生產(chǎn)效率和從業(yè)人員對作業(yè)環(huán)境的要求，造船模式的優(yōu)化與創(chuàng)新變革極為重要［1］。雖然我國已發(fā)展成為世界第一造船大國，但是與西方和日韓等造船強國相比，我國的船舶企業(yè)在設(shè)計、建造等各個方面，特別是在造船周期和過程管控上均存在一定差距。為縮小這種差距，引進先進技術(shù)是目前較為流行的方法，而這其中具有代表性的先進技術(shù)就是關(guān)于并行工程技術(shù)與分道建造技術(shù)在船舶設(shè)計制造過程中的探索與應(yīng)用。

1 并行工程理論

并行工程是相對傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)過程而言的，并行工程更加強調(diào)產(chǎn)品開發(fā)的同步性而非傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)中的“串行”式次序性，并行工程又稱為同時工程或者生命周期工程。并行工程的出現(xiàn)以及現(xiàn)階段對生產(chǎn)周期的要求，使以往以串行工程為主體的傳統(tǒng)企業(yè)組織體制和工作流程，以及從業(yè)人員的思維方式都產(chǎn)生極大改變。并行工程的實質(zhì)就是一種系統(tǒng)集成方法，它對產(chǎn)品設(shè)計及相關(guān)的工藝過程都采用并行的方式來處理，并且是用管理、生產(chǎn)和經(jīng)營等多種不同的方法來集成產(chǎn)品的設(shè)計、制造及其他相關(guān)過程。

并行工程的實現(xiàn)需要在設(shè)計階段開始就能夠完成設(shè)計人員的集合，形成多功能的一個協(xié)同工作基礎(chǔ)，通過有效管理和通信實現(xiàn)信息共享，有序地進行各項工作的交叉與并行，從而能盡早考慮到整個產(chǎn)品的各個因素，以確保設(shè)計與制造的一次成功，減少產(chǎn)品的建造周期。并行工程具有重視用戶要求、注重成員合作、高效通訊協(xié)同工作等特點。并行工程模型如圖1所示。

圖1 并行工程模型

2 分道建造技術(shù)理論

船體分道建造技術(shù)其實質(zhì)是將中間產(chǎn)品作為建造核心，并根據(jù)成組技術(shù)和相似性原理將其進行細(xì)化、分解，按照部件、系統(tǒng)、分段和總段的過程進行建造。分道建造技術(shù)的基本單元是中間產(chǎn)品，并且在實際建造過程中可將其視為生產(chǎn)單元；對各類中間產(chǎn)品按相同的工期要求進行設(shè)計，以便于實際生產(chǎn)中的平行作業(yè)。船體分道建造所要求的中間產(chǎn)品建造過程中空間相對較為獨立，且符合造船廠家在生產(chǎn)各階段、各方面的需求，并能在實際操作中對建造過程進行有效而合理地監(jiān)控。在分道建造過程中的各個階段均以有序的大合攏為目標(biāo)，同時要求組織各類分道作業(yè)過程均衡和協(xié)調(diào)進行，以實現(xiàn)造船過程的連續(xù)性。通過對各階段中間產(chǎn)品的相似性分析，使分道作業(yè)的內(nèi)容和過程最大限度相似，以便于各類中間產(chǎn)品建造的標(biāo)準(zhǔn)化與專業(yè)化，同時分道建造要實行上級分道與下級分道相互對應(yīng)的原則，以利于實現(xiàn)生產(chǎn)建造的信息化和標(biāo)準(zhǔn)化管理。

3 并行工程與分道建造技術(shù)在船舶工程中的應(yīng)用

3.1 并行工程下的船舶設(shè)計建造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

將產(chǎn)品開發(fā)的整個過程視作一個集成過程是并行工程的一大特點，也是并行工程與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的根本區(qū)別。在并行工程應(yīng)用于船舶建造中，可以利用全局視野的角度對船舶建造的整個過程甚至是船舶的整個生命周期進行與之相對應(yīng)的管理、控制和優(yōu)化，并對已有過程進一步完善和提高。圖2為并行工程下船舶設(shè)計建造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖2 并行工程下船舶設(shè)計建造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

并行工程現(xiàn)階段在船舶設(shè)計建造中應(yīng)用主要依賴于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫，通過網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)庫的資料對比，使各類專家對產(chǎn)品模型進行統(tǒng)一的設(shè)計、分析，確定船舶的設(shè)計可靠性和相應(yīng)的制造性能，各類專家可以利用網(wǎng)絡(luò)將不同的意見反饋匯總并利用數(shù)據(jù)庫進行相關(guān)分析，從而修改產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)，實時上傳產(chǎn)品模型使不同的使用者能夠同時在新修改的模型上進行相關(guān)操作，直至完成所有相關(guān)任務(wù)。這種方法不僅有利于提升整體工作效率、減少設(shè)計時間，而且由于充分考慮了船舶在設(shè)計、建造、使用等整個生命周期各階段可能出現(xiàn)的各種問題，從而進一步提升了船舶設(shè)計質(zhì)量。同樣，在船舶建造階段，并行工程的方法也能提升船舶建造效率，改善船舶建造質(zhì)量。

3.2 并行工程下船舶設(shè)計建造的關(guān)鍵技術(shù)

并行工程需要同時對產(chǎn)品及其下游過程進行相關(guān)設(shè)計，即要求在進行產(chǎn)品需求和功能設(shè)計的同時也要滿足產(chǎn)品后續(xù)的可靠性、可加工、可維護、可裝配以及表面外觀處理，甚至是產(chǎn)品升級、報廢等不同層面的設(shè)計需求。對于技術(shù)和勞動密集型的造船行業(yè)，要實現(xiàn)在船舶設(shè)計、建造中對并行工程的應(yīng)用，就需要造船企業(yè)具有與之相對應(yīng)的先進造船設(shè)備和技術(shù)。這其中管理技術(shù)，CAD/CAM/CAPP一體化，DFM/DFA等相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用是實現(xiàn)使用并行工程方法的基礎(chǔ)。下文將介紹實現(xiàn)并行工程的幾項重點技術(shù)。

3.2.1 質(zhì)量管理與控制

按并行工程的哲理，可靠性和可維護性分析必須成為在初期設(shè)計階段的設(shè)計考量和依據(jù)，建造過程中可能出現(xiàn)的問題必須在此前被識別并設(shè)置為“開”的狀態(tài)，即在設(shè)計初期就充分考慮產(chǎn)品后期生產(chǎn)制造中的問題，并通過整體性的考慮盡量避免這些問題。

3.2.2 CAD/CAM/CAPP一體化

并行工程并非傳統(tǒng)式的產(chǎn)品開發(fā)，它是建立在信息化基礎(chǔ)上的現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)化方法。它強調(diào)產(chǎn)品設(shè)計的整體性與系統(tǒng)性，即在設(shè)計產(chǎn)品的同時也需要設(shè)計產(chǎn)品生產(chǎn)建造工藝過程、工序以及質(zhì)量等的系統(tǒng)性要求。因此，并行工程的關(guān)鍵是集成一切資源，統(tǒng)籌和合理利用資源，從而促使相關(guān)活動盡早開啟并能夠合理有序地進行。CAD/CAM/CAPP一體化在并行工程產(chǎn)品開發(fā)中發(fā)揮著重要的作用，在面向經(jīng)營決策時，它能提供所需的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)周期和計劃等信息；在面向管理系統(tǒng)和質(zhì)量系統(tǒng)時，它能夠提供產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝過程、檢驗情況以及風(fēng)險隱患等不同方面的信息；在面向制造車間時，也能夠獲得產(chǎn)品生產(chǎn)單元、數(shù)控加工、裝配建造等過程的工藝及加工信息。

3.2.3 產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型

設(shè)計制造一體化實現(xiàn)需要大量且頻繁的數(shù)據(jù)信息傳遞和交換。目前在船舶設(shè)計建造中，雖然計算機CAD/CAM軟件和CNC設(shè)備的應(yīng)用已經(jīng)非常普通，但艦船產(chǎn)品數(shù)據(jù)仍然是以圖樣和文件為主，不利于數(shù)據(jù)的傳遞和實現(xiàn)，目前船舶設(shè)計制造缺乏統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。

3.2.4 面向制造及裝配的設(shè)計（DFM/DFA）

并行工程中面向制造的設(shè)計和面向裝配的設(shè)計是兩個非常重要的概念，這兩個設(shè)計概念主要是提出在產(chǎn)品設(shè)計時，除了要考慮產(chǎn)品的功能和性能等方面的要求，同時還需要考慮產(chǎn)品的可制造性、可裝配性、經(jīng)濟性等方面要求。這能夠有效優(yōu)化材料、技術(shù)、工藝、生產(chǎn)過程及成本等之間的相互關(guān)系。DFM/DFA在產(chǎn)品設(shè)計階段開始進行，其主要是在質(zhì)量、功能、生產(chǎn)和效益之間統(tǒng)籌協(xié)調(diào)以解決相關(guān)的總體性問題。

上述技術(shù)在使用并行工程方法的船舶設(shè)計建造過程中，是提高船舶整體質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、縮短建造周期的有效途徑，同時也是并行工程在船舶設(shè)計建造過程中需要重點解決的問題。

3.3 船體分道建造技術(shù)的應(yīng)用

利用產(chǎn)品導(dǎo)向型工程分解方式和以中間產(chǎn)品為基礎(chǔ)的船體分道建造就是將整船進行細(xì)化分解，形成不同的中間產(chǎn)品，按照成組技術(shù)、相似性原理進行分類并安排生產(chǎn)資源，從而實現(xiàn)均衡生產(chǎn)的目的。

3.3.1 分道作業(yè)流程

對一般性的船舶制造而言，分道作業(yè)流程可分為材料切割和加工分道、小組立分道、中組立分道、大組立分道和總組立分道等不同的過程，最終完成合攏，實現(xiàn)整船建造。圖3為應(yīng)用分道建造的生產(chǎn)流程。

圖3 應(yīng)用分道建造的生產(chǎn)流程

3.3.2 分道作業(yè)的支撐技術(shù)

船舶要實施分道建造還需要船廠在實施建造前，對原生產(chǎn)模式下的生產(chǎn)線進行調(diào)整，形成適應(yīng)分道建造的新生產(chǎn)線，同時還需要轉(zhuǎn)變管理思路，形成與之相應(yīng)的管理制度。完成前述準(zhǔn)備后，船舶需按照成組技術(shù)以及相似性原理，對中間產(chǎn)品進行分類、確定工藝流程，以保證生產(chǎn)的并行進程和均衡性。因此，分道建造技術(shù)除了需要相應(yīng)的軟件外，還需要生產(chǎn)等方面的硬件和與之相適應(yīng)的生產(chǎn)技術(shù)的支撐。分道作業(yè)主要包含如下技術(shù)：

（1）合理的分段劃分

船體分段劃分的合理性是否能順利實施船體分道建造的關(guān)鍵技術(shù)也是基本要求之一。分段劃分是在船體生產(chǎn)設(shè)計過程中完成的，它不僅需要考慮分道建造的原則與分段劃分的相似性，同時還需要考慮船廠生產(chǎn)設(shè)施、生產(chǎn)能力等實際情況，最終形成科學(xué)、合理并能夠符合船廠實際生產(chǎn)情況的分段。

（2）推行船體精度控制技術(shù)。

基于船體建造標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合精度計算、管理方式和建造工藝等方面因素，分析船體建造過程的尺寸精度以確定生產(chǎn)補償量和控制精度，使現(xiàn)場生產(chǎn)的修正量最小化，提升現(xiàn)場工作質(zhì)量和工作效率。

（3）合理配置分道工位

依據(jù)各種不同中間產(chǎn)品的工藝過程，并設(shè)定相應(yīng)的分道區(qū)域及分道作業(yè)位，使建造過程能夠按照相應(yīng)的流程逐級制造。在分道建造過程中，各分道的設(shè)備設(shè)施和作業(yè)操作人員必須合理配置以保證作業(yè)的連續(xù)和均衡，同時也有利于高效生產(chǎn)和合理利用資源。

（4）實行定置管理和區(qū)域管理

由于船舶分道建造過程需要連續(xù)和均衡作業(yè)，所以材料、零件等都需要有向流動形成相應(yīng)的工序過程，故在船舶分道建造時需要實行定置管理和區(qū)域管理。

（5）分段制造與舾裝、涂裝作業(yè)同步

船舶分道建造的關(guān)鍵是中間產(chǎn)品的逐級制造，中間產(chǎn)品建造過程中船體分段和舾裝作業(yè)過程應(yīng)同步作業(yè)，并且依據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的實際情況將涂裝作業(yè)即時安排在中間產(chǎn)品建造的各個階段完成。

（6）設(shè)備機械化與自動化

制造裝配的機械化和自動化是船舶分道建造的硬件保證，優(yōu)良的制造裝配能夠有效地提升船廠建造的工藝水平和建造質(zhì)量，提高制造設(shè)備的現(xiàn)代化水平。這也是目前船廠升級的目標(biāo)之一。

船舶分道建造技術(shù)將相關(guān)資源成組布置，能夠使這些資源在建造中具有足夠的柔性，從而適應(yīng)不同類型船舶的相同和相似中間產(chǎn)品的建造，提升船舶制造效率，同時使經(jīng)濟效益最大化。目前我國重要的大型船廠已基本實現(xiàn)船舶的分道建造。

4 展 望

目前國內(nèi)造船企業(yè)大部分都已開始應(yīng)用并行工程和船舶分道建造技術(shù)，但仍處于初步階段，并未貫穿于整個造船周期。并行工程和船舶分道建造技術(shù)的使用深化還需造船企業(yè)推動改進以下幾方面：

（1）加強船廠的信息化進程

雖然目前大多數(shù)船廠已經(jīng)開始進行信息化改革，但基本仍只停留在局部或單一系統(tǒng)，不同過程間的信息共享程度依然較低，未形成整體性信息化處理和數(shù)據(jù)庫的建立。并行工程和船舶分道建造技術(shù)的應(yīng)用需要共享程度較高的信息化，不僅包含設(shè)計、建造、工藝等基礎(chǔ)性設(shè)計建造要求，還需要將船舶設(shè)計建造全周期中所遇到的問題、處理方式、特殊使用等方面進行分類記錄形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。

（2）需要對現(xiàn)有的管理模式進行改變

目前船廠基本以設(shè)計團隊、建造團隊、工藝團隊、質(zhì)檢團隊等專業(yè)化團隊為單位進行船舶設(shè)計建造，團隊間的融合度較低?；诓⑿泄こ毯痛胺值澜ㄔ旒夹g(shù)特點要求將船舶的設(shè)計建造按相似性進行區(qū)段劃分，相應(yīng)的實際建造團隊也應(yīng)按此劃分，每個團隊中設(shè)計、制造、工藝、質(zhì)檢等專業(yè)化人員都應(yīng)具備以增強融合度。

（3）增加復(fù)合型人才比例

目前國內(nèi)船廠中，專業(yè)人才較多，但復(fù)合型人才相對較少。并行工程和船舶分道建造技術(shù)的應(yīng)用中需要數(shù)量較多的復(fù)合型人才，以便于在船舶設(shè)計建造的全過程中進行統(tǒng)籌管理，提升整體工作效率。

上述幾點建議將有助于深化并行工程和船舶分道建造技術(shù)在船舶設(shè)計建造過程中的應(yīng)用，實現(xiàn)真正意義上的并行，從而提高造船企業(yè)效率。

5 結(jié) 語

船舶工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，而造船質(zhì)量、周期以及成本幾乎決定了船舶工業(yè)的發(fā)展水平，優(yōu)良技術(shù)的使用將有利于促進船舶工業(yè)的發(fā)展。并行工程與分道建造技術(shù)在船舶設(shè)計建造過程中的應(yīng)用能大幅縮短造船周期，使資源利用更充分和有效，從而獲得更大的經(jīng)濟效益。目前，分道建造技術(shù)在我國的應(yīng)用已經(jīng)日趨成熟，但是并行工程的實施依然受到很多因素制約，仍有很大提升空間，需進一步研究與實踐。并行工程與分道建造技術(shù)合理的組合與使用，是現(xiàn)代造船模式發(fā)展的需要。它將使我國的造船工業(yè)得到進一步發(fā)展，并向著世界造船強國的目標(biāo)邁進。