任 靜， 胡曉軒， 楊山林， 張怡敏， 張 亮

(1.上海船舶工藝研究所，上海 200032； 2.上海申博信息系統(tǒng)工程有限公司，上海 200032)

0 引 言

船舶裝備在研制過程中需要先進技術、較長周期、高額投資，同時承擔較高風險。制造技術成熟度不高會導致船舶裝備的研制費用過高、研制時間拖延、故障頻發(fā)等問題。例如，由于缺少制造技術成熟度評估，美國福特號航空母艦電磁彈射故障率比蒸汽彈射高10倍。2016年6月的一份報告顯示，福特號的電磁彈射平均400次出現(xiàn)1次嚴重故障，而標準是4 166次彈射才能出現(xiàn)1次嚴重故障[1]。

目前，我國船舶工業(yè)發(fā)展快速，從近十年中國船舶制造業(yè)占世界造船市場份額的變化可看出：中國已成為造船大國[2]。船舶產(chǎn)品質量提高、生產(chǎn)成本降低、開發(fā)時間縮短是船舶裝備研制成功的重要因素及目標[3]。過去，制造技術成熟度評估依靠人工計算，效率低、可靠性低。而船舶制造技術成熟度評估系統(tǒng)可對評估要素及指標進行動態(tài)評估及設計，評估對象廣泛，包括船舶制造的材料、工藝、設計技術、資源能力等。在研發(fā)制造的同時，應用船舶制造技術成熟度評估系統(tǒng)，可使研發(fā)人員從一開始就可考慮產(chǎn)品壽命期內(nèi)的所有環(huán)節(jié)，即從項目規(guī)劃到產(chǎn)品交付的相關工藝和質量的技術成熟度等[4-5]。

1 船舶制造技術成熟度評估系統(tǒng)

制造技術成熟度概念于20世紀60年代由美國軍方提出，其主要特點是以更好、更快、更廉的方式，在武器裝備建造過程中應用優(yōu)秀的建造技術及建造資源，平衡建造周期、成本、質量和性能等因素，達到規(guī)避風險的目的[6]。美國、英國、歐盟以技術成熟度等級(Technology Readiness Levels，TRL)研究為主；加拿大以技術成熟度體系(Technology Maturity Level System，TML System)研究為主[7]；中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院(CCID)于2018年5月17日發(fā)布《智能制造分級評價認證體系》，中國的國家標準《智能制造能力成熟度模型》(GB/T 39116-2020)于2020年10月11日發(fā)布、2021年5月1日實施。基于船舶研發(fā)制造的生產(chǎn)過程及國內(nèi)外制造技術成熟度的評估方法及要素可知：制造技術成熟度評估工作貫穿產(chǎn)品整個生命周期。

船舶制造技術成熟度評估系統(tǒng)可分為一級指標、二級指標、三級指標等，指標可自行拓展。一級指標覆蓋總體、船體結構、推進系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、船體屬具與艙室設施、生產(chǎn)資源、生產(chǎn)設計資源、建造方法與工藝能力、生產(chǎn)管理資源、配套能力等評估要素，主要包括總體設計、建造工藝、船廠建造資源能力、船舶研制定型后等技術成熟度評估。二級指標主要針對總體船體、輪機、電氣、舾裝、武備、涂裝、生產(chǎn)設計資源、建造方法與工藝能力進行成熟度評估。三級指標是對二級指標的進一步精細劃分，涉及材料、工藝、技術、結構等方面的技術成熟度評估。

2 船舶制造技術成熟度評估指標

2.1 總體設計

總體設計技術成熟度評估在研究中涉及舾裝、武備、涂裝等3個二級指標，評估分數(shù)A、B、C、D分別為100分、75分、50分、25分，如表1所示。

表1 總體設計評估指標

2.2 建造工藝

建造工藝技術成熟度評估在研究中包括總體船體、輪機、電氣等3個二級指標，評估分數(shù)A、B、C、D、E分別為100分、80分、60分、40分、20分，如表2所示。

表2 建造工藝評估指標

2.3 船廠建造資源能力

船廠建造資源能力技術成熟度評估在研究中包括生產(chǎn)設計資源、建造方法與工藝能力、配套能力等3個二級指標，評估分數(shù)A、B、C、D、E分別為100分、80分、60分、40分、20分，如表3所示。

表3 船廠建造資源能力評估指標

2.4 船舶研制定型后

船舶研制定型后技術成熟度評估在研究中包括生產(chǎn)資源和生產(chǎn)管理資源2個二級指標，評估分數(shù)A、B、C、D、E分別為100分、80分、60分、40分、20分，如表4所示。

表4 船舶研制定型后評估指標

2.5 可拓展指標

可拓展指標技術成熟度評估可根據(jù)需求自定義評估要素。

3 船舶制造技術成熟度評估權重及等級劃分

3.1 權重劃分

(1)

式中：Wm為需要被評估的第k個技術成熟度維度權重。

根據(jù)專家權威性原則、熟悉性原則、決策一致性原則[7]確定專家權重，定義dij為專家決策wi與專家決策wj的差距。dij由式(2)得出，即

(2)

由式(2)可知：dij越小，wi與wj越接近。

(3)

由式(3)可知：每位評估專家Ei的決策權重γi越小，與其他專家的決策差異度越大。

通過式(1)～式(3)可得出船舶制造技術成熟度權重因數(shù)，如表5所示。

表5 船舶制造技術成熟度評估權重因數(shù)

3.2 等級劃分

基于每個三級指標的權重因數(shù)，依據(jù)每位專家對技術成熟度指標的評估分數(shù)確定最終的等級分數(shù)，即等級分數(shù)=評估分數(shù)×權重因數(shù)。根據(jù)分數(shù)將等級劃分為9級(TL1～TL9)，其中：小于TL7表示船舶制造技術成熟度尚未達到成熟階段，如表6所示。例如，選取船舶制造技術成熟度評估要素中的總體設計，針對三級指標居住艙室相似性/標準化/模塊化設計/便于批量建造，假定專家評估分數(shù)為A，則等級分數(shù)為50分，依次計算，選定對應的技術成熟度等級。

表6 船舶制造技術成熟度等級

4 船舶制造技術成熟度評估系統(tǒng)功能設計

船舶制造技術成熟度評估系統(tǒng)可在企業(yè)局域網(wǎng)上部署使用，采用瀏覽器-服務器結構(Browser-Server，B/S結構)模式開發(fā)，并可部署在本地單獨使用。通過基礎信息管理、評價分析、評估系統(tǒng)管理、評估要素管理等功能模塊，實現(xiàn)在產(chǎn)品設計過程中加入技術成熟度評估環(huán)節(jié)。系統(tǒng)功能架構如圖1所示。系統(tǒng)功能詳解如表7所示。

表7 船舶制造技術成熟度評估系統(tǒng)功能詳解

圖1 船舶制造技術成熟度評估系統(tǒng)功能架構

對某艘在建船的數(shù)據(jù)進行評估打分，在船舶制造技術成熟度評估系統(tǒng)中進行實際應用?？傮w設計、建造工藝、船廠建造資源能力、船舶研制定型后的技術成熟度評估等級分別為TL3、TL5、TL8和TL4，等級描述如圖2所示。

圖2 等級描述

以總體設計技術成熟度評估為例，其下設總體船體、輪機、電氣、舾裝、武備、涂裝等6個二級指標，且等級為TL3，如圖3所示。界面左側展示總體設計評估的要素指標及等級選項，淺色標記為等級較弱指標項。界面右側顯示等級描述和評價雷達圖，評價雷達圖展示各二級指標細項分數(shù)。

圖3 總體設計技術成熟度評估界面

5 結 語

根據(jù)國內(nèi)外技術成熟度的評估辦法，建立船舶制造技術成熟度評估系統(tǒng)，選取評估方向為總體設計、建造工藝、船廠建造資源能力、船舶研制定型后等，研究11個二級評估指標和16個三級評估指標。根據(jù)專家確定的權重因數(shù)和評估分數(shù)，計算等級分數(shù)，選定評估等級。應用該系統(tǒng)對某艘在建船的數(shù)據(jù)進行評估打分，實現(xiàn)評估的靈活性、準確性和可靠性。船舶制造技術成熟度評估正處于起步階段，后續(xù)將根據(jù)船舶可制造性的發(fā)展，針對技術成熟度評估要素和方法進行不斷的完善和修正。