（船舶与海洋工程专业论文）先进船舶设计管理及设计模式研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 船舶设计实际上是船舶建造的预演。船舶设计要解决两个问题：一是造什么样的船 舶；二是怎样造船。而产品成本的大部分在设计阶段就已经决定了，因此，船舶的设计 直接决定着船舶的建造周期、建造质量、建造成本。随着计算机技术和信息化技术的发 展，特别是现代化造船模式的发展，船舶设计模式也发生了深刻的变化。这给船舶设计 和管理人员提出了一个新课题。 本文以某船企承担的科研基金项目“敏捷造船关键共性技术研究”的子课题一“优 化生产设计流程与组织指导书的研究”为背景，借鉴日本、韩国等造船先进企业的船舶 设计模式和经验，并结合某船企的实际对现代造船模式下的船舶设计管理及设计模式进 行了研究，其主要研究内容如下： 优化设计流程：重点研究了三大设计阶段的划分和设计内容的相互衔接， 从设计、生产、管理一体化的角度考虑设计流程中各个阶段的内容和功能 的实现。 生产设计出图模式：图纸中包含了生产和管理的一些信息，比如船体组立 图中包括板材) b 口- r 信息、生产流向信息、坡口加工信息等等；管路制作图 中包括管路加工制作信息、内外表面涂装处理、所属分段等信息，便于生 产的准备和组织。 舾装设计及舾装件管理托盘化：结合船舶设计软件，建立舾装件编码体系 和舾装件标准数据库，优化铁舾装件的安装阶段，提高预舾装率；同时， 扩大单元的设计范围和增加单元的数量。 设计信息共享和输出：通过一些管理软件的开发，实现设计信息在设计部 门、物资采购部门、生产管理和组织部门以及经营部门之间共享。 未来船舶设计和建造模式的展望。 关键词：船舶设计流程；中间产品；出图模式；单元化设计；信息共享 ) ) ) ) ) 1 2 3 4 5 ( ( ( ( ( 先进船舶设计管理及设计模式研究 r e s e a r c ho na d v a n c e ds h i p d e s i g nm a n a g e m e n t a n ds h i p d e s i g nm o d e a b s tr a c t h 1f a c ts h i pd e s i g ni st h es h i p b u i l d i n g s h i pd e s i g ni st os o l v et w op r o b l e m s ：o n ei sw h a t k i n do fs h i pw i l lb eb u i l t ，t h eo t h e ri sh o wt ob u i l dt h es h i p n o r m a l l y ，t h em o s ts h i p b u i l d i n g c o s ti sd e t e r m i n e db ys h i pd e s i g n s os h i pd e s i g nc o u l dd e t e r m i n et h es h i p b u i l d i n gp e r i o d 、 q u a l i t ya n dc o s t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ， e s p e c i a l l yt h ed e v e l o p m e n to fs h i p b u i l d i n gm o d e ，t h es h i pd e s i g nm o d eh a sb e e nc h a n g e d t h i sd o c u m e n tb a s e do nt h er e s e a r c hp r o j e c to f r e s e a r c ho fo p t i m i z ep r o d u c td e s i g n p r o c e s sa n di n s t r u c t i o n ”a n dr e f e r e n c e dt ot h ee x p e r i e n c eo f j a p a n e s ea n dk o r e a ns h i p y a r d t h i sd o c u m e n tf o c u s e do nt h er e s e a r c ho fs h i pd e s i g nm o d eu n d e rm o d e m s h i p b u i l d i n gm o d e f o rag i v e ns h i p y a r d t h em a i nr e s e a r c hw o r ka sg i v e nf o l l o w s ： ( 1 ) o p t i m i z a t i o no fs h i pd e s i g np r o c e s s t h i sr e s e a r c hf o c u s e do nt h ed i v i s i o no ft h r e e d e s i g ns t a g e sa n dt h ec o n n e c t i o no ft h e s et h r e es t a g e s f r o mt h ei n c o r p o r a t i o ns i d et os t u d y t h ew o r ko ft h e s et h r e es t a g e s ( 2 ) d r a w i n gm o d eo fp r o d u c td e s i g n t h ep r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nt ob e i n c l u d e di nt h ep r o d u c td r a w i n g s ，s u c ha st h ec u n n i n ga n dg r o o v ei n f o r m a t i o no fs t e e lp l a t e t h ei n f o r m a t i o no fp i p i n gm a n u f a c t u r e 、p a i n t i n go fi n t e r n a la n do u t s i d es u r f a c et ob e i n c l u d e di nt h ep i p i n gm a n u f a c t u r ed r a w i n g s t h i si n f o r m a t i o ni sb e n e f i tf o rt h ep r o d u c t i o n o r g a n i z a t i o n ( 3 ) o u t f i t t i n gd e s i g na n dw 伊m a n a g e m e n t e s t a b l i s h i n gt h eo u t f i t t i n gc o d es y s t e ma n d s t a n d a r do u t f i t t i n gd a t a b a s ew i t ht h eu s eo fs o - - a r e o p t i m i z i n gt h eo u t f i t t i n gi n s t a l l a t i o n s t a g ea n di m p r o v et h eo u t f i t t i n gp r e - i n s t a l lp e r c e n t a g e ( 4 ) d e s i g ni n f o r m a t i o n c o m m u n i o nb e t w e e nd i f f e r e n t d e p a r t m e n t s t h ed e s i g n i n f o r m a t i o n t ob es h a r e db yd i f f e r e n td e p a r t m e n t sb yd e v e l o p i n gr e l a t e ds o f t w a r ei no r d e rt o i m p r o v et h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tl e v e lo f t h es h i p y a r d ； ( 5 ) l o o k i n gf o r w a r dt ot h ef u t u r es h i p b u i l d i n ga n ds h i pd e s i g nm o d e k e yw o r d s ：s h i pd e s i g np r o c e s s ；m i d f i n i s h e dp r o d u c t ；p r o d u c td e s i g nd r a w i n gm o d e ； u n i td e s i g n ；i n f o r m a t i o nc o m m u n i o n 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目j先进监趱遮i 土篁堡丞遮让搓盛盈究 作者签名：丝蹙眨幽日期：垄髫年2 月二王日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文王作的知识产权属予大连理工大学，允许论文被查阅和借阗。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题 作者签名： 导师签名： 大连理：c 夫学专业学位硕士学位论文 引言 今天，造船是全球最具有挑战性的企业技术之一。就中国而言，造船业的鼎盛时代 已经来临，我们不仅要成为世界第一造船大国，而且还要成为世界造船强国。 匿前，中国造船业船舶品种不断增加，几乎含盖了世界航运界的所有船型，包括传 统的散货船、原油船成品油轮、化学品船、集装箱船，也包括高科技、高附加值的船型， 比如l p g ( 液化石漓气船) 、l n g ( 液化天然气船) 、超大型集装箱船、豪华旅游船、 p c c ( 汽车运输船) 等等。从造船吨位上看，造船吨位和造船设施己趋向大型化，散货 船由7 5 ，0 0 0 d 研的巴拿马型发展到18 0 ，0 0 0 d w t 的好望角型乃至3 8 8 ，0 0 0 d w t 的大型 矿砂船，油船由1 1 0 ，0 0 0 d w t 的阿美拉船型发展到3 2 0 ，0 0 0 d w t 级的马六甲最大型，已 经能够建造目前国际主流的5 6 0 0 标箱和6 6 0 0 标箱的集装箱船。其中，由中国囱主研发 并建造的世界上最大的1 0 0 0 0 标箱集装箱船“中远大洋洲”号由中远南通川崎制造并 于2 0 0 8 年4 月交付使用，由某船企自主研发的世界上最大的3 8 8 ，0 0 0 d w t 大型矿砂船 ( v 毛0 e ) 已经获取船糖建造订单。 从造船总量看，以2 0 0 7 年为例，根据国际造船和海运市场咨询调研权威机构 英国克拉克松公司最新以修芷总吨为标准所发表的市场调查统计，2 0 0 7 年全球造船四强 按三大造船指标排出的座次分别为：造船完工量韩国第一，日本第二，中国第兰，欧洲 第四；而承接新船订单和手持船舶订单韩国第一，中国第二，日本第置，欧洲第四。而 以载重吨为标准统计，孛墨在承接新船订单上超越7 韩萤，链屠第一踟。 中国造船业的迅速崛起和这一些成绩的取得是中国几代造船人励精图治、创新超 越、奋发圈强的结果。 但是我们也应该看到前方的航程并非一帆风顺，中国造船业仍然面临着匪大的挑 战。总体来说，我国的整体造船水平大致相当于日本、韩国上个世纪朱的水平，有将近 l o 年的差距。主要表现在： 一个体造船企业的造船产量不够高： 近凡年来，中国的造船企业要么在不断的扩大翘模，老羹大基础设施的投入帮建设， 要么新建造船企业。从某种意义上说，我国的造船总量是靠众多的造船企业堆出来的。 如果我们以中国和韩国的所有造船企业的年平均造船完工量( 即国家的年造船总量国家 的造船企业数量) 来量化考核的话，相信我圈的这个年造船量指数与韩国的相比会有 2 0 。5 0 倍的差距。 下表是在我国排名前五名的船厂与韩国摊名前五名的船厂在2 0 0 7 年度的造船完工 总量和2 0 0 7 年底簪持船舶订单总量的对比； 先进船熊设计管理及设计模式臻究 表1 12 0 0 7 年度造船完工总量黠眈裹 t a b 1 1t a b l ef o rs h i pb u i l tb yk o r e aa n dc h i n e s es h i p y a r di n2 0 0 7 袭1 22 0 0 7 年底手持船舶订单总量对比表 t a b ，1 2t a b l ef o rc o n t r a c t i n gs h i po fk o r e aa n dc h i n e s es h i p y a r da tt h ee n do f2 0 0 7 2 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 由表1 1 我们可以看出，2 0 0 7 年度韩国排名前五位的船企平均造船完工量为 4 4 7 4 3 9 9 t ，我国排名兹五位的船企平均造船完工量力1 9 6 4 3 7 1t ，是我们的2 。2 8 倍。 由表1 2 我们可以看出，2 0 0 7 年底韩国排名前五位的船企平均手持船舶订单量为 2 3 6 2 1 5 4 1 t ，我国排名前五位的船企手持船舶订单量为1 0 9 9 0 2 1 0 t ，是我们的2 1 5 倍。 因此，从造船总量上看，未来3 。5 年内我国要超过韩国，还有一段路要走。 二国内船厂的开发设计能力不足，技术差距较大，高技术高附加值产品相对较少： 我国在高科技、高附加值船型的开发帮设计方瑟，专业人员短缺，储备摆对不足， 还无法打开市场，把蛋糕做大。这一点从高科技、高附加值船的年产量就可以看出，日 韩共占7 0 的份额，嚣我隧仅为王5 左右。比如l n g 船，我国臣前只有沪东( 中华) 造船集团在借鉴日本船企的成功经验基础上设计和建造的。 三囡产设备配套能力和物资集配能力不足已经成为严重制约中图造船业发展的瓶 颈： 配套设备国产化在业内的呼声直很高，但雷声大，雨点小，国内配套能力仍然很 低，据不完全统计，誉前仅隽4 0 左右。焉德霪、挪威等国的船用设备生产除了满足本 囡需要还可以大量出口。造船业是微利行业，主要作为龙头企业起到拉动内需的作用， 盘活星内枧电产品的生产厂家，共同发展。但我们在这方面却收效甚微。 国内的物资集配能力同日本和韩国相比差距很大。本人曾于2 0 0 6 年1 2 月访问了韩 囡的大宇船厂和盛东( s u n gd o n g ) 船厂，感触颇深，以船用钢板为例，他们这两家 船厂可以做到零库存，钢板猁厂焉，盏接进钢板预处理流水线后进入联合工厂的切割枧。 我们国内的船厂根本就不可能也不敢做到零库存，主要原因是：在日本和韩国，只要船 厂按与钢厂约定麴天数提前通知钢厂，钢厂就会按船厂酶要求准时将钢板送到船厂来， 即“按需供货”。国内现在远远达不到这个水平，好多情况下是这一个切割批次的钢板 没来，丽下个切割批次的钢板却提前至l j 了，或者钢板到船厂时间滞詹，严重影响生产。 四国内船厂的“内功修炼还有待迸一步提高： 这里所指的“内功”就是船厂的管理水平。没有较高的管理水平和一支素质较高的 管理队伍，要想在世界造船界内占有一席之她是不可能的。因此，船企必须苦练内功， 才能御强敌于千里之外。 但是，我们在这方面跟麓韩的差距十分盟显。尽管我们建造的船舶质量已经有了很 大的提高，但在设计、生产效率、产业结构、综合管理水平、建造周期及服务等方面都 不尽人意。我们的基本设计和生产设计之间协调性差；计划不切实际，总是没有变化快； 生产过程中浪费现象严重；分包商队伍入员不稳定，熟练技工檑对缺乏；项蓦管理水平 先进船舶设计管理及设计模式研究 低，生产协调性差，效率低，建造周期长；缺乏服务意识，服务水平低，特别是售后服 务跟不上船东的要求，等等1 2j 。以上种种因素所导致的后果有以下几方面： 1 、造船周期的差距 造船周期长短是反映造船企业的生产能力、科技开发、设备设施以及管理水平的综 合指标。造船周期过长，势必导致工时增多，工时费用上升；贷款周期长，资金周转缓 慢，银行利息增加；船台、船坞、码头、吊运费等专用设施费用上涨；能源、动力消耗 增大。造船企业若能缩短船台周期一个月，人工、动能和制造等生产管理和专项费用就 初步估计可降低6 0 0 8 0 0 万元以上( 以某船企为例) 。日本、韩国造船企业设备比较先 进，近几年通过加强生产管理和生产技术的进步和改善，不断缩短造船周期。日本建造 一艘十五万吨级原油轮的周期从开工到交船只需7 9 个月左右。而我国某些造船企业从 开工到交船则要1 6 1 8 个月左右。韩国大宇重工的巨济船厂在过去五年里造船坞内周期 压缩5 0 ，其一号巨型造船坞达至0 每2 个月开一次坞门，每次出坞3 艘船。2 0 0 0 年仅 该船坞就建成l8 艘船，1 6 5 万d w t ( 包括v l c c 油船2 艘，1 5 万d w t 级s u e z m a x 原油轮3 艘，1 0 万d w t 级原油轮2 艘，4 7 万d w t 级集装箱船7 艘) 。而我国某些 造船企业3 0 万d w t 级船坞，进坞周期平均为6 个月，每次出坞2 3 艘船，年产量为 4 6 艘船，平均5 0 万d w t 左右，可见差距之大。 2 、工时费用的差距 虽然目前我国造船企业的工时单价较低，但造船工时消耗总量却远远高于日、韩， 而且工时单价自2 0 0 7 年年底以来呈现快速上升趋势。以s u e z m a x 原油船建造工时来 衡量，日本造船企业只需1 6 1 8 万工时，加上3 0 的外协工时，实际为2 0 - - , 2 2 万工时左 右；韩国造船企业为2 1 万工时左右，而同比我国某些造船企业所需工时为日、韩的5 6 倍以上。因此，我国造船企业工时单价和工资费用低的优势并没有充分发挥出来。 我国造船业要想超过日本和韩国，真正做大做强，就必须“转换造船模式 ，实现 中国造船从传统模式向现代造船模式转变，中国造船企业从2 0 世纪8 0 年代开始就进行 方面的探索，在技术层面开展以深化船舶生产设计、在生产层面以优化生产管理体制为 突破口的“转模”工作。 原船舶总公司对现代造船模式的内涵和主要特征的表述为：以统筹优化理论为指 导，应用成组技术原理，以中间产品为导向，按区域组织生产，壳、舾、涂作业空间分 道，时间上有序，实现设计、生产、管理一体化，均衡、连续地总装造船。这也是对现 代造船模式的一个很好的诠释。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 要实现造船模式的转变，实现“设计、生产、管理体化，均衡、连续地总装造船”， 首先必须实现船舷设计模式豹转变。船舶设计实际上是船熬建造的预演。船靛设计要解 决两个问题：一是造什么样的船舶；二是怎样造船，即造船工艺。没有与现代化的造船 模式和船厂的工艺设施相适应的船舶设计模式，实现造船模式的转变从根本上讲是不可 戆昀。 先进船舶设计管理及设计模式研究 1绪论 1 1 论文选题的背景及意义 如今，国内各造船企业正在致力于造船模式的转换，把按区域组织生产、壳舾涂分 道有序及设计、生产、管理一体化作为转换造船模式的主要内容之一。 “十五”期间，中船重工集团公司在国家有关部委的领导下，开展了“现代造船模 式的应用研究”工作，进行了“以中间产品为导向的造船管理体制的应用研究”、“以 中间产品为导向总装造船作业流程优化方案的应用研究”、“舾装件的设计与管理托盘 化的应用研究”、“以中间产品为导向，以信息技术为手段，规范生产设计内容和设计 信息共享技术的应用研究”等七个课题的研究。到目前，该七个课题的应用研究已取得 了阶段性成果。通过这些课题的应用研究，加深了各造船企业对现代造船模式的认识， 也有力的推进了现代造船模式的建立，对缩短造船周期、扩大造船总量、提高生产效率 和经济效益产生了积极的作用。 “十一五”期间，中船重工集团公司仍将在取得的阶段性成果基础上，继续结合船 舶设计技术、船舶建造技术、信息化技术的发展，加强和深化“现代造船模式的应用研 究”，持续改进。 在上述的七个课题中，某企业承担了“以中间产品为导向，以信息技术为手段，规 范生产设计内容和设计信息共享技术的应用研究 课题的应用研究工作。同时，该企业 的大坞完工后投产，并将按照韩国造船企业( 主要借鉴大宇船厂) 的设计、生产、管理 模式。 本文以某企业承担的“以中间产品为导向，以信息技术为手段，规范生产设计内容 和设计信息共享技术的应用研究”课题的应用研究成果为基础，并结合了在船舶设计工 程领域中的具体实践，旨在达到转换船舶设计模式、优化设计流程、提高设计效率和质 量从而缩短造船周期、降低建造成本、提高企业竞争力的目的。 本人作为课题组的成员之一，曾于2 0 0 6 年1 1 月和1 2 月份带队到韩国的一些船舶 技术工程公司进行v l c c 的联合生产设计工作，并在此期间参观了韩国的大宇船厂、盛 东( s u n g d o n g ) 船厂以及专业制造船舶上层建筑的东方精工有限责任公司，对韩国 造船企业的设计、生产、管理模式，特别是设计模式有了深入的了解。自2 0 0 3 年以来， 本人一直从事船舶设计管理工作，并参与了该企业建造的多条船舶产品和v l c c 油船的 设计管理工作。本人作为一名设计管理人员，参与了本文第2 部分一船舶设计流程优 化的工作，并完成了第3 部分一生产设计出图模式优化中“编码体系”的制订、 大连理工大学专业学位硕士学位论文 编写工作以及“分段成品化技术状态完整性”研究工作并制订了相应的输出文件标准， 组织了第4 部分一舾装设计及舾装件管理托盘化中的舾装数据库的建立、托盘的标 准化制订等工作，并能根据实际情况，对第5 部分一设计信息共享与输出中提及的 几个系统提出一些改进意见，使其具有更好的操作性和实用性。 1 2 国内、外研究现状 造船是一个系统工程。采用什么样的设计和出图模式取决于各个造船企业的生产组 织形式和生产组织体制，并与其所采用的设计软件、工艺设施、工艺流程等具体情况有 着密切的联系。 目前，国内、外造船的生产组织体制和生产组织形式因不同国家或企业规模不同有 一定的差别，但造船的主流无论从技术或管理的角度上讲，其基本的生产流程是一致的， 只是管理的范围和幅度有所差别。表现在设计方法上，主要体现在建立以中间产品为导 向的设计体系和以中间产品任务包为形式的设计理念。 早在上个世纪8 0 年代末，日本、韩国的造船厂就进行了分段成品化研究，并将其 作为中间产品的主要形式。围绕分段成品化，其船厂建立起了相应的设计体系。这就是： 将船体、舾装、管舾及涂装工作以分段为载体，形成一个分段成品化的任务包，这个任 务包从某种程度上打破了各专业之间的条条框框，做到了“设计一体化”。 国内的船厂在上个世纪9 0 年代中后期开始借鉴日韩两国船厂的造船模式，并在原 中国船舶工业总公司的领导下进行“转模”工作。当时上海外高桥船厂作为中国最新的 船舶总装厂，走在了前面。随后大连船舶重工( 原大连造船新厂) 也以分段成品化为中 心进行了生产主流程改造和生产设计体系改进工作。渤船重工从2 0 0 6 年6 月份起，通 过引进韩国杰奥公司的c i m s 系统和与其合作共同开展v l c c 的生产设计工作，进行了 生产主流程改造和生产设计体系改进工作，并取得了阶段性成果。并在v l c c 生产设计 的基础上，结合企业的具体情况和工艺设旌，在其他相关船型的生产设计上做了改进。 可以说，经过两年的努力，渤船重工已经建立了以分段成品化和总装造船为中心的设计 体系。 1 3 本论文的主要工作 本论文的主要工作包括七个部分： 第一部分介绍了世界造船业的大体形势，我国造船企业的现状及日韩等国先进造船 企业的差距；论文选题的背景及意义；国内外研究现状分析并在此基础上提出了本文应 做的工作。 先进船舶设计管理及设计模式研究 第二部分介绍了设计流程的优化。设计流程的优化研究重点为三大设计阶段的划分 和设计内容的相互衔接，从一体化的角度考虑设计流程中各个设计阶段的内容和功能的 实现，以提高设计效率和质量，同时尽快通过专业化向标准化设计发展。 第三部分介绍了在“设计、生产、管理一体化”的理念下的生产设计的出图模式， 设计图纸不仅要为生产提供信息，还要为管理提供信息，因此必须采取设计与工程管理 相结合的设计出图方式，同时在统一的三维数字化设计软件平台和信息技术备件下，实 现设计阶段之间、设计专业之间专业的信息集成和共享，实现分段成品化和壳、舾、涂 一体化，实现一体化的造船思想。 第四部分介绍了舾装设计及舾装件管理托盘化。在船舶建造中，舾装不但工程量大， 而且具有工种多、工序多、品种多、工程庞大复杂、协作面广、技术综合性强、施工条 件差、舶装周期长等一系列特点。因而，舾装技术的水平对提高舾装效率和舾装质量， 改善劳动条件，实现安全生产，降低建造成本，大幅度缩短建造周期等方面具有重大影 响。为此，发展舾装技术，特别是舾装单元化设计已经成为各国船舶建造中研究的关键 技术之一。 第五部分介绍了设计信息共享和输出情况。首先对于船舶设计而言，既然各专业在 统一的三维数字化设计软件平台上设计，就必须做到设计信息的共享；同时，在设计部 门、物资采购部门、生产管理部门、经营部门以及目标成本控制部门之间也要实现信息 的共享，实现“协同设计 和“协同作业”的目标。 第六部分介绍了未来的船舶建造和设计模式展望。未来的船舶设计技术创新将依靠 高度集成的计算机技术，在真实的船舶建造之前，通过实施有效的设计方法和手段，建 立船舶模型数据交换数据库，并形成一个能预先进行船舶设计、制造、运行和评价的虚 拟环境，在计算机上实现设计和虚拟建造船舶。 第七部分为本文总结。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 船舶设计流程优化 2 1本章引言 在现代造船模式下，船舶设计阶段的划分和各阶段的主要工作内容已经摆脱了传统 造船模式的束缚，并要满足船企生产主流程的需要。 本章分三个方面介绍了某船企船舶设计研究所在船舶设计流程方面所进行的探索 和取得的成果：一是船舶设计阶段的简化；二是船舶各设计阶段的主要目标和内容；三 是设计流程的优化。 2 2 船舶设计阶段的简化 现代造船模式下，船舶设计阶段的划分已经摆脱了传统造船模式的束缚，民用产品 设计阶段有所简化。但是由于目前处于新旧交替的时期，各个设计单位或者造船厂的设 计阶段的划分仍然十分模糊和混乱。而且对设计阶段的划分的命名也各自含混不清。专 题研究根据推进造船模式转换几年来的经验，结合某船企的设计实践，认为民船设计阶 段的划分应以三个阶段为基本的模式。 在体现面向客户目标的设计中，应划分为合同设计和送审设计两个阶段。其中，合 同设计又分为两个衔接的部分，即报价设计和合同设计两个部分。报价设计是合同设计 的前道工序，合同设计涵盖了报价设计。 送审设计的定义：在日本通常将送审设计称为功能设计( f u n c t l 0 nd e s i g n ) ， 但是从我国的习惯上，一般以体现其设计的基本目标为标志的名称更为直观和贴切，因 此称为送审设计比较适合。在设计功能上，这两个阶段的设计功能目标以完成船舶技术 形态的描述为基本目的，即建造什么样的船舶。但是需要注意的是要实现技术形态目标， 那么工厂生产工艺和造船方法，以及工厂的造船设备、设施的条件和生产流程的独特形 式等均应在设计阶段中得到明确的体现和贯彻。比如舯横剖面图的绘制，一定要考虑船 体各构件的装配工艺，这是以往的传统技术设计或者初步设计所无法实现的，这就要解 决怎样造船的问题。这也是在现代造船模式下，送审设计的深化和拓展。但是这个深化 和拓展往往被船舶设计单位所忽视。因此，在划定送审设计阶段时，需要特别提到的是 针对客户的设计除了完成对产品技术形态的描述之外，对实现产品技术形态，造船工厂 的工艺形态和生产形态的描述是必须和必要的设计内容。从这个意义上讲，送审设计作 为功能设计，不管由专业的船舶设计单位或是船企自身的设计基本上一样的。 在体现面向工厂的设计中，应将传统的详细设计和生产设计合并为一个设计阶段予 以考虑。虽然这在目前设计深化的过程中尚不能完全摆脱传统设计的影响，但是从设计 先进船舶设计管理及设计模式研究 要实现的目标和设计的实质内容上考虑，这两个设计阶段仍然体现出了设计目标的一致 性原则。 我国目前多数船舶设计单位和工厂仍然保留了详细设计阶段主要是由于以上几个 原因： 一方面是多数总装造船企业因为设计开发力量的薄弱，只能通过外来的设计单位完 成送审前的设计内容。因此在接受外来设计时，需要进行工厂的转换设计解决生产设计 输入不充分的问题，以便使外来的设计能够适应总装厂的生产和工艺特点。另一方面， 多数的总装厂的生产设计深化程度或者生产设计范围尚不能满足工厂生产的需要，因此 保持相当一部分的传统设计内容来补充生产设计的不完整。 但是在我国的设计阶段的划分上，无论是传统的设计还是体现出现代化造船的设 计，与国际上先进造船国家具有明显区别的是在从针对客观的描述技术形态的送审设计 ( 或者称为功能设计，或者称为技术设计) 向生产设计的过渡中，其图纸的转换是通过 综合布置图来实现的。而我国则是通过详细设计来补充的。 根据以上的分析，虽然我国的国情确定了在一段时间内尚需保留详细设计这个设计 阶段，但是从发展的角度上看，逐步将详细设计( 即具有施工功能的一部分设计) 与生 产设计合并是必然的发展趋势。 传统的设计阶段划分如下： ( 1 ) 送审设计为外来设计 合同设计叫羞审设计( 外来) 转化设计+ 详细设计生产设计 ( 2 ) 送审设计为自己设计 合同设计斗详细设计( 包含送审设计) 生产设计 现代化的设计阶段划分如下： 合同设计送审设计生产设计 2 3 船舶设计各阶段的主要目标和内容 船舶设计阶段的划分确定了在优化了的船舶设计阶段中，各个设计阶段的目标和内 容也需给与相适应的调整和变动。这是因为尽管对设计的不同阶段做出了适当的优化和 定义，但是不能简单地将设计阶段进行一般性的划分，这是因为设计作为一个完整的体 系，虽然各个不同的设计阶段有着阶段性的设计目标和设计内容，但是其相互间的联系 与结合是必需的。在一定的意义上讲，各个设计阶段又是不可分割的。另一方面，船舶 计算机三维设计软件的出现以及c a d 、c a m 的设计技术的应用，以及计算网络系统的 火连理工大学专业学位硕士学位论文 建立，已经在设计方法和设计程序上在一定程度上根本改变了传统的设计模式和程序。 各个设计阶段的相亘重叠与交叉迫使运用计算枧软件技术的单位必须对原有的设计组 织结构和设计程序作出相应的调整和改变，以适应计算机技术的发展。但是这种改变又 必须满足现化造船生产模式的需要，以保证生产线上的设施、设备、人员、工艺以及计 划等不需要付出更大的代价来适应新的设计程序裙设计方法的改变。 船舶设计作为生产技术准备的一个重要环节，在与经营、物资采购与集配等环节共 同缀成了船舶总装厂产品生产计划管理的第一道工序纳入到生产管理体系中来。因此， 船舶设计各个阶段的划分与设计目标的确定就必须考虑到产品的生产连续性、生产适用 性、物量的完整性、设计计划的可控性以及物资材料、设备设施的技术指标与成本控制 指标等一系列数据的准确性和可操作性。 图2 1 表示的是各设计阶段的主要设计目标和内容并予以相应的诠释。 广1 广1 广 l 台阍设计 li 送宙设计 il 详细( 旅下) 设计与嗽产设计 i 同圃前一 劂藤酃劂厍酃 l 机械设备储髯书ilii 机裟设备布置圈llii 营子制作雕i lii 托擞袭iii l 主要系统簸壤鲴llll 各娄谤雾褰| lll 警子安装鬻l lll 材辩黔搏麓萃等l | l l 莰备_ 广蘸袭0 一l 霹簧技拳赉谈誓。l 材科订鼗漶摹0 一l0 一 丽u 俐劂r ij | 麦攀委量算书山l 孝萋嚣蓁篡蟹山f 耄茎重羹制作田|。 产u 产司u 障司u 图2 1 船舶设计各阶段的目标和内容示意圈 f i g 。2 1t 喇a n d w o r ko f s h i pd e s i g ns t a g e 先进船舶设计管理及设计模式研究 2 3 1合同设计 合同设计作为面向客户的设计，其主要设计目标是按照客户的要求，根据规范、公 约等设计规划对船舶产品的技术形态、建造工艺标准、质量标准等进行描述。其主要内 容在图2 1 中予以简单的表示。通常技术规格书、总布置图、典型舯横剖面图、设备厂 商表四项将作为正式的合同文件。 其中该设计阶段的重要变化是在设计的后台工作中，通过与下一阶段的设计、工艺、 生产管理等部门的协调和对合同设计的评审，将工艺、质量、标准等技术状态都作了明 确的规范和限定。并将这些限定反映在合同设计中。另一方面，该阶段的设计中对总体、 结构、动力、电力负荷、涂装等的技术状态进行了较为全面的估算。具备条件的产品还 可提前进行船模的水动力试验，以确定船舶的总体性能指标。这也是船舶开发阶段一个 十分重要的内容。 合同设计的目标除了实现技术形态的完整性描述和对建造工艺、质量、标准的明确 限定处，成本设计是该阶段设计的重要标志之一。鉴于一般情况下，合同设计的完成， 即表示了该船舶价格的基本确定，也表示了该产品的成本的限定。因此，合同设计必须 要实现对产品物量进行较为准确的估算和预测。目前要实现这个目标尚有较大的差距。 合同设计阶段不能实现成本设计目标的主要原因是我国的船舶设计单位和船舶总 装厂所积累的船型数据的匮乏，以及在合同设计阶段，设计物量的完整性在该阶段尚得 不到具体的完整的体现。国外先进造船国家一般较注重对已建造过的船型数据( 主要是 实物量) 的积累，同时也注重对新船型的开发研究。因此，在合同设计阶段，依靠大量 的船型数据来校核合同设计中的物量数据，可以达到较高的准确率。这样，其成本设计 的理念在合同设计中得到基本的贯彻，合同报价的合理性和准确性也达到了与实际基本 一致的要求；同时通过在下一步的建造中对其成本的控制得到切实的落实。因此，在物 资采购价格没有较大幅度波动的情况下，极少出现因合同设计的原因而造成船舶建造亏 损的现象出现。 我国作为一个造船大国，在由大向强的转变过程中，通过造船经验的不断积累和船 舶产品数据库建设的完善，合同设计要实现成本设计的目标是可以基本实现的。 2 3 2 送审设计 送审设计在基本设计特征上仍然体现了面向客户的设计。其基本设计目标和内容较 之传统设计也发生了较大的变化。送审设计的目标主要体现了以下的几点： 大连理工大学专业学位硕士学位论文 送审设计是合同设计的细化和具体化。在该阶段的设计中，送审设计依据合同设计 所规定的技术原则作进一步的具体化工作。即明确所有技术状态的材料、设备的具体规 格、型号、标准等；确定具体的技术尺寸和技术等级、技术规格、质量要求和工艺特性 等内容。把合同设计中涉及到的所有技术细节都用具体的设备、材料、零件、部件、以 及规格、型号、标准等予以明确的指定和落实，并用相应的图纸和技术文件予以表述。 同时，在该阶段，送审设计又是生产技术准备的开始。送审设计阶段通过编制设备 订货技术协议、材料订货清单、零件、附件、仪表、仪器、系统等订货清单对船舶产品 进行具体的配套和采购的技术准备。进而通过技术谈判，商务谈判，设备、技术资料的 送、退审和确认等程序，完成船舶产品所需物量的订货、采购和技术状态最终落实等工 作，即解决造什么样的船舶，需要多少物量来建造的问题。 除了完成以上设计、采购的技术专业目标外，送审设计还负责向下一阶段设计，即 生产设计提供设计依据和设计物量数据。 送审设计与传统设计另外一点的不同是，由于计算机技术的发展与船舶设计软件的 广泛应用。在送审设计阶段，船体结构和舾装的计算机三维建模已经在该阶段开始【j j 。 这就打破了原来的设计阶段对设计内容和设计范围的限定，促使设计人员在送审设计阶 段就开始提前进行原来在详细设计或生产设计才需要进行的设计内容，并在设计中贯彻 和落实相关的工艺和生产管理信息，为进一步的实施生产设计创造了扎实的技术基础， 也确定了准确的技术依据和图形、数据依据1 4 。并且，由于设计内容的提前，使得设计 阶段的划分在一定的意义上又失去了预定的目标和内容。送审设计与详细设计和生产设 计的界面变得愈来愈模糊不清，其紧密性和连续性不断的强化，而界面变得愈来愈淡薄。 虽然由于计算机的广泛应用使得送审设计与详细设计和生产设计的界面变得模糊， 但是从设计的基本目标和设计功能上，送审的目标还是十分明确的。因此，送审设计的 面向客户的设计没有因此消失。只是在设计的组织结构和设计机制上需要作出新的调整 和变化。 2 3 2 详细设计和生产设计 详细设计与生产设计是实施现代化造船模式的重要环节，也是推进企业向现代化造 船模式转换所采取的一个主要的技术措施。因此，大量新的设计理念和技术手段的运用 均在该阶段采用和实施。如成组技术、中间产品成品化设计、分段预舾装、工序转移、 单元化和模块化设计、分段建造精度控制等。 详细设计与生产设计是面向生产的设计。在该阶段的设计中，其主要的设计目标是 根据产品生产建造方针书的要求，依照企业的生产设施和设备的条件，工艺流程的需要 先进船舶设计管理及设计模式研究 以及生产管理体制的具休现状，按照区域、阶段、类型的基本原则，向生产线提供具有 完整物量信息、技术信息、工艺信息、生产信息和管理信息的图纸和技术文件。通过详 细设计和生产设计，使企业的产品达到生产具有高效、低耗、流程畅通、节拍均衡、成 本能够控制的效果。 鉴于船企在推进深化生产设计中已经积累了相当地成果，生产设计的内容和功能基 本成型。其基本原则应在“造怎样的船”的基础上，主要解决“怎样造船”，并通过合 理规划和设计，以适应现代造船模式所形成的生产作业体系的要求【5 】。 根据船企的经验，我国生产设计阶段的主要优化内容应当主要还是体现在制作、安 装、调试等三个主要功能的技术图纸和文件的设计上面。其中主要应当以分段为基本单 位，以舾装为中心，实现“壳、舾、涂一体化”的成品化设计为主要目标，以技术、物 量、生产、管理信息完整性为基本内容。 除了以上的原则性的定义外，从与生产管理体制的相协调性和一致性的角度上分 析，生产设计在基本内容上还应当具备以下几个特点： ( 1 ) 以成品化分段作为中间产品的典型代表，以三维数字化生产设计出图方式和 总装造船主流程的适应性为要求，制定出表达中间产品完整性技术状态的生产设计文件 标准，规范生产设计深化内容。在统一的三维数字化设计软件平台和信息技术条件下， 实现设计阶段之间、设计专业之间，生产设计与生产管理之间的信息集成、共享和即时 传输，进而达到产品数据管理的目的。可以看出，总装造船作业主流程以及成品化分段 作业流程是以中间产品为导向的生产设计流程的基础。 ( 2 ) 以单元和模块设计为特色的生产设计是提高生产质量和效率，缩短船台( 坞) 建造周期的有效设计方法。在以机舱舾装和管舾装为主的生产设计中，通过形成以各种 单元和模块化设计为基本内容的设计不仅有利于分段舾装的完整性，大大缩短船台舾装 的安装周划倒。同时，规模化和批量的单元化和模块化的设计与制造，不仅仅成了保证 分段舾装完整性的设计目标，同时促进了造船厂向总装造船发展的步伐。单元化与模块 化设计进一步的发展，将是逐步实现单元和模块的标准进程。 目前，大部分船企使用t r i b o n 设计软件来进行生产设计。t r i b o n 设计软件在造 船生产设计中的应用，可以真实的模拟实际造船，使生产设计的思想和方法发生了根本 改变。某船企从2 0 0 0 年起开始引进并使用t r i b o n 设计软件，并根据自身的设计需求， 进行了大量的二次开发工作；2 0 0 6 年底，该船企在生产设计过程中全面推行t r i b o n 设计软件一体化应用。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 4 船舶设计流程的优化 设计流程的优化重点专题研究重点考虑? 三大设计阶段的糍分黧设计内容的相互 衔接。从一体化角度考虑设计流程中种个设计阶段的内容和功能的实现。并在相关的设 计组织体制上试行专业化设计，以提篙设计效率和设计质量，翳时尽快通过专业化向标 准化设计发展。 下图2 2 表示了民船设计三大阶段的原则所确立的各个设计阶段的基本流程概况。 先进船舶设计管理及设计模式研究 船体结构设 舾装专业设 图2 2 船舶设计流程优化示意框图 f i g 2 2s h i pd e s i g np r o c e s so p t i m i z a t i o n 一1 6 大连理工大学专业学位硕士学位论文 3 生产设计出图模式优化 3 1本章引言 在“设计、生产、管理一体化 的理念下，船舶生产设计就不仅仅一个专业设计， 而是一个按照产品工程建造需求所进行的全方面的、全过程的能够包含专业内容和工艺 内容、生产管理信息所需要的全过程的各种内容的设计。从这个意义上讲，生产设计是 针对解决“怎样造船”和“怎样合理组织造船生产”的一种设训7 1 。 从出图模式上来说，设计图纸不仅要为生产提供信息，还要为管理提供信息，因此 必须采取设计与工程管理相结合的设计出图方式，同时在统一的三维数字化设计软件平 台和信息技术备件下，