船舶模块化设计与制造的现状及发展方向概要

船舶模块化设计与制造的现状及发展方向:总结了造船模式的发展历程，展望了造船模式的未来发展方向，指出船舶舾装模块化是提高造船生产率的有效途径。分析了我国整体造船水平相对落后的现状和问题，阐述了应用成组技术，大力开展模块化设计和制造技术研究的要点和实现途径。关键词：船舶舾装；模块化；中间产品；成组工艺学介绍20世纪80年代初，中国造船业开始与日本造船业合作，引进设计、制造和管理技术。用了17年的时间，改变了传统的以系统为导向的造船模式，基本建立了以区域为导向的现代造船模式。尽管这一模式仍处于初级阶段，但对中国造船业来说，这是一场意义深远的造船革命。造船业的生产过程是一个复杂的有机整体。随着计算机技术和信息技术在工业中的广泛应用，造船业正在经历另一场新的技术革命。其目标是通过现代集成制造技术给造船业带来更高的经济效益。其主要特点是从面向区域的造船转向面向中间产品的造船。其核心技术是基于设计制造一体化的模块化造船技术的发展。摘要：概述了模块化造船技术在国内外的发展现状，重点分析了模块化船舶设计制造技术的发展和实施，为我国面向中间产品的模块化船舶设计制造技术的研究和应用提供思路。1.国内外模块化造船现状纵观船舶制造技术的发展，由于制造技术和设计技术的不断进步，船舶制造技术已经经历了三个历史阶段，目前处于第四阶段，未来将形成第五阶段，即更高层次的造船技术。中国造船业专家，考虑到先进制造技术的最新发展趋势和国外新一代造船技术的研发，结合船舶生产模式、企业生产要素的集约化状态、生产过程的间歇性划分以及对未来发展的预测，提出以下造船模式发展阶段：一期：系统导向造船模式泊位散装、码头舾装和全船涂装。阶段2 :系统和面向区域的造船模式分段建造、预舾装和预喷漆。阶段3 :区域、类型和阶段造船模式独立建造、区域舾装、区域喷漆。第四阶段：中间产品导向阶段外壳舾装和涂层集成。第五阶段：面向产品的第一阶段供应链管理系统制造集成。第一、二阶段属于传统造船技术，第三、四阶段属于现代造船技术，第五阶段属于未来造船技术。现代造船模式可以理解为以总体规划和优化理论为指导，应用成组技术原理，以中间产品为导向，按区域组织生产，空间上分离，时间上有序地进行船体舾装和涂装作业，实现设计、生产和管理一体化、均衡化和连续化的总装造船模式。造船模块化的概念始于二战期间美国建造的大量船只。当时，美国有165万造船者，建造了1768艘军舰。大量标准船的建造促进了焊接技术和分段建造技术的发展。这些建造技术是日本造船业在20世纪50年代开发的，并在60年代与成组技术相结合，形成了今天模块化建造技术的雏形。1971年，前苏联正式提出了模块化造船方法，并于1977年建造了一艘10万吨级的“鲍里斯布托”矿物和石油两用船。随后，美国开始研究模块化造船方法，并开始组织生产。到2010年底传统造船模式采用职能组织结构，即按照共同的生产活动调动资源，按照职能组织工程师和生产人员。现代造船模式采用面向产品的组织方式，即基于面向产品的工程分解和分组技术。中间产品是指生产作业单元，是最终产品任务分解的组成部分，也是逐步形成最终产品的组成部分。成组技术(简称成组技术)适用于多产品生产，即多种产品的小批量生产。设计和生产以相同的方式组织，以相同的产品作为目标。在造船中，中间产品是目标。所有的设计、规划、船体建造、舾装和油漆都是根据船舶的地理区域进行的。造船厂将整艘船作为最终产品，并使用工业工程方法将其分解成零件和零件层(零件、剖面、剖面、舾装单元等)。)和具体任务(喷漆、调试和试航，这些被称为“中间产品”)。将所有“中间产品”委托给工厂内外专业高效的生产组织的先进造船方法称为“中间产品”导向法，“中间产品”是概念导向法。其目的是对传统生产流程进行分层分解。其实质是一种船舶设计数据信息的管理方法。广义上，分组技术的定义是将各种相似的事物或信息按照一定的分类规则进行分类和分组，使同一事物或信息可以用一种方法进行处理，从而使各种问题的处理系统化、科学化、合理化。分组技术的出发点是相似性原则，处理方法是分类分组。目的是用批量生产代替原来的小批量或单件生产，采用适合批量生产的高效加工方法，实现整个生产过程的合理化改革。就船舶舾装而言，分组技术的目的是将各种中间产品分组，以产生大规模生产的效果。中间产品导向和成组技术是现代造船模式和未来造船模式的基本理念。现代造船理论的技术权威Cirilo老师认为，为了获得多品种少批量生产的效益，有必要运用成组技术将公司面临的所有任务逻辑有序地安排好。国际一流船厂采用产品导向工程分析(PWBS)有序设置。PWBS包括船体分段建造法、区域舾装法和区域涂装法。区域是包括产品“系列”的操作，例如特定形式的零件、组件、组件、细分市场或服务。生产者将信息和材料转化为中间产品。现代造船企业趋向于向装配工厂方向发展，它们的主要任务将只是船体制造和管道制造。过去10年中国建造出口船舶的经验表明，管道生产已经成为造船厂生产的一条短线，影响造船的进度和产量，直接关系到船舶建造成本和造船厂的声誉。因此，我国许多船厂都将管材生产设计和加工列为技术改造的主要内容之一。3船舶模块化舾装模块化造船的概念贯穿于船舶的初始设计、建造、试航和运营。模块化造船的关键是模块化设计。直到最近几年，模块化造船概念的应用仍然主要集中在有序建造所需的生产和装配计划上，生产设计继续按照传统的功能系统模式进行。因此，许多按专业划分的工作显示在一张地图上，而诸如区域组装的模块化构造概念的应用没有被检查。这个问题的关键在于设计。模块化构造不仅需要系统的观点，而且从构造的观点来看需要先进的设计。这不再是一个可以通过生产设计和成组技术解决的问题。这将不可避免地导致模块概念的产生它带来了巨大的效益，降低了设计成本，缩短了设计周期，并使个性化产品和系列化产品之间的维护、更新、回收和设计再造变得更加容易。成组技术在一定程度上促进了模块化的发展。模块化设计和制造使船厂等生产单位能够将大品种、小批量的产品设计和生产任务转化为小品种、大批量的模块设计和生产任务，质量稳定，效益显著。船舶舾装的模块化生产方法在造船业中非常重要。舾装设备的模块化安装可以提高生产效率，节省劳动时间，提高国际市场竞争力。造船模块可以定义为最终产品的预制单元，具有标准尺寸和标准零件以及可选的主要部件。这种预制单元可以是结构功能单元或系统功能单元。由于该模块包含可选组件，因此可以进行局部修改以满足船东的使用要求。造船模块化的实现可以从船体结构和船舶舾装两个方面同时推进。根据模块与船体之间的结构关系，舾装模块可分为两类：自支撑模块和附着模块。自支撑模块最初是一个分段或船上的预舾装单元。它有一个独立的底座或支撑结构，可在内部预制，完工后安装在外部的船体上。将预舾装单元升级为造船模块，从设计和建造的角度来看，自给式舾装模块是真正的模块，即真正的造船模块。如：二氧化碳灭火装置、输液系统遥控阀组、海水淡水压力罐、燃油供应、凸轮轴油、船员舱等典型的船用模块。附着舾装模块通常是指设计模块，由于其设备布置范围广或固定要求高，实际建造需要基于船体各部分或船上各区域的结构。模块的预制受船体建造进度的限制，但其设备选择性和单元通用性与独立舾装模块相同，因此可称为绘图造船模块。这些模块的特点是：功能独立，接口特性完善，互换性强，适用性和先进性，适销性强。除了上述两种基于设备的模块，船上还有许多舾装件。分布式舾装模块是附属模块的一个特例。模块中通常没有可供船东选择的主要设备。这只是船体结构上布置舾装的一般程序。配电舾装主要包括管道、电缆和附件。主机周围的管道单元也可以做成自立式舾装模块，进行“盆式舾装”，这无疑将大大提高管道安装的生产率。在分布式舾装模块中，典型的管道模块具有管道单元，该单元中包含的管件可以被捆绑在一起以便运输，并且箱形龙骨被安装在双底节段的施工的适当阶段。同类型船舶的管道有很强的相似性，只要适当调整典型模块可选部件的规格和尺寸，就可以在新船上使用。典型的电缆模块，例如机舱中的主电缆单元，包含根据其放样长度预先切割和缠绕的电缆。在船上舾装的适当阶段，随着船体面积的逐渐扩大，缠绕的电缆逐渐被拉动和铺设，以实现电缆预舾装。近年来，船舶舾装模块化的研究主要集中在各种船型配套舾装设备模块的开发上，而直接影响造船水平和进度的管舾装模块的研究很少。管舾装模块的研发可以从舾装生产设计开始，从典型船型发展到类似船型。生产设计始于日本。早在20世纪50年代初，日本造船协会主席、石川新闻重工集团董事长神道恒先生就受到了提供必要的生产信息的方法的启发船舶管道设计是汽轮机设计中最大、最复杂、最复杂的部分。它也是船舶制造中生产设计和工艺设计、加工制造和现场安装中最大和最复杂的部分。最复杂的部分。长期以来，船舶管道设计一直采用传统的三维构思和二维绘图表达方式，通过平面、立面、侧面和剖面等几个基本视图来表达管道布置和管道加工信息。随着计算机软硬件的不断完善和计算机应用技术的不断进步，船舶集成设计软件已经成为一个有趣的概念，其应用时代已经到来。设计数字化技术实现了产品设计手段和设计过程的数字化和智能化。集成设计系统的优势包括减少设计时间：减少生产准备时间、提高生产效率、早期诊断故障、易于设计变更、信息错误最小化和面向生产的数据的可用性。近年来，世界上许多造船国家都将计算机仿真应用于造船，取得了巨大的成功，也推动了船舶设计和制造向模块化方向发展。目前，从国内外模块化造船的实践来看，要实现真正的模块化造船还有很多工作要做，其中最重要的工作就是改变设计方法。换句话说，如果模块化造船方法要取得突破性进展，就必须对模块化船舶的设计进行研究，充分发挥上述软件的优势，以舾装的模块化为目标，以舾装的生产设计为途径，对舾装模块的划分、结构形式、通用性、系列、组合、设计方法以及相应的组织管理进行研究。只有这样，才能尽早实现设计、生产和管理的一体化，实现真正意义上的模块化造船。4未来造船模式展望未来的造船模式是造船计算机集成制造系统。未来造船技术创新是集成机制的进一步发展。它依靠信息高速公路、信息数字化和网络化，将分散在各地的各种模块工厂、材料设备工厂、造船厂等工厂连接起来，及时、直观地在各地联合生产，实时监控整个生产过程，形成一个动态的、面向产品的、无缝的一体化建设体系。该SCMS为未来全面模块化造船提供了强有力的技术支持。只有在这个系统中才能实现彻底的模块化造船。生产中心造船模式是一种全新的综合生产组织模式。它是一个独立和相对封闭的负责任的生产单位。它可以建立特殊的部分，并进行相应的预舾装工作，以形成模块产品，或制造特殊的功能(设备单元模块，或进行装配工程，以形成最终产品)。根据生产中心的性质，它可以分为功能中心和制造中心。根据中心的位置和架构，可分为实体中心和虚拟中心。虚拟中心比物理中心更灵活，更有竞争力。虚拟中心是一个虚拟企业，是动态联盟的先导工厂。它可以充分发挥自己的能力，接受造船订