谈船舶生产设计精细化

牛海静

(大连辽南船厂， 辽宁 大连 116041)



谈船舶生产设计精细化

牛海静

(大连辽南船厂， 辽宁 大连 116041)

摘要该文从船舶生产设计的角度，阐述了精细化思想在船舶生产设计方面的内涵、原则及应用，介绍了船舶数字信息模型的特点和优势，并展望了精细化生产设计未来的发展。

关键词船舶设计生产设计精细化数字信息模型

0前言

在造船事业飞速发展的今天，船舶市场的竞争日益激烈，造船企业面临巨大的生存压力。因此企业必须引用科学的管理方法，先进的生产技术，才能够在竞争中利于不败之地。当今造船企业的生产模式逐渐由传统型造船模式向现代化造船模式转变，随着造船技术的改进、设备的更新、模式的进步，船厂的设计、生产、管理思想也需要从根本上进行转变。因此更科学更有效的先进思想应运而生，那就是科学的精细化思想。精细化的理念已经被越来越多的企业所接受，它是一种先进的文化和思维方式。精细化思想在企业的各个领域都有所应用，其中船舶数字信息模型是精细化在船舶生产设计中应用的一个重要基础。它是精细化思想运用到船舶生产设计中的工具，也是在船舶生产设计中将生产、设计、管理融为一体的产物。

1精细化生产设计的内涵

(1) 精细化思想。精细化作为现代工业化时代的一个概念，是一种先进的企业理念。“精细”既是一种理念、一种态度、一种意识，也是一种文化。它是社会分工精细化以及服务质量精细化对现代生产的必然要求；是企业超越竞争者、超越自我的需要；也是企业追求卓越、实现完美业绩的必然选择[1]。

(2) 精细化生产设计。船舶生产设计是将详细设计、工艺、生产结合起来的一种综合型设计型式，对造船生产现场有直接的指导作用。精细化生产设计是建立在常规设计的基础上，并将常规设计引向深入，将精细化设计的思想和作风贯彻到造船企业每个环节的一种模式。精细化设计强调将设计工作做细、做精，以全面提高企业设计水平和生产质量。

2精细化生产设计的原则

(1) 从粗放式设计向精细化设计转变。

在传统造船设计中，更多的是粗放式设计。粗放式设计是一种“差不多”的设计，不够准确、科学。其表现在：各个专业无法协调，彼此信息不够透明；设计尺寸留有过多余量，造成浪费和成本升高；现场放样部分过多，影响施工效率；现场各专业干涉过多，返工率高等问题。

精细化生产设计强调认真、严谨，使工作简单化、流程化、定量化、数据化，强调各专业数据的可视性、协调性、重要性、准确性，并将设计标准化、数据化及提高设计的准确性作为生产的目标。不再像粗放式设计那样采用“差不多”的做法，而是通过对数据进行精确分析，来保证设计数据的准确，以满足现场生产的各种需求。

(2) 专业化是精细化的前提。生产设计工作需要专业的人员进行，各专业协调合作的基础是设计能够满足各专业的标准规范。为达到精细化要求，生产设计工作的专业程度必须足够高。船舶生产设计是一个综合的设计，船体、轮机、管系、电气、甲装、内装等专业的协调配合和互相干涉是难免的。而对各自专业进行调整改进的时候，必须依照设计原则、标准和规范进行，才能满足船舶的使用要求。只有设计员足够专业，才能将相关知识熟练地应用到生产设计工作中，再结合船厂自身的特点，将管理信息加入到生产设计中，从而将设计工作做到细化。

(3) 数字信息技术推动精细化发展。精细化思想的核心就是复杂的事情简单化、简单的事情流程化、流程化事情定量化、定量的事情信息化，归根结底是将一切工作信息化。现代社会就是个信息社会，只有掌握了足够的信息才能够保证掌握全局。复杂的船舶生产设计工作也是一样，需要将复杂的工作简化、细化，最后能够信息化，放到一个共享平台上，进行各专业协调设计，使其具有可视性、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点。建立这样的平台需要足够的创新思维和意识，将传统的工作不断地精细化、现代化，使生产设计工作的精细化进一步发展。

3精细化在船舶生产设计中的应用

3.1船舶数字信息模型

精细化船舶生产设计的基础是创建船舶数字信息模型。此模型是以船舶工程项目的各项相关信息数据作为基础，通过数字信息仿真模拟船舶所具有的真实信息。构建船舶数字信息模型不是简单的将数字信息进行集成，而是可以用于设计、生产、管理的数字化方法。建立船舶数字信息模型具以下特性。

(1) 直观可视。对于船舶行业来说，可视化的运用在船舶生产设计中作用非常大。例如生产现场经常使用的施工图纸，构件在图纸上采用的是二维线条绘制表达，但是其真正的构造形式就需要船舶建造人员自行想象。对于简单的构件来说还不难做到，但是对于尺寸复杂或纵横交错的构件，光靠人脑去想象就有些困难且影响效率。而船舶数字信息模型能够提供可视化的效果，将以往的二维线条式的构件转换为一种三维立体实物图展示在人们面前。这种实体图不仅可以作为效果图，而且能够在构件之间形成一种互动性和反馈性，使项目设计、建造过程中的沟通、讨论、决策都可以在可视化的状态下进行。

在这方面，管系的设计非常具有代表性，传统管系的设计图纸都是系统图，如图1所示。在某船的管系系统中，只能看出管系的输入输出接口关系，而中间的管系只能通过现场放样来确定。这样各种管系的走向只能现场确定，无法有效控制管系物量，而且管系错综复杂的情况不易辨别，也难以判断是否干涉及进行设计优化。

图1　管路系统图

利用建立船舶数字信息模型(见图2)，对各种管子及附件进行三维建模，可以使整个管系都直观地展现出来，无论是判断是否干涉，还是进行生产设计的优化，都简单方便，并且效率和准确性都非常高。这样在设计初期就可以对管系设计进行精细化优化，既节省了成本，又提高了效率。

图2　管路三维放样

(2) 各专业便捷协调。传统生产过程中，由于设计能力的局限性或沟通不到位，各专业之间的干涉问题只能在现场生产中才能发现。而一旦现场施工过程中遇到了问题，就要将相关部门组织起来开协调会，找到问题在各方面的原因，提出解决方法及实施相应的补救措施等来解决问题。这样即造成了废返，增加了造船成本，又影响了施工效率，加长了造船周期。而船舶数字信息模型是各专业在同一数字平台同步进行综合布置，无论是船体结构、机电设备，还是舾装件标准件，甚至小到一个开关、插座、管路吊架、管卡均进行精细化建模，并且船舶数字信息模型的信息随时都进行更新及备份，每一个设计人员均能共享同一平台信息。这样便实现在船舶设计过程中就发现问题，从源头对各专业的干涉进行协调，提前解决问题。船舶数字信息模型不仅可以解决干涉问题，而且还能解决各个专业与其他专业的协调布置问题。

在各个专业都涉及到的主机舱区域布置，一直是各专业协调的重点区域，图3中所示为某船型中的主机舱区域中的一部分。在传统造船中部分区域舾装件种类繁多复杂，在每个专业的图纸上很难发现各专业之间的干涉情况。

图3　某船主机舱布置图

若对这个区域进行船舶数字信息模型的建立(见图4)，就能够将每个专业都加载到一起进行生产设计评审。利用干涉检查，可以及时发现各专业之间的布置问题，并制定修改及优化方案。

图4　某船主机舱三维模型

(3) 便于船舶生产信息的查询和管理。由于船舶建造过程中涉及到的专业众多，每个专业还包含很多部件或设备。这就需要构建相当庞大的数据库对所有生产信息进行管理。船舶数字信息模型的数据库能够为所有船型提供数据库支持，方便在设计过程中对所有生产信息进行查询和管理，图5为在船舶数字信息模型数据库中查看某专业的设备信息及模型，在数据库中就包含了设备的重量重心、名称、型号、标准号、模型信息、重量中心、材料等所有信息，方便设计和管理人员进行查看、统计和使用。

图6为在多专业加载到一起的模型中查看某设备信息。这样可以在对模型评审的时候直观的判断出模型的属性，以便对产生的问题进行解决。

图6　模型属性查询

(4) 利于实现“壳、舾、涂”一体化。船舶数字信息模型可以按照区域进行创建和调用，这就非常有利于现代化造船模式的推广。图7为某船某分段所有舾装件的模型图。

图7　某船某分段所有舾装件模型图

依据船舶数字信息模型的数据输出和出图能力，可以将图纸按照分段或总段区域分专业输出同步图纸。如围绕船体专业有型材下料加工图、数控切割图册、分段接板图、分段部件图、分段组件图、分段组立图(包括装配顺序)、分段吊装图等；围绕舾装专业的6个阶段，即单元、分段、分段涂前、总段、坞台及码头阶段所划分的托盘，出图有铁舾件制作托盘图表、铁舾件安装托盘图表、设备安装托盘图表、管子制作托盘图表、管子安装托盘图表、管子支架制作及安装托盘图表、管子开孔清册、电缆贯通件开孔清册及相应的布置图等；围绕涂装专业有分段除锈涂装施工图册、区域除锈涂装清册等。

这样使按专业和船舶建造阶段融合了“壳、舾、涂”三大部分图纸的输出得以实现，生产部门就可以按照图纸合理安排各专业的施工周期，实现造船的“壳、舾、涂”一体化。

(5) 将设计、生产、管理融为一体。由于船舶数字信息模型是一个船厂的信息共享平台，不只是设计部门，生产部门和管理部门也都可以分享模型中的信息。所以在实际生产过程中，每个部门都可以依据船舶数字信息模型中的信息查询需要知道的细节和解决实际生产中出现的问题。

船舶数字信息模型的图纸输出能力不只是传统的图形输出，而是包括了生产管理各个部门生产要素和信息的输出。在图纸输出过程中，设计部门在图纸中加入了设计的要素，包括图形的表达、技术要求、材料统计等信息；安保部门在图纸中加入了安保信息；生产部门在图纸中加入工时信息、工艺信息和生产信息。图8即为基于船舶数字信息模型输出的某图纸中的一页，包含了所有现场生产所需要的信息。这样将设计、生产、管理统一到图纸中，实现了船舶生产设计的精细化设计和全面设计，提高了生产效率，有利于现代化造船模式的发展。

图8　生产设计输出中生产管理信息

3.2基于船舶数字信息模型进行精细化生产设计的优势

(1) 快速算量，提升效率。船舶数字信息模型通过建立关联数据库，可以自动准确、快速地计算工程实物量，提升物量统计的精准度。同时船舶数字信息模型数据库的存储量强大，可以快速提供支撑项目管理所需的数据信息，有效提升施工管理效率。

(2) 干涉检查，减少返工。船舶数字信息模型的最大特点在于三维可视，利用船舶数字信息模型的三维技术在设计期间就可以进行干涉检查，优化工程设计，减少在造船施工阶段可能存在的错误损失和返工情况。最后施工人员可以利用干涉检查优化后的实施方案，进行施工技术交流，提高施工质量。

(3) 信息调用，决策支持。船舶数字信息模型数据库中的数据具有可计量的特点，大量工程相关信息可以为工程提供巨大的数据后台支撑。船舶数字信息模型中的项目基础数据可以被各部门共享，工程量信息可以根据舾装件类型进行汇总、拆分、对比分析等，保证工程基础数据及时、准确地提供和更新，为管理部门制定计划、协调生产等方面的决策提供依据。

(4) 数据备份，保障支持。船舶数字信息模型可以将船舶建造过程中所有信息和数据备份到数据库中。这些数据信息会实时更新，使其及时与实船相一致。一旦实船中某构件或系统出现了问题，可以通过查询该构件或系统的材质、规格、形状、通过数据备份提取需要的生产信息，直接送去生产，之后的上船维修安装便可以实现一次安装到位。这样就为工厂对装备及时、全面、系统的保障体系提供了强有力的数据信息支撑，节省了时间，提高了保障的效率。

4对精细化生产设计的展望

精细化设计的基本目标是采用灵活的设计组织形式,根据市场需求的变化,及时、快速地调整设计周期,依靠严密细致的设计工作,通过彻底排除设计失误,防止生产现场废返发生。进一步目标是避免设计存在缺陷，将技术设计、现场生产工艺和技术要求相统一，达到生产高精度和高效率。

现代造船模式发展的大趋势是在数字信息技术的支持下，追求并实施精细化的精益生产。同样生产设计也要配合现代造船模式的发展趋势，做到精益生产的精细化生产设计。利用数字信息技术，使各专业协调合作，为企业现代化造船模式的发展提供技术支持。

参考文献

[上接第21页]

扰漩涡的产生，延迟高度耗散型紊流，降低船舶摩擦阻力，利用气泡助力船舶节省燃料。具体方法是将空气从船底外壳上的小孔中快速泵出(见图6)，这时蜂巢状的气泡会迅速联合起来，并在船体外形成1～2 cm厚的一层空气层，可降低船舶航行时的摩擦阻力，采用这种方法可节省大约10%的燃料。

图6　气泡润滑系统模拟图

3.4其他方法

采用气象导航；优化航线结构；加强与港口的沟通，缩短码头等待时间；经济航速优化；主机降功率等，提高燃油效率；利用推力鳍、整流鳍、导流管改善螺旋桨进流效率，优化螺旋桨推进特性；舵系设计优化等；加强推进系统的维护保养等。

4结论

通过分析EEDI(船舶能效设计指数)公式参数的意义和EEDI参考线回归的计算分析，探讨了强制执行船舶能效设计指数将产生的影响。得出提高船舶能效，降低EEDI值，需要优化船型设计，开发新船型；采用新能源技术；提高船体效率；减少空船重量，提高载重量；降低主机、副机油耗；加强推进系统的维护保养等实用方法，从而为船舶设计者在进行相关船舶的EEDI值计算、设计时提供参考和指导。

[1]康天钦.基于降低船舶EEDI、EEOI值的总能系统分析 [D].武汉：武汉理工大学,2012.

[2]MEPC 61/5/2. Report on a trial verification of the Energy Efficiency Design Index (EEDI)[R]. 2010.

[3]GHG-WG 2/2/7. Recalculation of Energy Efficiency Design Index Baselines for Cargo Ships[R].2009.

[4]王分良.EEDI时代的船舶减排[J].中国船检,2009(8):62-65.

[5]胡琼，陈凯，孙权. 新船能效设计指数及应对策略分析[J]. 中国造船,2011(7):39-42.

[6]倪骏恺.船舶能效营运指数研究[D]. 上海：上海交通大学,2010.

[7]王强.船舶主机降速降功率节能减排技术优化研究[D].大连：大连海事大学,2013.

Discussion on Refinement Research of Ship Production Design

NIU Hai-jing

(Dalian Liaonan Shipyard, Liaoning Dalian 116041, China)

AbstractFrom the perspective of ship production design, the meaning, principle and application of refine management in ship production design are elaborated, the characteristics and advantages of ship digital information model are introduced, the development of refine management of ship production design is looked forward.

KeywordsShip designProduction designRefinementDigital informationModel

中图分类号U662

文献标志码A

作者简介：牛海静(1978-)，女，设计中心副主任。