小型玻璃钢游艇模块化分类与设计

2016-12-08李超

中国科技信息 2016年20期

小型玻璃钢游艇模块化分类与设计

游艇作为单一定制产品，随着各种成本的增加，企业为适应市场急需更为先进的设计制造技术。产品模块化理论、计算机集成制造技术的发展为游艇模块化设计提供可能。本文首先介绍产品模块化及分类，并提出总线型模块化设计制造方法适合当前游艇企业，并最终达到能够具有柔性制造的模块化设计生产模式以缩短企业研发周期、降低研发成本。

在市场竞争日趋激烈的今天，产品更新换代速度加快，其生命周期明显缩短，由此带来的产品交货时间提前。各种小批量生产比例增大，这在相当程度上带来了成本的增加。

21世纪前后，游艇逐步进入国人视野，游艇制造业在中国迅速发展。游艇作为小批量甚至是单一定制化产品，对于安全规范的要求远超其他各类产品。各类水池实验以及船舶检验过程更是使其生产研发周期不断延长。

一方面是产品交货时间提前，另外一方面是游艇生产研发周期长，成本高。两方面的矛盾突出，这就要求游艇设计生产企业寻求新的设计生产方式以满足当前形势要求。目前我国目前游艇产业发展尚处于初级阶段，游艇企业具有数量多、规模小、核心技术水平低的特点。通过相应的产业与技术整合，设计公司与规模游艇企业联合的形式，寻求一种能够具有柔性制造的模块化设计生产模式以缩短企业研发周期、降低研发成本成为当前亟待解决的问题。

图1 产品模块类型

游艇模块化类型研究

产品的模块化分类

产品模块化设计制造是集成制造的重要内容，通过适当的接口将分类明确的产品模块在CAD平台环境下建立统一的数据库，以保证各模块可以在集成状态下运行。此时CAD系统为基于数据库系统的集成化系统，整个CAD系统的运行在数据库系统的管理与控制之下。目前，模块由于类型的不同，被分成了六种不同模块形式。如图1所示。

这六种模式描述了基于基础模块（或共享模块）、互换模块（或模块族）以及标准模块接口的不同模块组合方式。还有学者则将模块分为横系列模块化、纵系列模块化、跨系列模块化以及全系列模块化。这种分类形式是按照模块性能、结构的不同以及通用范围给出。其中，基型模块、变型模块被视为构成模块化产品的基本元素。

就定制化产品而言，如何进行模块分类是至关重要的项目。一般而言，产品常常依据模块的分类方式、互换性与通用接口设置、定制化程度结合产品自身因素划分模块类型以及组合方式。如图2所示，产品开发模块化的发展过程一般是从基础的单个部件模块化，随着定制程度逐渐提高，转变为组合模块化的过程。

目前，不同类型的产品常常选用不同形式的模块化模式，一些家用电器产品如微波炉、电视机等产品。基础部件比例较大，而定制化模块族比例较小，常选用部件互换、部件共享的形式，通过最小数量的零部件通过基础部件与模块族的互换、结合形成一组具有不同定制化特征的模块族结构。随着产品定制程度不断加深，用户定制的个性化需求提高，可供互换的模块族涉及到的零部件增多。基础部件继续拆分、组合，形成多模块族配合基础部件的组合形式，一般称为混合模块化形式或者总线模块化形式。随着拆分出的模块族数量增多，基础部件最终完全被模块族所取代，形成组合模块

化模式。该模式允许选择不同模块族中任意模块通过通用接口组合，进而提供最大程度的多样化、定制化产品。

图2 基于模块族的模块化演变式图谱

图3 小型玻璃钢游艇结构分类以及相关模块整合图

游艇的模块化划分

游艇作为旅游、休闲类产品，根据其用途的不同可以划分为消防艇、打捞艇、捕鱼艇、钓鱼艇、作业艇、船员艇、探险艇、带缆艇和搜救艇等。我国游艇行业刚刚开始起步，企业生产当中虽然采用了局部零件互换形式以满足不同用户定制化要求，但是远远没有达到模块化设计生产模式。不同类型的游艇对于其船型、上层建筑、轮机装备等都有不同的要求。依照船舶的要求将其大致划分为船体、轮机、电气、内装及辅助设备四大部分。

近年来，由于舷外挂机和内外机技术的不断成熟，游艇轮机装备集成度迅速提高。大部分小型游艇都选择以上两种动力装置中的其中一种作为动力设备，这给游艇集成制造提供了极为有利的条件。换言之，小型游艇的轮机与电气设备一般整合完善，已形成通用接口模块，如图3所示，可归纳为挂机动力模块。而船体和内装及辅助设备，辅助设备一般由外协厂提供可单独分为辅助设备模块群。

船体按照游艇制造方式进行分类，可分为船型部件和上层建筑。上层建筑，虽与性能参数相关，但对整船性能指标影响不太大，可将其与内装整合形成上层建筑模块群，根据定制要求进行选择。船体船型部分牵扯到大量的前期设计及其实验，难以在短期内做出尺寸恒定的可供选择的游艇船型，而且频繁的更换船型耗时耗力，不符合模块化设计降低成本缩短产品研发周期的要求，因此该部分建议按照总线化建造模式设计成基础部分。

小型玻璃钢游艇模块划分建议

按照模块化理论，小型玻璃钢游艇按总线型模式可划分为船型基础部件，挂机动力模块、上层建筑模块和辅助设备模块。

生产企业在设计制造中应当充分利用模块化的生产模式（如图4所示）展开设计。

首先，拟定基础船型作为设计要素。基础船型作为整个产品流程的基础部件，具有极其重要的作用。船型模具（如图5所示）是总线模块化设计中基础部分整个游艇的设计应当在确定船型的基础上展开，这有利于最大限度运用现有技术展开设计，减少模具建造成本，缩短建造周期。

其次，将轮机电气部分独立形成由外协企业完成的完善的具备通用接口的模块族群体系。目前市面可供选择的舷外挂机品牌有水星、雅马哈、铃木以及国内的潍柴、桂柴等，种类繁多。针对同一船型，根据成本、用途等定制化要求，选择特定的挂机。

第三，上层建筑模块和辅助设备模块可针对不同的用途开发出适合该游艇船型的A、B、C多种类型。定制过程中针对客户需要进行选择匹配。

图6为运用总线型模块设计理论，针对客户的定制要求匹配相应的模块设计制造的某款小型玻璃钢游艇。基于该船型基础部件，还有对应的多种挂机动力模块、上层建筑模块和辅助设备模块，以便客户按照用途和成本要求进行选择。