船舶设计制造工程变更传播的信息协同评估模型

苏 翔，梁艳霞，王志英

（江苏科技大学 经济管理学院，镇江 212003）

船舶设计制造工程变更传播的信息协同评估模型

苏 翔，梁艳霞，王志英

（江苏科技大学 经济管理学院，镇江 212003）

为增强船舶制造企业管理工程变更信息的能力，依据信息协同度的思路以变更信息协同延展度、协同变更信息强度和协同变更信息质量度三个主要指标设立船舶工程变更的信息协同效果评估指标体系，并根据该指标体系建立工程变更信息协同效果评估模型；以CX船厂工程变更信息的管理为例对此模型的有效性进行验证，可为加强工程变更涉及企业间的信息协同强度提供一种参考。

工程变更；信息协同度；信息协同效果评估

0 引言

对船舶制造企业而言，在快速变化的市场环境下，由于客户需求的临时更改、产品出现质量问题以及产品设计制造过程中出现的偏差等，无法避免地面临着工程变更（Engineering Change，EC）问题[1]。加快响应这些变更的速度并进行有效的管理，将能提高船舶生产过程的敏捷性[2]。船舶的生产采取按客户需求进行设计制造的大型单件小批量的形式，为确保交货期，船舶制造企业一般很难在所有的设计工作完成后，才开始进行制造，“边设计、边生产、边修改”的现状导致船舶设计制造过程中普遍存在工程变更的问题[3]。工程变更的传播是工程变更研究中十分关键的问题之一[4]，是因为工程变更常常关系到多个不同的部门、人员、多种设计数据文件以及不同的设计制造企业，同时船舶的组件及零部件、各设计制造子系统之间在功能、属性及装配工序上有着十分密切的联系，因此若对船舶的零部件、组件或子系统作出设计上的更改，一般都会导致船舶其他零部件、组件或子系统的更改，从而可能会产生一些无法预料的后果，即工程变更传播的“雪崩”效应[5]。而且目前绝大多数船舶制造企业通常采用更改通知单的方式，将设计或者工艺更改单发放到制造部门，且变更信息的传递缓慢、不明确，其在准确性与及时性上显然不可靠。同时对已经投料或已开工生产制造的零部件，由于信息不能准确及时地传递和协同，工程变更不仅影响到其交货期，还可能由于已投料生产的原因造成制造成本的提高，因此增强变更信息传递和协同的效果很有必要。

因受到信息技术和经济全球化的影响，船舶设计制造具有多品种和小批量的特点，为适应这种生产特点，模块化造船模式应运而生。此时更需要企业间的分工协作，因此更需要研究变更信息在变更涉及企业间的协同效果，本文基于模块化造船模式研究工程变更信息在变更涉及企业间的协同效果问题[6]。关于信息协同效果的研究中，有些研究用量化的评价方法依据不同的评价指标对成员企业间的信息协同效果进行研究分析[7]；程国平等[8]用一个二维指标即信息被应用和共享的深度和广度来分析信息协同的效果；吴荣斌等[9]建立三维度指标体系来对知识创新协同模式的运行效果进行评价；周荣辅等[10]依据节点企业间协同的特点，建立了一套非常完整的协同效果评估指标体系；徐莉莉等[11]建立了物联网环境下供应链企业间信息协同效果的评价体系，并提出了一种新的信息协同度度量方法；曹万平、张华宇[12]以信息协同的范围、协同信息的强度和协同信息的质量三个方面作为一级指标建立了信息协同效果评价指标体系，并根据超视距协同空战特性对各个指标做了量化处理，同时依据该指标体系建立信息协同效果评价模型对信息协同的效果进行评估。

综上，关于工程变更信息协同效果的研究比较少，本文参考经济管理学中信息协同度的思想并在借鉴前人研究的基础上，通过分析变更信息的特点，建立船舶设计制造变更传播的信息协同效果评价模型，为增强各变更涉及企业间的信息协同强度提供一种参考和依据。

1 工程变更传播的信息协同效果评估指标体系

信息协同是指围绕客户及业务流程，使用互联网技术以有效的组织成员企业间的信息资源，实现信息的快速集成、传递和及时共享，消除成员企业间的信息孤岛，对客户的需求做出快速准确有效的响应[13]。基于信息协同的定义，本文将船舶设计制造工程变更传播的信息协同定义为：将有使用价值的变更信息在船舶设计制造变更涉及企业之间进行传递、处理和储存，达到对变更信息的及时获取和响应，进而促进对工程变更的管理。船舶设计制造全生命周期过程中发生的工程变更贯穿从供应商到船东的所有变更涉及的成员企业，主要是指造船厂与各级供应商及船舶设计所之间变更信息的协同。本文基于船舶设计制造过程中变更信息传递和协同的特点并借鉴DSCC方法（Degree of S u p p l y C h a i n Coupling，供应链耦合 度 理 论 ）[14]和DICSC方法（Degree o f I n f o r m a t i o n Collaboration in Supply Chain，供应链信息协同度度量方法）[15]中指标体系的设计，在此基础上考虑工程变更传播信息协同的质量指标，构建如图1的工程变更信息协同评估框架图表示变更信息流）。

IE表示变更信息协同延展度，也称为变更信息协同范围。IE指的是工程变更发生后，参与变更信息协同的企业总数量。信息延展度的值由信息协同广度Iw和信息协同深度Id共同决定，信息协同广度指的是横向上处于同一层次的参与变更信息协同的企业的数量，信息协同深度指的是纵向结构层次中参与变更信息协同的企业的数量。

II表示协同变更信息强度。根据船舶设计制造工程变更信息传播的特点及变更信息协同的需求，本文中协同变更信息强度指的是造船厂与其它供应商企业或船舶设计所之间进行变更信息传递和协同的种类和数量，反映了造船厂和其他成员企业之间进行变更信息协同的程度。

IQ表示协同变更信息质量度。IQ指的是各级供应商企业或设计所与造船厂进行变更信息传递和协同的质量高低，反应的是变更信息的效用和价值大小。为了保证变更涉及主体间能快速准确的响应变更，本文主要从变更信息传播的有效性IQs、准确性IQa、时效性IQt三个指标来衡量协同变更信息质量度。

2 工程变更信息协同效果评估指标的量化模型

2.1 变更信息协同延展度

根据上述分析可知，变更信息协同延展度包括协同变更信息广度Iw和协同变更信息深度Id两部分，参考文献[12]则有：

图1 工程变更信息协同评估框架图

式中，1α、2α表示的是信息协同广度和信息协同深度在信息协同延展度中所占权重的大小，本文根据船舶设计制造工程变更信息的类型确定它们的大小。

1）信息协同广度Iw，表示供应商企业或设计所参与工程变更信息传递和协同的在横向上处于同一层次的协同程度。有如下定义：cin表示第i层拥有的供应商企业或设计所的两两连接数，cij表示第i层与造船厂进行变更信息协同的两两连接数；j表示的是变更信息协同的层级数；iλ表示的协同节点所处的层次的权重；根据实际情况，一般而言随着级数的递增，其重要性的趋势递减，则有：λi+1＜iλ。根据以上定义有：

2）信息协同深度Id表示供应商企业或设计所参与工程变更信息传递和协同在纵向上处于不同层次的协同程度。有如下定义：clp表示的是不包含在i层的层数l拥有的供应商企业或设计所的数量；clq表示的是不包含在i层的层数l中与协同供应商企业或设计所进行变更信息协同的数量； 表示的是与造船厂进行变更信息协同的节点所处层次的权重；根据实际情况，一般而言随着级数的递增，其重要性的趋势递减，则有λl+1＜lλ。根据以上定义有：

2.2 协同变更信息强度

协同变更信息强度II主要解决协同哪些变更信息的问题，即进行协同的变更信息的内容和种类。船舶设计制造的工程变更涉及到的供应商企业和设计所很多，由于不同企业的业务流程不同，其正常运作及所需协同的变更信息也不同。比如船舶的设计变更信息的协同主要涉及船东、分段厂、协作厂、船研所和配套厂商；在船舶制造过程中，船东代表可能会对船舶产品或舾装设备的设计和制造提出一些新的要求，船厂有时不得不采纳，这就要求船厂及时将此类变更信息与分段厂、协作厂、配套厂商进行协同和共享，迅速对生产计划作出相应的调整，以免造成更大的损失。生产信息主要包括生产能力信息与生产计划信息两大类。造船生产计划变更信息协同涉及配套厂商、原材料厂商、分段厂和协作厂等成员企业，造船厂准确及时地与变更涉及主体间进行生产变更信息协同，对满足船东需求、缩短船舶生产周期具有重要意义。制造商需要及时获得造船厂变更的库存信息等，供应商又需要及时了解制造商的变更库存信息等，以便调整自己的生产计划，保证及时供货。根据以上内容可以看出变更的信息与种类对信息协同强度具有重大的影响，因此研究协同变更信息强度十分有必要。

为及时响应船舶设计制造过程中发生的工程变更，就要求变更涉及到的供应商企业和设计所与造船厂及时进行变更信息协同，以降低损失，按时完成生产计划。根据船舶设计制造工程变更信息的重要性和代表性以及前文的分析，本文选取设计变更信息、生产能力变更信息、生产计划变更信息、库存变更信息、物流变更信息进行研究分析，并分别用S、C、P、I、T表示。

假定造船厂共与N个供应商企业和设计所进行变更信息的协同，参考文献[15]有：

式中， βk表示造船厂与其第k个节点供应商企业或者设计所之间进行变更信息协同的权重；N表示与造船厂进行变更信息传递与协同的供应商企业和设计所数量；表示造船厂作为客户向第k个供应商企业或者设计所提供变更信息的权重大小， χk表示的是造船厂作为客户向第k个供应商企业协同其变更信息（生产能力变更信息、生产计划变更信息、库存变更信息）的权重大小，表示的是造船厂与第k个供应商企业协同生产能力变更信息、生产计划变更信息、库存变更信息等变更信息的相对权重大小；表示的是造船厂与第k个供应商企业协同物流变更信息的权重。

企业生产面临着很多的不确定性因素，为降低不确定性因素的影响，要及时调整生产计划并建立生产计划调整系统[16]，而工程变更就是一种很常见的不确定因素。工程变更发生在产品的全生命周期中，具有随机性、无序性等特点，若不能及时响应变更，就会严重影响生产进度，增加成本。而及时响应工程变更的主要目的是快速制定新的计划以适应新的生产需求，随着变更的发起和执行，会不断产生很多新的计划，例如生产计划、采购计划、组装计划等，而变更信息共享和协同的及时性可对计划的执行产生直接影响。因此对S、C、P、I、T这五种变更信息应当可从新计划产生和执行的角度考虑各成员企业间的变更信息协同程度。本文参考文献[15]中相关指标的制定，定义w1、w2、w3三个时间指标，w4、w5两个聚合指标。其中，w1表示变更信息获取所需要的时间与一个新计划生成所用时间段的比值。其值若为1则表示随着变更信息获取，新的计划可以在下次新的变更信息获取之前制定完成。w2表示工程变更信息与计划变更频率的相关程度，计划的变更速度越快，w2越趋近于1。若新制定一个计划所需时间大于一个计划周期的长度，则w2=0；表示一个计划周期被划分的程度。若其值为1则表示变更信息在计划周期内可以被持续运用；w4表示造船各成员企业之间地理信息的集聚程度。w4=1表示相关地理信息在成员企业之间共享，w4=0表示相关地理信息在成员企业之间没有共享。w5表示变更信息的详细完备程度，其范围为[0,1]，若变更信息描述的越详细，则w5越趋向于1。

根据上述指标分析，有：

设计变更信息、生产能力变更信息、生产计划变更信息、库存变更信息、物流变更信息相关的各指标的权重大小。

2.3 协同变更信息质量度

变更信息协同质量IQ指的是在船舶设计制造各供应商企业和设计所与造船厂之间传递和协同的工程变更信息的准确性、有效性性和及时性。船舶产品的设计制造由很多供应商企业与设计所组成，它们之间存在着密切的联系，一个企业的变更会对其他企业产生很大的影响，很可能会延迟最终产品的交货期。因此对传递和协同的变更信息的质量有较高的要求，对其影响因素进行研究十分有必要。本文参考文献[11]中相关指标的量化分析，选取变更信息的准确性、有效性、及时性三个因素对协同变更信息的质量进行研究。

1）协同变更信息的准确性IQa，是指各供应商企业或设计所与造船厂之间进行协同的变更信息与真实变更数据相比的准确程度。因为变更信息在收集与编辑过程中会发生一些遗漏或者错误，所以有必要对变更协同信息的准确性进行定义和研究。有如下定义：Nli表示在一定期间第i个供应商企业或设计所与造船厂准确传递变更信息的次数；Lli表示在一定期间第i个供应商企业或设计所与造船厂传递变更信息的总次数；n表示在一定期间内与造船厂进行变更信息传递和协同的供应商企业或设计所总数量。

2）协同变更信息的有效性IQs，是指造船厂与供应商企业或设计所进行协同的信息的有效性。变更信息传递前应经过审核，根据不同的企业传递和协同其需要的变更信息，应具有针对性。因为在船舶产品全生命周期过程中会产生非常大量的变更信息，若不加整理和区分，会给合作单位造成信息困扰。本文采用有效变更信息的传递次数和总次数的比值表示变更信息协同的有效性。则有如下定义：N2i表示在一定期间第i个成员企业与造船厂有效传递变更信息的次数；L2i表示在一定期间第i个成员企业或设计所与造船厂传递变更信息的总次数；n表示在一定期间内与造船厂有变更信息传递和协同的成员企业或设计所的总数。

3）协同变更信息的及时性IQt，是指供应商企业或设计所与造船厂之间及时进行变更信息传递和协同的程度。在变更信息的传递和协同过程中会无法避免的出现一些信息差、最低延迟的现象，会对变更的及时响应造成一定影响，因此需要对变更信息协同的及时性进行研究。有如下定义：N3i表示在一定期间第i个供应商企业或设计所与造船厂及时的传递变更信息的次数；L3i表示在一定期间第i个供应商企业或设计所与造船厂传递变更信息的总次数；n表示在一定期间内与造船厂有变更信息传递和协同的供应商企业或设计所的总数。

3 工程变更传播的信息协同效果评估模型

通过以上对工程变更信息协同指标体系的建立以及对各指标的量化分析，并参考文献[12]中建立的信息协同效果评价模型，可建立船舶设计制造工程变更传播的信息协同效果评估模型：

4 模型的实例验证

本文以CX船厂为例，该船厂作为船舶设计制造的核心企业，基于模块化造船模式，研究其与船舶设计制造供应商企业或设计所之间进行变更信息协同的程度。该造船厂的供应商有三级，然而在变更信息的协同处理中一般只涉及到二级。本文验证该船厂与变更涉及到的供应商企业或设计所的信息协同效果，分析其工程变更信息协同程度。根据图1中各指标的结构图，对数据进行整理后可得表1。然而由于某些影响指标权重的数据无法获取，因而只能咨询相关专家后根据其经验进行赋值。

4.1 模型相关度量指标的计算

变更信息协同延展度。经过实地调研并在咨询相关专家并与船厂相关负责人沟通后，将数据代入可得：

则有：

协同变更信息强度。根据相关资料和实地调研，可分析得出相关变量的数值，并跟相关管理人员协商确定各权重，将数据代入可得：

根据以上计算及式(4)，同时为了简化计算过程，降低计算的复杂度，本文不对每一协同节点企业的变更信息强度进行研究，而是咨询相关专家后给出相应的均值。则可将协同变更信息强度的计算方法进行简化如下：

协同变更信息质量度。经过实地调研及与相关专家的协商可确定变更信息协同的准确性、有效性和及时性相对于协同变更信息质量度的权重的值分别为0.35、0.35、0.30。

表1 各指标的权重系数

1）协同变更信息的准确性。

2）协同变更信息的有效性。因为在节点企业之间传递和协同的变更信息都是经过审核的，因此除了传递协同过程中出现的错误外，传递的变更信息都是有效的，因此可将协同变更信息的有效性取为准确性的值。

3）协同变更信息的及时性。

综上可得该船厂的最终的协同变更信息的质量度为：

4.2 相关指标计算结果分析

通过实地调研，根据对相关数据和信息的整理分析加工以及向有关专家咨询确认权重，将相关数据代入对应公式可得如表2所示结果。

通过对上表进行分析可得：该船厂的变更信息协同延展度一般，协同变更信息强度较高，协同变更信息质量度极高，与实际调研情况相符。从整体上看该船厂的变更信息协同度较高，但仍有较大的提升空间，尤其是在变更信息协同的范围和内容方面需要进一步的加强。

因此为增强各变更涉及企业间的信息协同强度、加强对工程变更信息的管理以及更好的响应变更，该船厂可以从加大与更深层次的成员企业进行变更信息交流的力度，更主动地进行变更信息的共享与协同，做到真正意义上的互利共赢着手。

5 结束语

本文以模块化造船的分工合作为研究背景，对船舶设计制造变更传播的信息协同度进行研究。以变更协同信息延展度、协同变更信息强度和协同变更信息质量度3个指标进行分析，建立变更信息协同效果评价模型，可识别出变更信息传递和协同的薄弱环节，为改善变更信息协同效果、增强船舶设计制造变更信息协同度及加强船舶制造企业对工程变更信息的管理提供一种量化的依据和参考。

船舶设计制造全生命周期过程中发生的工程变更内部涉及与产品设计制造过程直接相关的全部部门，主要包括设计、工艺、生产等部门，即变更信息在各直接相关部门间的协同；外部贯穿从供应商到船东的所有变更涉及的成员企业，主要是指造船厂与各级供应商及船舶设计所之间变更信息的协同，即变更信息的外部协同。本文只针对变更信息外部协同效果进行研究，在以后的研究中可对变更信息内部协同效果的评估进行研究分析。

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表2 计算结果

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Information collaborative evaluation model of ship design and manufacturing engineering change propagation

SU Xiang, LIANG Yan-xia, WANG Zhi-ying

TP29

：A

：1009-0134(2017)05-0130-06

2017-03-05

国家自然科学基金面上项目（71471078）；国家科技支撑计划项目（2015BAF21B00）

苏翔（1965 -），男，教授，博士，主要从事信息管理与信息系统、造船项目管理、成本控制方面的研究工作。