预设计模式优化造船设计

苏士斌，陈 莉，周晓莹，何梓强，陈伟雄

（广州文冲船厂有限责任公司，广州 510725）

预设计模式优化造船设计

苏士斌，陈 莉，周晓莹，何梓强，陈伟雄

（广州文冲船厂有限责任公司，广州 510725）

在研究船舶串行设计模式的基础上提出预设计模式，完善设计流程，深度融合船、机、电多专业的相关设计信息，使部分设计工作技术性前移，一些设计工作预防性解决关键问题。预设计模式在机制上可减少目前所发生的许多重大修改，减少物量和工时浪费，提高造船效率，提升企业经济效益。

设计模式；串行设计；预设计；修改

0 引言

世界船型趋向大吨位、高技术含量和高附加值、新技术、新工艺和新船型，中国造船业进入新的发展阶段，尽管面临船市下调和其他众多风险，今后仍可以实现又好又快的发展。造船是一个兼容设计和建造的复杂生产过程，只有在技术上不断进行自我技术创新和发展，才能提高造船效率、促使造船企业强大[1-2]。现在造船模式按区域组织生产，壳、舾、涂作业在空间上分道、时间上有序，实现设计、生产和管理一体化，而造船模式得以顺利开展的基础在于船舶设计的正确性、合理性，船舶的设计模式则起到了关键性的作用。从船舶建造角度分析，船舶企业的综合竞争力主要取决于生产制造工艺、科技水平、产业规模和经济效益。科技水平包括开发设计水平和造船水平，这些决定了产品的竞争力。

通过对目前船舶设计的串行设计模式和建造过程分析，由于设计时间和施工周期逐渐变短，在串行模式中有时出现一些重要设备相关的修改单等，伴有较多物料和工时消耗，甚至延长施工周期。串行设计模式主要体现在分工上，以专业为主，在船、机、电等各专业基础上实行先船体，再轮机，最后电气的流程。设计内容相互独立，只有当设备之间或设备与船体结构碰撞时才进行专业协调，处理暴露出来的问题。

本文提出一种创新的船舶设计模式——预设计模式，该模式深度融合船、机、电等专业重要设备和关键点信息，包括重要设备、油、水、气、管系和舾装等，使部分工作进行技术性前移，优化结构，合理布局，设计出兼容性更强的建造方案，提高船舶设计的可制造性和生产合理性，减少施工现场引起的各专业协调的工作量，促进船舶设计和现场施工效率进一步提升，使造船成本得到有效控制，提高船厂经济效益。

1 质量事故分析

目前，船舶设计模式较多属于串行设计模式，主要由初步设计、详细设计和生产设计3个阶段构成，每一个阶段只需完成本阶段的工作。生产设计是船舶建造过程中的最后一个设计环节，仅仅依靠挖掘生产设计的潜力不能够实现壳、舾、涂一体化的造船模式要求[3]。研究了广州文冲船厂多年来的设计过程，发现生产设计往往不能解决所有问题，特别随着设计周期变短、节点间隔越来越短、人员工作量越来越多，设计人员在繁忙的工作中顾此失彼，串行设计模式中的不足之处突显出来，使得一些修改在所难免。许多重要设备在现场施工时才发现需要进行修改，各专业不得不再次花费大量时间协调处理问题，既浪费大量物料，也浪费许多设计工时和现场施工工时。曾有一条32 000 DWT船的修改物量达到了36 t之多，其中板材和型材消耗最多，电装、机装、甲装、施工现场等几乎所有的科室都涉及修改，大量设计工时被浪费，伴随大量物量修改，也产生许多废返物量。

对大量典型质量事故进行分析，可以看到一些重要设备与关键点时常发生因各专业没有及时充分协调，导致现场施工产生巨大修改。过去有充分时间的设计工作情况已经不复存在，当前设计节点和施工周期日益缩短，不会再有多余的时间留给设计人员去慢慢检查，慢慢协调，慢慢修改。造成这些质量事故的主要原因在于串行设计模式，初步设计完成后，将剩余工作交给了详细设计，详细设计完成后又将剩余工作交给生产设计。这种像流水线一样的串行设计模式中，一个设计阶段往往只关注一个阶段所涉及的各方面问题，对于一些跨阶段需要关注的设计或设备时常不能够做到完善，这样就会出现各种各样的问题，从而造成设计修改和现场返工。图1为串行设计模式结构图。

在串行设计模式中，设计人员按要求完成本职工作后将成果推向后一设计阶段，当后一阶段产品的可制造性、可装配性、可维护性等变得较差甚至不可能实现时，就重新返回到前一设计阶段，再次协调寻找解决问题的方案。串行设计模式中各阶段之间缺少预防和监督机制，缺少对重要设备与关键点进行积极预处理的工作流程。若设计中各专业之间缺少有效沟通则会发生各种设计问题，导致质量事故出现，修改增加船舶设计和生产成本，也使船舶建造周期变长。

一条2 800 DWT散货船GWS44*在现场施工阶段发现应急配电板高度超出梁下净空高的质量问题，分段合拢前的设备检查时，发现梁下净空高2 250 mm，而应急配电板高度为2 280 mm，且由于应急配电板重量大，底部采用L50×70×5角钢制作底座，进一步增加了设备高度。这样即使拆除顶部吊装角钢结构，横梁结构依然与应急配电板相碰，施工现场不得不临时修改应急配电板上方大梁以满足要求，这样的修改又需要船体结构送审并认可，才可以施工。船体结构的美观性无从保证，既浪费了大量的板材又增加了施工周期。不同专业的生产设计人员之间没有积极协调是造成该问题的主要原因，但作为前一阶段的初步设计和详细设计缺少对应急配电板这样的重要设备布置进行相应的关注，只是将相应工作留给下一阶段，让生产设计阶段内的各专业之间进行协调处理，从而留下了质量事故隐患。若在初步设计和详细设计阶段，相关专业给予重要设备应急配电板一定的预设计，积极关注应急配电板相关的尺寸、走线方式与位置等，使船体结构设计一次到位就可以避免这样的修改。

2 创新预设计模式

相对于造船行业动辄上亿元的投入，仅占其4%左右的设计费用并不能左右船市大局，但船舶设计影响了船舶70%左右的成本投入，对船舶“优生”起到了关键作用[4]。船舶设计是造船工业的源头，在整个生产过程中起着主导作用，船舶设计决定船体的结构、尺寸和性能，且对生产成本、建造周期和船舶运营都有极其重要的影响[5-6]。

为了更好地解决上述问题，本文提出与串行设计模式不同的新型设计模式——预设计模式，它不仅要解决“造怎样的船”，同时还要解决“怎样造船”，即将“造怎样的船”和“怎样造船”结合起来，使二者融为一体，在解决“造怎样的船”的同时充分考虑船体、轮机和电气的结构、重要设备、主干电缆走向、管系及其他关键点等信息，优化设计，提高设计的产品可制造性，使“怎样造船”变得合理顺畅，减少修改避免浪费。预设计模式体现了各专业之间协同进行，重要设备、关键点设计工作前移的设计思路，特别是把串行生产设计、现场施工阶段需要大量协调的设计信息进行前移，及早解决关键问题，有效减少各专业内部和专业之间的大量协调工作，也杜绝了施工现场出现修改成本较大的修改单，有利于后续制造和现场施工，提高船舶质量。预设计模式使船、机、电等多专业信息融合到一起，设计顺序在串行设计模式的基础上融入协同性设计信息。图2为预设计模式结构图。

对比图1和图2可以看出，预设计模式在串行设计的基础上将重要设备、关键点等后期工作进行技术性前移，体现了各设计阶段之间、各专业之间协同进行的设计思路，把重要设备与关键点的部分设计工作进行技术性前移，特别是把串行模式下生产设计、现场施工阶段需要大量协调的设计工作前移，预防性处理，有效减少下游设计中各专业内部、专业之间协调的工作量，杜绝施工现场出现成本较大的修改。在预设计模式中，预设计通道不是一个独立存在的部门或阶段性工作，而是融合在初步设计、详细设计和生产设计之中。经验丰富的设计人员、施工人员等将重点设备与关键点的布置、工作等数据信息反馈给前向设计阶段，各设计阶段筛选相关信息，并在各设计阶段内积极关注相关工作，采取有效措施，从而使生产设计达到优化设计的目标，避免问题出现。

预设计不同于串行设计中生产设计的协调，协调往往是在生产设计的各专业间自己进行设计工作出现问题时发生，是问题产生之后进行的专业内或专业间沟通协调。协调是串行设计出现问题时采取的一种处理问题的方式，相对于问题出现是滞后的，而预设计相对于问题出现是超前的。预设计是一种预防性的、积极的工作方式，针对重要设备与关键点采取有效措施避免问题出现，不把重要设备与关键点的问题仅留给下游设计阶段去处理。表1为串行设计模式与预设计模式在多个方面的对比分析。

表1 串行设计模式与预设计模式对比

由表1可以看出，预设计模式在产品设计过程中同时考虑后期设计和生产因素，从而使设计正确性和产品可制造性进一步提高，加快产品的开发进程，缩短产品的开发时间，有效降低成本，提高产品质量，增强企业的竞争力。

以内通报警系统为例，报警铃的布置既可以布置在走廊，也可以在走廊和舱室内都进行布置，都满足规范要求。这就给船厂设计和内通报警设备厂家设计提供了多种可行方案，各方案对设备成本、电缆成本、施工成本和设计成本的影响不同。依据预设计的思路，尽量减少随后设计工作中的难点，在内通技术协议制作时就将设计方案选定为仅在走廊布置报警铃，同时协调上建舱室门负责的部门，使门带有栅格形式。这样在订货阶段就考虑报警铃布置的设计和施工，确定相应的设计方案，避免将来再选择其他设计方案，给生产设计和现场施工留下隐患。

预设计模式的实施对设计人员提出了更高的要求，要求通过交叉培训提高各层次设计人员的素质，拓宽设计人员的各专业知识面，增强初步设计、详细设计和生产设计的能力。同时，需要经验丰富的各专业和现场施工人员收集、整理重点设备和关键点的部分工作，并将数据信息反馈到生产设计、详细设计和初步设计中进行审核分析，结合生产状况做出相应的处理，合理化设计方案，使设计工作和现场施工有一定的设计制造方向感。此时若有丰富经验的QC或负责总体的人员介入并提出合理化建议，将更有效地促进信息交流和设计工作的改进。

3 结论

随着造船形式的发展及造船模式的转变，企业竞争力由产品的开发速度及效能来决定。预设计模式促进各专业间的信息融合，将重要设备和关键点的设计工作前移，使得一些关键工作在前期予以考虑，预防性处理问题，减少后期各专业之间的协调工作，减少修改物量和工时浪费，提高造船工作效率。预设计模式也对设计人员提出了更高的要求，通过交叉培训学习，促使员工在船舶设计工作中拓宽专业知识面，提高船舶企业的设计水平和竞争力。

[1] 刘飞, 林焰, 王运龙, 等. 提高新造船能效设计水平的多种新措施[J]. 船舶工程, 2011, 33(2): 6-9.

[2] 曲鹏翔, 马晓平. 船舶并行协同设计动态计划管理系统研究[J]. 造船技术, 2010, (2): 8-10.

[3] 孙怀义. 创造新的船舶设计模式 推进船舶建造向现代化发展[J]. 舰船科学技术, 2009, (2): 3-4.

[4] 徐华. 船舶设计驶入“绿色通道”[J]. 中国船检, 2008, (8): 10-12.

[5] 王能建, 贺泽, 邱长华. 协同设计及其在船舶设计中的应用[J]. 船舶工程, 2004, 26(4): 16-18.

[6] 王能建, 邱长华. 支持协同设计的船舶设计过程模型研究[J]. 中国造船, 2005, 46(1): 66-69.

Pre-design Model to Promote Shipbuilding Design

SU Shibin, CHEN Li, ZHOU Xiaoying, HE Ziqiang, CHEN Weixiong

(Guangzhou Wenchong Shipyard Co., Ltd., Guangzhou 510725, China)

Based on the research of ship serial design patterns, pre-design model is proposed in order to improve the design process and to integrate relative design information of hull, machine and electricity. Some parts of the design go technically forward and some can preventively resolve key issues. Pre-design model in the mechanism may reduce the current number of significant modification with reducing material and working hours, which raises shipbuilding efficiency and enhances economic efficiency of the enterprises.

design model; serial design; pre-design; modification

U662

A

10.14141/j.31-1981.2017.03.006

苏士斌（1979—），男，工程师，博士，研究方向：船舶设计及自动化。