船舶模块化设计与制造技术分析

俞梦娜 夏志平

摘  要：进入新世纪以来，我国的经济持续平稳增长，国家综合国力不断提升，各行各业也发生着日新月异的变化。船舶行业作为国民經济的重要组成部分，不仅为海洋资源的开发利用提供装备，也为世界贸易提供了必须的平台。船舶行业是一个巨大的社会系统工程，其所处的产业链涉及面甚广，产业关联性极强，能够较快地带动与之相关行业的发展。造船是船舶行业的核心部分，而船舶的设计和制造技术是重中之重。船舶的设计和制造是一个复杂的过程，加强对船舶设计与制造的研究力度是非常必要的。因此，文章就船舶模块化设计与制造进行了深入的分析和探讨。

关键词：船舶;模块化设计;制造

中图分类号：U671.91 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）29-0151-02

Abstract： Since the beginning of the new century， China's economy has continued to grow steadily， the country's comprehensive national strength has been continuously improved， and various industries are also changing with each passing day. As an important part of the national economy， the shipbuilding industry not only provides equipment for the development and utilization of marine resources， but also provides a necessary platform for world trade. Shipbuilding industry is a huge social system engineering， whose industrial chain involves a wide range of areas and the industrial relevance is very strong， therefore， it can quickly promote the development of related industries. Shipbuilding is the core part of the shipbuilding industry， and ship design and manufacturing technology is the top priority. Ship design and manufacturing is a complex process， so it is very necessary to strengthen the research on ship design and manufacturing. Therefore， this paper makes an in-depth analysis and discussion on the modular design and manufacturing of ships.

Keywords： ship; modular design; manufacturing

造船业在我国有着悠久的历史，早在3000年前就已经有木板船了。进入新世纪以来，我国的船舶工业进入了快速发展轨道，产业规模不断扩大，造船产量大幅提升。但是相比于船舶产业发达国家，我国的船舶设计制造仍然处于初级阶段。在第四次工业革命的时代背景下，计算机技术已经应用于各行各业，船舶设计与制造也呈现出全新的模式。传统的船舶设计与制造技术已经难以适应行业发现要求，正逐渐被边缘化甚至彻底淘汰。在计算机技术的辅助下，现代船舶设计与制造日益精细化，准确性越来越高。现代船舶设计的核心技术之一是船舶模块化技术，纵观西方发达国家的大型船舶设计制造企业都对船舶模块化设计进入了深入的探索研究，现已取得了较为丰硕的成果，对于创新行业技术工艺、推动行业发展、提升行业经济收益都有着重要的推动作用。因此，我国船舶行业的各级主管部门和相关从业人员应该加强对于船舶模块化设计的探究。

1 模块化简介

模块化是现今普遍运用于复杂问题的工作处理方式，即将复杂的问题自上而下逐层地分解为若干个模块，每个模块完成系统的一个子功能，所有模块遵循严密的逻辑按照一定的方法再组装成一个整体，从而完成该复杂系统所要求的所有功能。现代船舶企业在设计与制造过程常常采用模块化方式，能减少造船企业的制造成本，促进造船企业实现更好、更快的发展。要想完成船舶舾装模块化设计，我们要深入了解模块化理论，从而更好地完成船舶舾装的制造过程。模块化是以系统论、标准化、相似理论为基础理论。模块化的系统论理论要求在船舶舾装的过程中，必须把船舶上的各种部件视为一个系统，并深入了解各个系统的结构和功能，寻找各个系统之间、系统与环境之间、要素与系统之间的关系，从而找到优化系统结构的有效方法，实现系统的和谐统一。模块化的标准化理论决定了在进行船舶舾装的过程中，必须保证各个系统能够拥有独特的标准，从而在行驶船舶的过程中，各个不同的系统能够单独使用，或者不同系统之间能够实现不同的组合，实现功能的多样化。模块化的相似理论要求船舶的制造者必须熟悉各个部件的相似性，尽量减少产品的多样化。

2 模块化造船的国内外发展状况

船舶是伴随着人类生产生活、探索世界的脚步产生的，其发展历程漫长，目前大体经历了四个比较大的时代，即舟筏时代、帆船时代、蒸汽船时代和柴油机船时代。第三个阶段开始进入近现代船舶时代，这时的船舶发展为使用非自然动力，可以在船舶上使用外加的矿产燃料动力，这是非常大的进步。现在我们正处于全新的第四个发展阶段，综合运用现代信息技术发展海洋立体交通。各个历史阶段的生产力发展水平差异巨大，其造船技术也具有鲜明的时代特色。在第一个阶段中，造船是系统导向型的，具体表现就是船台散装与码头舰装，以及整船涂装。在第二个阶段，发展成为系统和区域导向型，具体表现为分段建造、预舾装及预涂装。第三个阶段，进一步发展为区域、类型和阶段型造船，其表现形式为区域建造、区域舾装及区域涂装。目前的第四阶段，中间产品导向型成为主导，并逐渐向产品导向型过渡，造船已经完全实现了壳舾涂一体化，在不久的将来终将实现设计与制造的一体化。

3 船舶模块化设计与制造方法的具体应用

基于模块化的基础理论，要想在船舶设计与制造中实现模块式的设计要求和制造目標，就应该对船舶设备按照一定的规律分解为不同的模块，将设计要求划分到每个模块，然后按照具体进行各项操作。各模块同时作业，既彼此关照又互相制约，从而保障整体建设的进程。这样的操作流程设计人员就决定了相关设计工作需要多人同时开展，设计人员必须在全面细致地了解到各依附式模块的具体特征和要求基础上，从功能和布置两个层面，对模块化设计方式进行深入的研究。

船舶设备功能的设计质量直接影响着设备安装效率和后续使用，在进行相关设计时需严格遵循各项规范标准，避免出现误差。虽然这一部分的设计内容相对比较简单，但是误差的出现率却不低，主要是因为设计人员对设备主系统与各个子系统之间的结构关系了解得不透彻，制作设计方案时，在细节方面有所疏漏。比如，设备配套功能的完善就常常被忽略。因此，设计人员切不可心急，务必全面考虑设计方案的各项内容和细节，充分进行优化。只有这样才能确保设备的安装和后续使用，提高设备运行的稳定性。

设备布置模块涉及的内容广泛，影响因素较多，设计人员在开展相关工作时要对可能涉及到的内容进行全面细致的考虑，尤其要注意特殊环节，如设备暴露在外部的区域需重点关注。在满足建设要求的同时还要保证设备外观的整体性和美观性。一般设备布置区域主要有四个系统，因为各系统的功能不同，其对设备的类型要求也有一定的差异，设计人员需要根据具体的实际情况采取针对性的设计方式。船舶设备设计单位需密切关注相关行业动态，加强与国内外同行的联系，积极学习他们的先进技术，总结以往工作的宝贵经验;定期组织内部设计人员的专业培训，介绍最新行业信息和前沿技术，提高其专业素质和业务能力，为船舶设备的设计工作做好准备。

船舶设备模块化设计首先进行设备功能的设计。这项工作的重点是子系统的模块化设计和通用化设计，要对子系统的构成产品进行完善，才能实现设备的功能建设。在对设备进行功能设计时，主要存在两个方面。第一，从产品平台角度进行设备的概念设计，根据市场的应用需求，对产品进行全面的分析，结合系统的结构和特点，制作最优的设计方案。还可以通过后期工艺的增加，来增强技术的通用性，对设备进行优化和完善。其次，对设备进行接口设计，根据接口的定义，对设备自身的功能和特征进行明确，然后按照设计的原则开展相关的工作，满足接口部分的设计要求。

船舶设备进行模块化制造前，需对设计方案进行全面深入的学习，了解设计方案的具体要求和每个模块的建设特点。在进行模块化制造时必然会存在与设计方案不符之处，作业人员要及时与设计人员沟通;设计人员有必要根据现场实际情况重新分析设计要点、整理设计思路，务必使设计方案具备可操作性;作业人员在充分理解设计方案后需严格按照相关技术标准和规范，开展具体操作。同时，企业应聘请具备资质的专业人士担任现场的技术指导和工程监理，严把质量关。只有这样，才能有效保证最终建设出来的船舶设备满足设计要求，符合质量标准。

4 船舶模块化设计与制造的发展方向

随着第四次工业革命时代的到来，利用信息化技术促进产业变革已经成为大势所趋。我国政府提出“中国智造2025”，部署全面推进实施制造强国战略。造船业作为我国工业的重要组成部分，应该积极响应国家政策，与时俱进，充分利用信息化技术实现产业升级。模块化能够帮助各船舶企业实现大规模批量化生产，并根据不同的需求及时调整设计方案，完善设备功能，设计能够适用于不同船型的通用模块，真正实现船舶业的“智造”。

4.1 未来造船模式

未来造船模式指SCIMS，即造船计算机集成制造系统。它的终极目标是实现一体化生产，突破地域和时间的限制，将遍布各地的模块生产工厂，与船厂、设备制作厂与材料制作厂进行相互的连接，使各个工厂能够及时了解彼此的生产情况，并据此调整各自的生产进度，这样可以及时有效地实时监控各工厂的生产，使生产系统做到无缝连接。这样的系统建立是通过信息的数字化与信息高速公路以及信息的网络化来实现的。总之，这种SCIMS可以给未来进行彻底的模块化造船提供了有力的技术帮助，也只有在这样的系统中才可以实现真正的模块化造船。

4.2 生产中心造船模式

生产中心造船模式是一个独立的责任生产单元，在建造的过程中它的任务就是建造专门的分段，同时在专门的分段的建造过程中进行预舾装工作形成模块产品。也可以是进行专门的单元模块的制造、或者只是进行总装的部分。生产中心的划分因标准不同可以由很多“中心”组成，根据性质的不同，生产中心的建造模式可以划分成进行制造的中心与职能中心;根据它的体系结构与设置位置来进一步细化，它还可以划分为实体中心与虚拟中心。

5 结束语

基于上述分析可知，相较于传统的设计方式与制造方法，模块化设计与制造可以实时根据市场需求，调整设计方案，在整体项目的统筹规划上对各设备逐一进行改造优化，实现设备功能的升级，从而使得企业生产出来的船舶设备性能更加优越，更具市场竞争力。由此可见，船舶设计制造企业应该积极与国外同行沟通交流，学习借鉴其成功的设计经验，结合自身实际情况，改进生产工艺和产品制造环节，在有效提升工作效率，增加经济收益的同时，为船舶行业带来更多的综合效益，促进行业的可持续性发展。

参考文献：

[1]刘斌，李积源.舰船模块化设计——预算紧缩时的解决方案[J].国外舰船工程，2003（10）：1-4.

[2]杨国兵.我国造船业模块化制造网络研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2008.

[3]李明.成组技术在现代船舶舾装模块化设计的应用[J].舰船科学技术，2019（18）：22-24.

[4]郑文博.基于人工智能的船舶模块化设计与制造[J].船舶物资与市场，2019（7）：28-29.

[5]代号林，汪自军.船舶模块化设计与制造的现状及发展方向[J].中国水运（下半月），2016，16（1）：16-17.

[6]王双健.船舶模块技术[J].广船科技，2001（4）：14-16.

[7]李永旺，姚寿广，陈宁.船舶模块化设计与制造的现状及发展方向[J].江苏船舶，2005，22（3）：5-7.