中國造船工業(yè)從20世紀(jì)80年代初開始與日本的造船業(yè)合作，引入設(shè)計(jì)、制造、管理技術(shù)，經(jīng)過17年才改變傳統(tǒng)的系統(tǒng)導(dǎo)向型造船模式，基本建立了區(qū)域?qū)蛐偷默F(xiàn)代造船模式。盡管這種模式尚處在初級階段，但這對中國造船工業(yè)卻是一次十分深刻的造船“革命”。

船舶工業(yè)的生產(chǎn)過程是一個(gè)復(fù)雜的有機(jī)的整體大系統(tǒng)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，造船行業(yè)正經(jīng)歷著又一次新的技術(shù)革命，其目標(biāo)是通過現(xiàn)代集成制造技術(shù)帶來造船業(yè)更高的經(jīng)濟(jì)效益，其主要特征是由區(qū)域?qū)蛐驮齑呦蛑虚g產(chǎn)品導(dǎo)向型造船。這其中核心技術(shù)是基于設(shè)計(jì)制造一體化的船舶模塊化建造技術(shù)的發(fā)展。

本文首先就目前國內(nèi)外模塊化造船技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀作一概述，然后重點(diǎn)對船舶模塊化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的開發(fā)與實(shí)施進(jìn)行分析，以為國內(nèi)向以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向的船舶模塊化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的研究與應(yīng)用提供思路.

1 國內(nèi)外模塊化造船的現(xiàn)狀

縱觀船舶制造技術(shù)的發(fā)展，由于制造技術(shù)和設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步，已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)歷史階段，當(dāng)前正處于第四個(gè)階段，正在形成未來的第五個(gè)階段，即更高水平的造船技術(shù)一敏捷制造技術(shù)(簡稱AMT)。目前綜合船舶生產(chǎn)模式、企業(yè)生產(chǎn)要素密集狀態(tài)、生產(chǎn)過程斷續(xù)分界和國外新一代造船技術(shù)的研究開發(fā)，可歸納如下造船模式的五個(gè)發(fā)展階段:

第一階段:系統(tǒng)導(dǎo)向型造船模式――船臺散裝、碼頭舾裝、整船涂裝.

第二階段:系統(tǒng)和區(qū)域?qū)蛐驮齑Ｊ建D―分段建造、預(yù)舾裝、預(yù)涂裝;

第三階段:區(qū)域、類型和階段型造船模式――分道建造、區(qū)域舾裝、區(qū)域涂裝;

第四階段:中間產(chǎn)品導(dǎo)向型階段――殼舾涂一體化;

第五階段:產(chǎn)品導(dǎo)向型階段――設(shè)計(jì)制造一體化。

前兩個(gè)階段屬于傳統(tǒng)造船技術(shù)，中間兩個(gè)階段屬于現(xiàn)代造船技術(shù)，第五階段屬于來造船技術(shù)?，F(xiàn)代造船模式可以理解為以統(tǒng)籌優(yōu)化理論為指導(dǎo)，應(yīng)用成組技術(shù)原理，以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向，按區(qū)域組織生產(chǎn)，殼舾涂作業(yè)在空間上分道，時(shí)間上有序，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理一體化，均衡、連續(xù)的總裝造船。

船舶建造的模塊化概念始于二戰(zhàn)期間美國的大量造船，當(dāng)時(shí)，美國曾擁有165萬造船職工，建造了軍用艦船1768艘。大量標(biāo)準(zhǔn)船的建造促進(jìn)了焊接技術(shù)和分段建造技術(shù)的發(fā)展。這些建造技術(shù)又在20世紀(jì)50年代由日本造船業(yè)加以發(fā)展，60年代，則結(jié)合成組技術(shù)產(chǎn)生了今天模塊化建造技術(shù)的雛形。1971年，前蘇聯(lián)正式提出了模塊化造船方法，于1977年用此方法建造了10萬噸級的“鮑里斯.布托瑪”礦油兩用船。隨后美國開始研究模塊化造船方法并開始組織生產(chǎn)，到70年代末，美國的模塊化造船思想更趨成熟。80年代中期，我國造船業(yè)引入模塊化造船，開始了模塊化造船技術(shù)的研究和探索。由于模塊化造船具有明顯的優(yōu)越性而表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，發(fā)展速度很快，從長遠(yuǎn)來看，它的推廣和逐漸完善無疑將帶來造般工業(yè)上的一場革命。

2 成組技術(shù)與中間產(chǎn)品

傳統(tǒng)的造船模式采用功能型組織結(jié)構(gòu)，即按共同的生產(chǎn)活動調(diào)集資源。工程師和生產(chǎn)人員按功能組織起來。而現(xiàn)代造船模式采用產(chǎn)品導(dǎo)向型組織，即以產(chǎn)品導(dǎo)向型工程分解和成組技術(shù)為基礎(chǔ)。中間產(chǎn)品是指生產(chǎn)的作業(yè)單元，是對最終產(chǎn)品進(jìn)行任務(wù)分解的一個(gè)組成部分，也是逐級形成最終產(chǎn)品的組成部分。成組技術(shù)(簡稱GT)適宜多品種生產(chǎn)，即多種產(chǎn)品小批量生產(chǎn).設(shè)計(jì)和生產(chǎn)以同一方法加以組織，均以同一產(chǎn)品為目標(biāo)，在造船中即以中間產(chǎn)品(Interim Product)為目標(biāo)。一切設(shè)計(jì)、計(jì)劃、船體建造、舾裝和涂裝均按船舶的地理區(qū)域進(jìn)行，船廠把整艘船舶作為最終產(chǎn)品，用工業(yè)工程的方法把它分解為零件和層層部件(部件、分段、總段、舾裝單元等)以及特定的任務(wù)(如涂裝、調(diào)試、試航)稱之為“中間產(chǎn)品”。把所有“中間產(chǎn)品”委托給廠內(nèi)外專業(yè)化高效的生產(chǎn)組織制造，這種造船方法稱之為“中間產(chǎn)品”導(dǎo)向型法。“中間產(chǎn)品”是一種概念導(dǎo)向，其目的是將傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程加以層次化分解，其實(shí)質(zhì)是船舶設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息的一種管理方式。

現(xiàn)代造船理論的技術(shù)權(quán)威契里洛先生認(rèn)為，為了多品種，少批量生產(chǎn)獲得大批量生產(chǎn)的效益，合乎邏輯的有序設(shè)定公司面臨的所有工作，必須應(yīng)用成組技術(shù)。船廠有序設(shè)定工作采用“產(chǎn)品導(dǎo)向的工程分析”(PWBS). PWBS包括船體分道建造法、區(qū)域舾裝法、區(qū)域涂裝法。所謂區(qū)域是包含一個(gè)“族”的產(chǎn)品，如零件、部件、組件、分段或采用特定形式服務(wù)的作業(yè)。生產(chǎn)者把信息和物資轉(zhuǎn)換為中間產(chǎn)品。

現(xiàn)代造船企業(yè)趨向于總裝廠方向發(fā)展，其主要任務(wù)將只是船體制造和管子制作。近10多年來我國建造出口船舶的經(jīng)驗(yàn)表明，管子制作已成為船廠生產(chǎn)中的一條短線，影響著造船的進(jìn)度和產(chǎn)量，并直接關(guān)系到船舶建造成本和船廠信譽(yù)。推行造船生產(chǎn)設(shè)計(jì)是解決這一問題和縮短造船周期的有力措施。生產(chǎn)設(shè)計(jì)開創(chuàng)于日本，早在20世紀(jì)50年代初，曾擔(dān)任日本造船學(xué)會會長、石川島播磨重工業(yè)公司董事長的真藤恒先生受到美國汽車和航空工業(yè)生產(chǎn)體系中提供必要生產(chǎn)信息和數(shù)據(jù)方法的啟示，在造船行業(yè)首次推行了生產(chǎn)設(shè)計(jì)。我國自1978年開始，從日本引進(jìn)了生產(chǎn)設(shè)計(jì)的概念。經(jīng)過二十多年的認(rèn)識、探索、推廣和提高，我國船舶行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)水平有了很大程度的提高?；纠眄樍松a(chǎn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理和現(xiàn)場施工之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。但是統(tǒng)計(jì)資料反映:我國造船業(yè)單船管子預(yù)舾裝率幾年來一直在65%-75%之間徘徊，與國外造船企業(yè)的生產(chǎn)率差距相當(dāng)大，約差10～20倍。所以，我國不少船廠己將管子生產(chǎn)設(shè)計(jì)和加工列為技術(shù)改造的主要內(nèi)容之一，如江南造船廠、滬東造船廠和廣船國際等船廠紛紛引進(jìn)管子設(shè)計(jì)軟件并對管子車間實(shí)施了改造。

3 船舶舾裝模塊化

模塊化造船的概念貫穿于船舶的初始設(shè)計(jì)、建造過程和試航、操作過程。模塊化造船的關(guān)鍵是模塊化設(shè)計(jì)。

基于模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的模塊化建造方法能夠給造船業(yè)帶來巨大收益，并為長遠(yuǎn)帶來降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，使個(gè)性化產(chǎn)品和系列化產(chǎn)品之間的維護(hù)、更新、回收和設(shè)計(jì)再造變得更容易等好處。

直至近幾年，模塊化造船概念的應(yīng)用仍主要集中在有序的建造所需要的生產(chǎn)和裝配計(jì)劃上，生產(chǎn)設(shè)計(jì)繼續(xù)按照傳統(tǒng)的功能系統(tǒng)方式進(jìn)行，結(jié)果在一張圖上表示了一大堆以專業(yè)劃分的工作，并沒有去考慮諸如區(qū)域裝配等模塊化建造概念的應(yīng)用。問題的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)，模塊化建造不僅要求從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，更要求從建造觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行提前設(shè)計(jì)。這已不是生產(chǎn)設(shè)計(jì)和成組技術(shù)能夠解決的問題，模塊化船舶設(shè)計(jì)概念的產(chǎn)生源于設(shè)計(jì)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)簡化、功能單元化、目標(biāo)多樣化。

造船模塊可以定義為，具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸和標(biāo)準(zhǔn)件，且主要部件具有可選性的最終產(chǎn)品的預(yù)制單元。這種預(yù)制單元可以是結(jié)構(gòu)功能單元或系統(tǒng)功能單元。由于模塊中含有可選部件，因此可作局部修改，以滿足船東的使用要求。實(shí)現(xiàn)造船模塊化可以從船體結(jié)構(gòu)和船舶舾裝兩個(gè)方面同時(shí)推進(jìn)，根據(jù)模塊與船體的結(jié)構(gòu)關(guān)系，順裝模塊可以分為自持式模塊和依附式模塊兩大類。

自持式模塊原先是分段或船上的預(yù)舾裝單元，它具有獨(dú)立的基座或支架結(jié)構(gòu)，可以在內(nèi)場預(yù)制，完工后在外場安裝到船體上。將預(yù)舾裝單元升級為造船模塊，從設(shè)計(jì)與建造的角度來看，自持式舾裝模塊是真正的模塊即實(shí)物造船模塊。如:二氧化碳滅火裝置、輸液系統(tǒng)遙控閥組、海水淡水壓力柜、燃油供油、凸輪軸滑油、普通船員艙室等典型船用模塊。

依附式舾裝模塊通常是指設(shè)計(jì)模塊，因其設(shè)備布置范圍較廣或固定要求較高，實(shí)際建造中需以船體分段或船上區(qū)域的結(jié)構(gòu)為依托，模塊的預(yù)制性受船體建造進(jìn)度所制約，但其設(shè)備的可選性和單元的通用性與自持式舾裝模塊相同，因而可以稱為圖面造船模塊。

這些模塊的特征是:具有獨(dú)立功能;具有完善的接口特性;互換性強(qiáng);具有適用性和商品性。

除上述兩類以設(shè)備為主的模塊外，船上還有許多分布的舾裝件。分布舾裝件模塊是依附式模塊的一個(gè)特例，單元中通常沒有供船東選擇的主要設(shè)備，僅是舾裝件在船體結(jié)構(gòu)上布置的一種通用程式。分布舾裝件主要是管路、電纜及其附件。其中主機(jī)周圍的管路單元也可以做成自持式舾裝模塊，以開展“盆舾裝”，這無疑將大大提高管系安裝的生產(chǎn)率。分布舾裝件模塊中，典型的管路模塊有管弄單元，單元所含管件可以綁在一起運(yùn)送，在雙層底分段建造的適當(dāng)階段裝入箱形龍骨，同型船舶的管弄具有很強(qiáng)的相似性，只要在典型模塊可選部件的規(guī)格尺寸上做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整就可以用于一條新船;典型的電纜模塊，如機(jī)艙主干電纜單元，單元所含的電纜按其放樣長度預(yù)裁收卷，在船上舾裝的適當(dāng)階段，隨著船體區(qū)域的逐步延伸，將收卷電纜逐步拉放架設(shè)，實(shí)現(xiàn)電纜預(yù)舾裝。

近年來，對船舶舾裝模塊化的研究主要集中在開發(fā)各種船型中應(yīng)用的自持式的舾裝設(shè)備模塊，而對直接影響造船水平和進(jìn)度的管舾裝模塊的研究卻很少。對管舾裝模塊的研究和開發(fā)可以從舾裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)出發(fā)，從典型的船型向類似船型發(fā)展。

船舶管系設(shè)計(jì)是輪機(jī)設(shè)計(jì)中工作量最大、最復(fù)雜、最繁瑣的部分，同時(shí)也是船舶制造過程中生產(chǎn)設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)、加工制造和現(xiàn)場安裝工作量最大、最復(fù)雜、最繁瑣的部分。長期以來，船舶管路設(shè)計(jì)采用的是在頭腦中進(jìn)行三維構(gòu)思而用二維繪圖表達(dá)的傳統(tǒng)方式，通過平面、立面、側(cè)面及剖面等幾個(gè)基本視圖表達(dá)管路布置和管子加工信息。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件水平的不斷提高和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，設(shè)計(jì)數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段與設(shè)計(jì)過程的數(shù)字化和智能化。數(shù)字化設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)集中體現(xiàn)在:減少設(shè)計(jì)時(shí)間、減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間、提高生產(chǎn)效率、故障的早期診斷、使改變設(shè)計(jì)變得容易、盡量減少信息錯誤及面向生產(chǎn)的數(shù)據(jù)的可獲得性。目前國際上和國內(nèi)使用的集成化船舶設(shè)計(jì)軟件主要有:TRIBON, CADDS5i, CATIA, NAPA等。近年來世界上許多造船發(fā)達(dá)國家應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬造船，并取得了很大程度上的成功，同時(shí)也推動了船舶設(shè)計(jì)與制造向模塊化方向發(fā)展。

模塊化造船相對于傳統(tǒng)的造船法存在著巨大的優(yōu)勢，但是從目前國內(nèi)外模塊化造船的實(shí)踐看，要達(dá)到真正的模塊造船仍有很多工作要做，其中最主要的工作是設(shè)計(jì)方法的變更。也就是說，模塊造船法要想取得突破性的進(jìn)展，就必須開展模塊化船舶的設(shè)計(jì)研究，充分發(fā)揮上述集成設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)勢，以管舾裝模塊化為目標(biāo)，以舾裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)為途徑，對管舾裝模塊的劃分、結(jié)構(gòu)形式、通用性、系列性、組合性、標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)計(jì)方法及相應(yīng)的組織管理等進(jìn)行研究是極為必要的，只有這樣才能盡早實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理一體化，實(shí)現(xiàn)真正意義上的模塊化造船。

4 未來造船模式展望

傳統(tǒng)的造船業(yè)被定義為3K行業(yè)，即骯臟、困難、危險(xiǎn)的行業(yè)，是勞動力密集型產(chǎn)業(yè)。由日本造船學(xué)會鋼船工作研究委員會編寫，1975年出版的《鋼船工作法》〔第一卷〕總論中，有四處論述了“殼舾一體化”。該著作在論述“未來的造船廠”時(shí)提出，把船廠中的“人”從繁重和骯臟的體力勞動中解放出來，改進(jìn)作業(yè)方法，將“勞動力密集”的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;設(shè)備密集”和“頭腦(知識)密集”的產(chǎn)業(yè)。

傳統(tǒng)的個(gè)性化商品與服務(wù)的目標(biāo)是:通過收取來自滿足顧客特定需要的解決方案附加值的獎金的能力，達(dá)到一個(gè)增長的收益。就造船業(yè)來講就是船廠要千方百計(jì)的滿足船東和船級社的各種要求。造船企業(yè)不得不采納那些能夠兼顧效率和用戶化的戰(zhàn)略。批量定制(Mase Customization，簡稱MC)迎接這個(gè)挑戰(zhàn)，提供可以給予每個(gè)顧客確切想要的、大量生產(chǎn)的、個(gè)性化定制的商品和服務(wù)，價(jià)格僅僅稍高于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。MC是完全建筑在先進(jìn)科技基礎(chǔ)上的“知識密集”型的生產(chǎn)方式。結(jié)合造船其主要特征將可能是:以產(chǎn)品全面模塊化和信息全部數(shù)字化為基礎(chǔ)，動態(tài)鏈接的大規(guī)模的社會化生產(chǎn)。根據(jù)每個(gè)船東的不同需要，依靠其快速變異功能的設(shè)計(jì)系統(tǒng)和快速整合功能的制造系統(tǒng)，把分散在各地的各具專長的企業(yè)鏈接整合，快速地生產(chǎn)船舶。它將成為未來制造業(yè)的主導(dǎo)生產(chǎn)模式。唯有這種生產(chǎn)模式，能以低成本和高質(zhì)量適應(yīng)產(chǎn)品個(gè)性化的需求。模塊化造船恰好是能夠適應(yīng)批量定制的要求，不斷的開發(fā)和完善舾裝模塊，使得各種船型在一定可選性的基礎(chǔ)上能夠選用盡可能多的通用模塊，這對于船舶制造以及運(yùn)行中的維護(hù)都是非常有意義的。

未來造船模式，就是造船計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Shipbuilding Computer Integrated ManufacturingSystem，簡稱SCIMS) 。未來造船技術(shù)創(chuàng)新，是集成一體化機(jī)制的更進(jìn)一步發(fā)展。依靠信息高速公路、信息數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化把分散在異地的各家模塊工廠、材料和設(shè)備制造廠、船廠等相互鏈接起來，及時(shí)地、可視化地異地聯(lián)合生產(chǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)控全部生產(chǎn)過程，形成一個(gè)動態(tài)的、以產(chǎn)品為導(dǎo)向的“無縫整合”的建造系統(tǒng)。這種SCIMS為未來的徹底的模塊化造船提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，只有在這樣的系統(tǒng)中才能有效的實(shí)現(xiàn)徹底的模塊化造船。

生產(chǎn)中心造船模式是一種全新的綜合型生產(chǎn)組織方式。它是一種獨(dú)立的相對封閉的責(zé)任生產(chǎn)單元，它能建造專門的分段并開展相應(yīng)的預(yù)舾裝工作形成模塊產(chǎn)品;或制造專門的功能(設(shè)備)單元模塊;或進(jìn)行總裝工程形成終端產(chǎn)品。根據(jù)生產(chǎn)中心的性質(zhì)可分成職能中心和制造中心;根據(jù)中心的設(shè)置位置和體系結(jié)構(gòu)，又可分為實(shí)體中心和虛擬中心。虛擬中心比實(shí)體中心更具靈活性，也更具有競爭力。

虛擬中心是一個(gè)虛擬企業(yè)，它是動態(tài)聯(lián)盟的盟主工廠，能充分發(fā)揮其承接造船訂單、船臺、船塢、合攏船舶和試航交船的能力。船體建造、舾裝、涂裝和管件制造的大量作業(yè)，將由各類高效的專業(yè)化的模塊工廠承擔(dān)。許多模塊工廠為一家船廠提供所需的各類模塊。一家模塊工廠又為多家船廠供應(yīng)其所需的高質(zhì)量、低成本的模塊。虛擬中心在信息技術(shù)和智能技術(shù)的支撐下，運(yùn)用通訊聯(lián)絡(luò)監(jiān)督控制方式，形成跨地域的高效聯(lián)動，為船舶的設(shè)計(jì)制造，跨越時(shí)間和空間的限制，實(shí)現(xiàn)眾多工廠和企業(yè)“無縫整合”和“異地同行”。這種徹底的模塊化的總裝造船方式使船廠和模塊廠的生產(chǎn)效率驟增，成本驟降。

以計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為依托，以模塊化總裝造船為目標(biāo)，以成組技術(shù)理論和敏捷制造思想為指導(dǎo)，實(shí)施批量定制的未來造船模式將造船業(yè)走向新紀(jì)元的標(biāo)志。(全球化制造高級論壇暨21世紀(jì)仿真技術(shù)研討會論文集)