大规模定制下模块化造船技术概述

董炜赵虹王威

（江苏科技大学 镇江 212003）

0 引 言

在经济全球化和信息技术的综合影响下，船舶行业的竞争环境发生了巨大变化。主要体现在整个船舶产品船型和类型的增多、客户需求多样化和个性化、多品种小批量生产比例增大和市场动态多变等方面。造船企业必须及时提供多元化的产品选择以满足客户个性化需求，才能保持和提高自身的竞争力和市场占有率。为适应船舶多品种、小批量的生产特点，大规模定制生产模式应运而生。

所谓大规模定制，简言之，就是使个性化定制产品能形成大批量生产的规模；更进一层来讲，大规模定制是企业的产品定位于客户的需求，在确定和满足客户个性化需求的同时，又不降低企业的生产效率。这是一种结合定制生产和大规模生产两种模式的新的生产方式，在如今的工业化进程中显示出了无可比拟的优势。

造船企业大都要从产品设计、制造技术、生产组织等方面采取措施以实施大规模定制。不能针对大规模定制的特点找到有效的开发设计技术、生产管理模式等等，大规模定制就不可能真正的实现［1］。

现如今，模块化设计制造技术是最适合大规模定制产品的开发设计及生产建造技术。可以说，模块化设计制造技术为大规模定制生产方式的成功开展奠定了基础，同时也是大规模定制成功实施的关键。

1 模块化造船的定义和可实施性

模块化造船这一概念最早来源于美国二战时期大量造船的时代。由于其显示出的优越性，模块化造船的方法在近年来得到不断深入的研究和广泛应用。模块化造船的理念被运用到船舶产品开发的全过程，包括从船舶最初的设计、建造，到使用过程中的维护更新。同时促使了船舶配套设备厂家对其产品也进行了模块化设计制造的研究和开发。

通常对造船模块的基本理解和定义为：模块属于最终产品的预制单元，其不但具备标准尺寸、标准件和标准接口，而且主要部位具备可选性与可更换性。这种预制单元具备独立的功能，有的是结构功能单元；有的是系统功能单元，能进行独立生产制作。由于模块中主要部件具有可选性和可更换性，所以能进行局部修改更换，以满足客户个性化需求［2］。

随着现代造船模式的推进，使成组技术、系统工程和工业工程中的某些理论在船舶行业得到了成功应用，并实现了壳舾涂一体化作业。这就为实现模块化造船提供了良好的理论基础和实践经验。

2 模块化设计的特点

模块化设计是实现大规模定制生产模式的前提和首要任务。基于大规模定制对少品种、大批量的要求，再较之与传统模式下的设计，可总结出模块化设计的特点［3］：

（1）模块化设计基于产品系统。传统的设计方法仅针对特定任务，从产品的具体结构和功能为出发点进行设计；而模块化设计方法却是面向某一类型产品的所有系统或与具有相似功能的相邻产品系统进行通用化设计。

（2）模块化设计是标准化设计。传统的设计方法为专用性的特定设计；而模块化设计的对象则是一种通用件，各种模块可在各种产品中通用，在设计过程中需要全面系统的理解并运用标准化理论。

（3）模块化设计是组合化设计。传统设计方法的构成模式是整体式的，其部件和组合方式是以特定的理念为着眼点开展设计；而模块化产品构成模式的特点则是组合式的，可根据不同需要组合成不同产品，其作为组合的单元常作为商品的形式存在，在整个设计的过程中需要对系统的协调性、互换性及组合性充分考虑。

（4）模块化设计需要以新理论为基础。传统设计中要设计出较好的产品，主要凭借扎实的专业功底和设计经验的积累；而要实现模块化设计仅凭这两项是不够的，还必须对成组技术及并行工程的原理和方法、标准化、模块化理论等有较全面的理解，并善于运用，才能够设计出一个有生命力的模块化系统。

（5）模块化设计可以针对产品进行设计，也可以对产品内某个划定的模块进行设计，即有两个对象；而传统设计的对象仅为产品。

3 模块化设计的主要流程

基于大规模定制的船舶产品模块化设计基本流程主要经过；信息的获取和分析、船舶产品的分析归类、建立船舶产品平台、基于平台开展模块的设计和模块的评价等阶段（如下页图1所示）。

3.1 信息获取

信息获取是模块化设计的前提，在这一前提下，对获取的信息进行分析比较，按照相似程度归类，以其为根据，可进行产品系列的科学划分，将市场/客户的特定需求转化为产品的技术规格说明。

3.2 船舶产品功能和结构的定义、分析、分解

通过信息的分析归类，可确定客户的基本需求、次要需求和潜在需求，把需求反映到船舶产品上就形成对应产品功能的基本功能需求、次要功能需求（附加功能）及潜在功能需求。

对船舶产品进行功能和结构分析，不仅需对待建立的模块系统从系列化、通用化和组合化三方面进行分析，而且还需对该模块系统的服务对象——各种产品或系统按照系列化、通用化和组合化三方面进行分析。在此基础上明确待建立的模块化系统的标准尺寸、通用性及组合性等。

3.3 建立船舶产品平台

平台就是能够形成共同结构的某类产品系统的子系统与接口，是为有效进行大批量生产而建立的。但平台并非一个完整的产品实体，只是产品的不同系统开展模块化设计过程中创立的一系列子系统，这些子系统本身就是模块或者由模块加构件组成，通过标准接口彼此连接。

船舶产品是由数量众多的设备、舾装件、管子和钢材等组成，整个船舶产品可以分解为结构模块和舾装模块，这两种类型的模块又可以继续分解成不同的子模块。比如结构模块可以分解成总段模块，总段模块又可以分解成分段模块，直到最小的模块——构件模块。构件模块是结构模块最低级别的模块，属于基本单位。

船舶产品平台的建立，主要是基型产品的建立。在基型产品的基础上，经过组合、分离、调换及尺寸链缩放等简单操作来形成满足需要的产品。产品平台具有最基本的、非定制性的功能，却又实现大规模定制的基础，即同种产品所必须具备的基本功能。基本功能的实现由彼此相互关联的子系统和接口来完成的，这些子系统和接口的连接组合就是产品平台，它是企业需要掌握的核心技术之一［4］。

3.4 模块化设计

模块化设计简单地说，就是模块的分解和组合。对船舶产品进行模块化划分是产品模块化设计过程中至关重要的一个环节。模块划分方案的优劣会对船舶产品的设计和生产产生重大的影响。

模块划分以后，就要对划分后的模块进行具体的模块化设计。模块是相对独立的功能单元，能完成产品的特定子功能，通过接口与关联模块发生联系。因此可对待定模块从三方面进行设计，分别是功能模块设计、结构模块设计及接口标准化设计。

对产品进行模块化设计是以满足客户的需求为出发点，而仅仅通过通用模块的设计并不能完全满足需求，常常需要在通用模块的基础上额外进行专用模块的设计，以满足客户的需求。一般情况下，专用模块的设计大都是在拿到订单后临时加设的，但对临时加设的专用模块也应尽可能考虑到重复使用，方便未来相同需求时，可重复使用该专用模块。

3.5 模块化设计方案的优化

初步完成模块化设计的产品，它们可能满足预定的设计要求且具备可操作性，但这些设计并不一定是最优的设计。这就需要对模块化设计建立一定的评判标准，对设计结果是否最优进行判断。如果设计结果并非最优设计，就要对设计结果进行必要的修改乃至重新设计，以期达到最优的结果。

4 国内模块化设计应用现状概述

我国造船相关企业开展的模块化造船主要针对某些功能和区域展开。目前运用成熟的实物造船模块主要有二氧化碳灭火装置、输液系统遥控阀组、海水淡水压力柜、燃油供油、凸轮轴滑油、普通船员舱室等典型模块。正在开展模块化造船的区域主要集中在施工量大且需多种工种交叉作业的区域，如机舱区域、上建区域等。其中机舱区域又以主机集控室和机舱底层为重点。

相关船舶配套设备厂也开展了模块化设计制造，以达到快速响应市场的能力。多数配套设备厂会对市场需求的配套设备建立产品矩阵，以功能分析为基础，对不同功能与类型的配套设备进行功能分析和模块划分，将配套设备上同功能的基本单元、复合设计成不同用途、不同功能的模块，再选用不同模块进行组合，形成不同类型和规格的配套设备［5］。

5 结 论

开展模块化造船，能够大大提高船舶的预舾装率进而缩短造船生产周期，改善建造质量，降低劳动强度，提高企业的竞争力；同时也将加速船厂生产模式的转变，使之成为真正的总装厂。但要真正实现模块化造船，还有许多方面需要研究和实践探索。

［1］李春田.现代标准化前沿：模块化研究［M］.北京：中国标准出版社，2008.

［2］周春夏.基于现代造船模式的船舶舾装模块化设计应用研究［D］.上海：上海交通大学，2008.

［3］王婷婷.船舶模块化设计技术研究［D］.镇江：江苏江苏科技大学，2011.

［4］覃燕红，魏光兴.模块化产品只能配置理论与方法［M］.成都：西南交通大学出版社，2010.10.

［5］邱和平.船用绞缆机模块化设计的探索［D］.大连：大连海事大学，2007.