基于并行工程的船舶设计流程研究

胡诚程， 马晓平， 张 磊

(江苏科技大学 船舶与海洋工程学院， 江苏 镇江 212003)

基于并行工程的船舶设计流程研究

胡诚程， 马晓平， 张 磊

(江苏科技大学 船舶与海洋工程学院， 江苏 镇江 212003)

船舶设计阶段应用并行工程是对设计过程进行优化和重组，进而实现时间上各个设计阶段有序地并行开展工作，空间上相关部门和专业协同参与设计。本文通过研究基于并行工程的船舶设计流程，明确了船舶设计各阶段的主要设计任务，分析了主要设计任务之间的关系，构建了船舶典型并行设计流程，为其他船舶设计项目并行设计工作的开展提供了参考依据。

船舶设计流程 并行工程 设计任务

1 引言

船舶产品的设计与建造是一项复杂的综合性工程作业。其间的很多工作既相互独立，又相互联系或制约[1,2]。传统的船舶设计过程采用的是螺旋式模式，设计阶段和设计环节彼此独立，势必造成大量的设计返工、协调不畅、设计信息不能共享等诸多问题。由于船舶产品设计过程的复杂性和需求多变性，产品问题往往直到客户手中才暴露出来，不免形成“设计—制造—修改设计—再制造”的恶性循环，带来大量不必要的时间浪费和材料浪费[3,4]。

近些年，并行设计模式虽然已经逐步应用到船舶设计与建造过程中，使得初步设计、详细设计、生产设计实现了一定程度的并行设计[5]，其中初步设计与详细设计的并行周期为10%，详细设计与生产设计的并行周期为20%[6]。显然，从整个设计过程来分析，并行化作业的应用程度依然不高，船舶各阶段设计的高度并行还停留在理想状态，在船舶的实际设计过程中，很难形成一套完整的并行化体系和达到较高的并行设计程度[7,8]。

本文通过研究基于并行工程的船舶设计流程，明确了船舶设计各阶段的主要设计任务，分析了主要设计任务之间的关系，构建了船舶典型并行设计流程。通过实船应用，提高了船舶并行化设计水平，有效地缩短了船舶的总体设计周期，达到了预期的效果，为其他船舶设计项目的并行设计工作的开展提供了宝贵的参考依据。

2 船舶设计阶段划分及内容

现阶段船舶设计过程一般被划分为编制合同技术任务书、初步设计、详细设计、生产设计以及完工设计五个阶段[1]，设计阶段任务的划分方法多种多样，可以按工序、系统、功能、部门和专业等方式划分。本文主要依据作业性质和作业工序对前四个阶段内容进行了划分。

(1) 编制技术任务书，按照设计单位和船东的要求对船舶的外观、性能和作用编制。可将其划分为设计任务书、外型方案和功能方案三项设计任务。

(2) 初步设计是在深入分析任务书和调查研究的基础上，提出船体、轮机、电气不同专业方面的各种可行性方案以满足船东的要求，可将其划分为：①性能指标校核，包括船东提出的技术要求、同类型船舶的调研和相关的规范与法规；②主尺度及主要系数确定，包括空船重量计算、航速及主机功率计算、主机选型等；③总布置设计；④型线设计；⑤船体结构设计；⑥船舶舾装设备设计；⑦机舱布置设计；⑧技术性能与经济计算过程包括船舶浮态、稳性、抗沉性、快速性、最小干舷、登记吨位、船舶造价、年利润等多项设计任务。

(3) 详细设计是在初步设计的基础上按照各个系统、功能、专业对各个问题进行深入分析和详细设计、计算和绘图。可将其划分为总体结构设计、区域结构详细设计、模型创建和项目结构材料清单统计等设计任务。

(4) 生产设计是根据船厂的条件和特点，按照建造的技术、设备、施工方案、工艺要求和流程、生产管理等情况，设计和绘制施工图纸以及施工工艺和规程等。可将其划分为前期准备、三维数字化建模、生产设计图纸设绘、清单维护和后期跟踪等设计任务。

3 船舶并行设计过程研究

3.1 设计阶段之间的并行

船舶的设计过程总体上呈顺序模式，但具体设计任务之间往往可以交叉进行，即船舶设计过程表现为宏观串行，微观并行。也就是说，初步设计、详细设计、生产设计阶段在整体串行的同时也可并行开展部分或全部工作，即后续阶段的设计工作不用等到上一阶段的所有任务全部完成后再开始。若后续阶段某些任务的所需资源和信息满足开始条件且与其他任务不冲突，那么后续阶段的这些任务便可与前一阶段的对应任务并行。例如在生产设计中的分段划分工作可以同详细设计的板缝规划工作并行，其过程如图1所示。

图1 船舶分段划分的并行过程

3.2 设计阶段内部的并行

在同一设计阶段，为了达成设计目标，不同任务之间的相关性有四种表现形式，分别为完成-开始(FS)、开始-开始(SS)、完成-完成(FF)和开始-完成(SF)[9]。在船舶实际设计过程中，任务间的相关性可以用来判断任务间的先后顺序及约束关系。若存在前置、后续任务，彼此间不存在资源冲突或者前置任务结束前就为后续任务提供了开始条件，那么这两项任务便可并行。例如在编制合同技术任务书阶段，虽然外型方案和功能方案是在设计任务书的基础上设计的，但彼此却可以并行；又如初步设计阶段在进行总布置设计时要考虑型线特征，型线设计又要以总布置为基础，所以总布置设计与型线设计可并行。设计阶段内部的并行在生产设计阶段体现更为明显，跨区域建模或区域内部各个分段的建模和出图工作往往采用并行模式开展，图2为某项目生产设计中货舱各个区域建模工作的并行示意图。

3.3 船舶并行设计流程构建

根据各设计阶段任务间存在的串行或并行关系，可以构建船舶从编制合同技术任务书到生产设计的设计主流程，如图3所示。图中垂直方向依次为各个设计阶段，横向为各个阶段的作业流程，紧密连接的任务可并行，每个阶段通过设计评审工作后进入下一阶段。此流程较好地反映了船舶设计过程宏观串行、微观并行的特点，现已在2 400 TEU集装箱船项目中得到实施。

4 结论

在船舶设计中通过构建并行设计流程，可将宏观上串行的过程进行分解，建立微观上任务间的并行关系，进而实现时间上各个设计阶段有序地并行开展工作，空间上相关部门和专业协同参与设计。由于船舶设计可以分解为多项设计任务，给过程的控制与评估带来很大困难，因此每个阶段的工作结束后就要及时按照该阶段的设计标准对工期、资源、

图2 船舶生产设计建模的并行示意图

图3 船舶典型并行设计流程

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成本和质量等进行评价，同时完成该阶段的图纸信息评审工作，进而再对设计过程进行调整和规划，使流程更符合实际的设计过程。本文构建的船舶典型并行设计流程现已应用在2 400 TEU项目设计中，有效地缩短了船舶的总体设计周期，提高了船舶的并行化设计程度，为其他船舶设计项目的并行设计工作的开展提供了宝贵的参考依据。

[1] 金朝光, 林焰, 纪卓尚.船舶建造的现代工程分解结构[J]. 中国造船, 2002，4: 85-89.

[2] 贺泽.基于AHP的船舶协同设计团队模型及资源评价方法研究[J].船舶工程, 2008，2: 79-83.

[3] 李明, 孙东生， 陈慈慧等. 船舶并行协同设计管理研究[J].船舶工程, 2005，6: 84-86.

[4] 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.

[5] 张涂.并行工程在船舶设计中的应用研究[D].镇江：江苏科技大学，2012.

[6] 朱安庆,蒋志勇.基于数字化造船的生产设计方法研究[J].造船技术, 2010，6: 5-8.

[7] 崔小祥, 蒋志勇,王岳.船舶产品建造程序计划系统信息模型研究[J].造船技术, 2008，3: 4-7.

[8] 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, 2005，1: 68-72.

[9] 宋庆闯.船舶并行协同设计应用技术研究及开发[D].大连：大连海事大学，2011.

Research of Ship Design Process Based on Concurrent Engineering

HU Cheng-cheng, MA Xiao-ping, ZHANG Lei

(School of Ship and Ocean Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang Jiangsu 212003, China)

The ship design process is optimized and reorganized by applying concurrent engineering in the ship design phase. And then each of the design phases working in parallel and collaborative design between different departments and professions are realized in space and time. Base on concurrent engineering of ship design process, the main tasks in each stage of ship design and relationships between each design task are analyzed. In addition, a typical ship concurrent design process is built to provide referential basis for the concurrent design in other ship design projects.

Ship design process Concurrent engineering Design task

胡诚程(1989-)，女，硕士研究生。

U662

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