胡誠程， 馬曉平， 張 磊

(江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

基于并行工程的船舶設(shè)計(jì)流程研究

胡誠程， 馬曉平， 張 磊

(江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

船舶設(shè)計(jì)階段應(yīng)用并行工程是對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行優(yōu)化和重組，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)時(shí)間上各個(gè)設(shè)計(jì)階段有序地并行開展工作，空間上相關(guān)部門和專業(yè)協(xié)同參與設(shè)計(jì)。本文通過研究基于并行工程的船舶設(shè)計(jì)流程，明確了船舶設(shè)計(jì)各階段的主要設(shè)計(jì)任務(wù)，分析了主要設(shè)計(jì)任務(wù)之間的關(guān)系，構(gòu)建了船舶典型并行設(shè)計(jì)流程，為其他船舶設(shè)計(jì)項(xiàng)目并行設(shè)計(jì)工作的開展提供了參考依據(jù)。

船舶設(shè)計(jì)流程 并行工程 設(shè)計(jì)任務(wù)

1 引言

船舶產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與建造是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合性工程作業(yè)。其間的很多工作既相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系或制約[1,2]。傳統(tǒng)的船舶設(shè)計(jì)過程采用的是螺旋式模式，設(shè)計(jì)階段和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)彼此獨(dú)立，勢必造成大量的設(shè)計(jì)返工、協(xié)調(diào)不暢、設(shè)計(jì)信息不能共享等諸多問題。由于船舶產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的復(fù)雜性和需求多變性，產(chǎn)品問題往往直到客戶手中才暴露出來，不免形成“設(shè)計(jì)—制造—修改設(shè)計(jì)—再制造”的惡性循環(huán)，帶來大量不必要的時(shí)間浪費(fèi)和材料浪費(fèi)[3,4]。

近些年，并行設(shè)計(jì)模式雖然已經(jīng)逐步應(yīng)用到船舶設(shè)計(jì)與建造過程中，使得初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一定程度的并行設(shè)計(jì)[5]，其中初步設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)的并行周期為10%，詳細(xì)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)設(shè)計(jì)的并行周期為20%[6]。顯然，從整個(gè)設(shè)計(jì)過程來分析，并行化作業(yè)的應(yīng)用程度依然不高，船舶各階段設(shè)計(jì)的高度并行還停留在理想狀態(tài)，在船舶的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，很難形成一套完整的并行化體系和達(dá)到較高的并行設(shè)計(jì)程度[7,8]。

本文通過研究基于并行工程的船舶設(shè)計(jì)流程，明確了船舶設(shè)計(jì)各階段的主要設(shè)計(jì)任務(wù)，分析了主要設(shè)計(jì)任務(wù)之間的關(guān)系，構(gòu)建了船舶典型并行設(shè)計(jì)流程。通過實(shí)船應(yīng)用，提高了船舶并行化設(shè)計(jì)水平，有效地縮短了船舶的總體設(shè)計(jì)周期，達(dá)到了預(yù)期的效果，為其他船舶設(shè)計(jì)項(xiàng)目的并行設(shè)計(jì)工作的開展提供了寶貴的參考依據(jù)。

2 船舶設(shè)計(jì)階段劃分及內(nèi)容

現(xiàn)階段船舶設(shè)計(jì)過程一般被劃分為編制合同技術(shù)任務(wù)書、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)以及完工設(shè)計(jì)五個(gè)階段[1]，設(shè)計(jì)階段任務(wù)的劃分方法多種多樣，可以按工序、系統(tǒng)、功能、部門和專業(yè)等方式劃分。本文主要依據(jù)作業(yè)性質(zhì)和作業(yè)工序?qū)η八膫€(gè)階段內(nèi)容進(jìn)行了劃分。

(1) 編制技術(shù)任務(wù)書，按照設(shè)計(jì)單位和船東的要求對(duì)船舶的外觀、性能和作用編制?？蓪⑵鋭澐譃樵O(shè)計(jì)任務(wù)書、外型方案和功能方案三項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)。

(2) 初步設(shè)計(jì)是在深入分析任務(wù)書和調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出船體、輪機(jī)、電氣不同專業(yè)方面的各種可行性方案以滿足船東的要求，可將其劃分為：①性能指標(biāo)校核，包括船東提出的技術(shù)要求、同類型船舶的調(diào)研和相關(guān)的規(guī)范與法規(guī)；②主尺度及主要系數(shù)確定，包括空船重量計(jì)算、航速及主機(jī)功率計(jì)算、主機(jī)選型等；③總布置設(shè)計(jì)；④型線設(shè)計(jì)；⑤船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；⑥船舶舾裝設(shè)備設(shè)計(jì)；⑦機(jī)艙布置設(shè)計(jì)；⑧技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)計(jì)算過程包括船舶浮態(tài)、穩(wěn)性、抗沉性、快速性、最小干舷、登記噸位、船舶造價(jià)、年利潤等多項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)。

(3) 詳細(xì)設(shè)計(jì)是在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上按照各個(gè)系統(tǒng)、功能、專業(yè)對(duì)各個(gè)問題進(jìn)行深入分析和詳細(xì)設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖?？蓪⑵鋭澐譃榭傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、區(qū)域結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)、模型創(chuàng)建和項(xiàng)目結(jié)構(gòu)材料清單統(tǒng)計(jì)等設(shè)計(jì)任務(wù)。

(4) 生產(chǎn)設(shè)計(jì)是根據(jù)船廠的條件和特點(diǎn)，按照建造的技術(shù)、設(shè)備、施工方案、工藝要求和流程、生產(chǎn)管理等情況，設(shè)計(jì)和繪制施工圖紙以及施工工藝和規(guī)程等?？蓪⑵鋭澐譃榍捌跍?zhǔn)備、三維數(shù)字化建模、生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)繪、清單維護(hù)和后期跟蹤等設(shè)計(jì)任務(wù)。

3 船舶并行設(shè)計(jì)過程研究

3.1 設(shè)計(jì)階段之間的并行

船舶的設(shè)計(jì)過程總體上呈順序模式，但具體設(shè)計(jì)任務(wù)之間往往可以交叉進(jìn)行，即船舶設(shè)計(jì)過程表現(xiàn)為宏觀串行，微觀并行。也就是說，初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段在整體串行的同時(shí)也可并行開展部分或全部工作，即后續(xù)階段的設(shè)計(jì)工作不用等到上一階段的所有任務(wù)全部完成后再開始。若后續(xù)階段某些任務(wù)的所需資源和信息滿足開始條件且與其他任務(wù)不沖突，那么后續(xù)階段的這些任務(wù)便可與前一階段的對(duì)應(yīng)任務(wù)并行。例如在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的分段劃分工作可以同詳細(xì)設(shè)計(jì)的板縫規(guī)劃工作并行，其過程如圖1所示。

圖1 船舶分段劃分的并行過程

3.2 設(shè)計(jì)階段內(nèi)部的并行

在同一設(shè)計(jì)階段，為了達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)，不同任務(wù)之間的相關(guān)性有四種表現(xiàn)形式，分別為完成-開始(FS)、開始-開始(SS)、完成-完成(FF)和開始-完成(SF)[9]。在船舶實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，任務(wù)間的相關(guān)性可以用來判斷任務(wù)間的先后順序及約束關(guān)系。若存在前置、后續(xù)任務(wù)，彼此間不存在資源沖突或者前置任務(wù)結(jié)束前就為后續(xù)任務(wù)提供了開始條件，那么這兩項(xiàng)任務(wù)便可并行。例如在編制合同技術(shù)任務(wù)書階段，雖然外型方案和功能方案是在設(shè)計(jì)任務(wù)書的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，但彼此卻可以并行；又如初步設(shè)計(jì)階段在進(jìn)行總布置設(shè)計(jì)時(shí)要考慮型線特征，型線設(shè)計(jì)又要以總布置為基礎(chǔ)，所以總布置設(shè)計(jì)與型線設(shè)計(jì)可并行。設(shè)計(jì)階段內(nèi)部的并行在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段體現(xiàn)更為明顯，跨區(qū)域建?；騾^(qū)域內(nèi)部各個(gè)分段的建模和出圖工作往往采用并行模式開展，圖2為某項(xiàng)目生產(chǎn)設(shè)計(jì)中貨艙各個(gè)區(qū)域建模工作的并行示意圖。

3.3 船舶并行設(shè)計(jì)流程構(gòu)建

根據(jù)各設(shè)計(jì)階段任務(wù)間存在的串行或并行關(guān)系，可以構(gòu)建船舶從編制合同技術(shù)任務(wù)書到生產(chǎn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)主流程，如圖3所示。圖中垂直方向依次為各個(gè)設(shè)計(jì)階段，橫向?yàn)楦鱾€(gè)階段的作業(yè)流程，緊密連接的任務(wù)可并行，每個(gè)階段通過設(shè)計(jì)評(píng)審工作后進(jìn)入下一階段。此流程較好地反映了船舶設(shè)計(jì)過程宏觀串行、微觀并行的特點(diǎn)，現(xiàn)已在2 400 TEU集裝箱船項(xiàng)目中得到實(shí)施。

4 結(jié)論

在船舶設(shè)計(jì)中通過構(gòu)建并行設(shè)計(jì)流程，可將宏觀上串行的過程進(jìn)行分解，建立微觀上任務(wù)間的并行關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)時(shí)間上各個(gè)設(shè)計(jì)階段有序地并行開展工作，空間上相關(guān)部門和專業(yè)協(xié)同參與設(shè)計(jì)。由于船舶設(shè)計(jì)可以分解為多項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)，給過程的控制與評(píng)估帶來很大困難，因此每個(gè)階段的工作結(jié)束后就要及時(shí)按照該階段的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工期、資源、

圖2 船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)建模的并行示意圖

圖3 船舶典型并行設(shè)計(jì)流程

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成本和質(zhì)量等進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)完成該階段的圖紙信息評(píng)審工作，進(jìn)而再對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行調(diào)整和規(guī)劃，使流程更符合實(shí)際的設(shè)計(jì)過程。本文構(gòu)建的船舶典型并行設(shè)計(jì)流程現(xiàn)已應(yīng)用在2 400 TEU項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，有效地縮短了船舶的總體設(shè)計(jì)周期，提高了船舶的并行化設(shè)計(jì)程度，為其他船舶設(shè)計(jì)項(xiàng)目的并行設(shè)計(jì)工作的開展提供了寶貴的參考依據(jù)。

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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

胡誠程(1989-)，女，碩士研究生。

U662

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