造船生产模式

引言近年来，船舶行业市场低迷，导致全球造船业竞争更加激烈，迫使造船厂家必须降低成本、大幅度提高生产效率,才能在市场中赢得一席之地。

有些船厂通过裁员、采用弹性机构、工程转包等方式,来尽量降低成本和提高工作效率,虽然这些做法使船厂效益有所改观,但不可能有大幅度的改善。

实践证明,采用先进的设计和建造技术是根本举措。

目前模块化造船技术颇受国内外造船界的关注，成为全球造船界争相开发和利用的新技术。

模块化造船概述模块化是指解决一个复杂问题时自顶向下逐层把系统划分成若干模块的过程，有多种属性，分别反映其内部特性，是一种处理复杂系统分解为更好的可管理模块的方式。

模块化用来分割，组织和打包软件。

每个模块完成一个特定的子功能，所有的模块按某种方法组装起来，成为一个整体，完成整个系统所要求的功能。

模块化理论认为，任何系统都是由若干功能模块、通过他们共享的界面链接而构成的。

所谓模块化造船，是指造船过程中采用一些独立的单元件或标准件，通过组装建造形成具有一定功能的集成模块，最终又将这些相对独立的模块组合成一体。

基本流程是首先把设备组装成标准化模块，通常在设备制造厂完成并试验合格，这些模块具有独立功能、通用性和特定界面的特点。

然后将各个模块上船安装，这一阶段需要在造船厂完成，在造船厂内对各个模块的标准化连接口进行结合，完成船舶的建造。

模块化造船的概念始于二战时期，由于美国建造了大量军用舰船，在大量标准船舶的建造中促使了焊接技术和分段建造技术的发展。

50 年代随着日本造船业的快速发展，并结合成组技术形成了模块化造船技术的雏形。

欧美、日韩等发达国家在模块化造船应用方面都取得了引人显著的成绩，并呈不断发展的趋势，模块化造船技术的研究和应用使得现代船舶的设计思想、建造流程和维修管理发生重大的变革，开启了现代化造船的新起点。

80 年代中期中国引入了模块化造船的概念，开始了模块化造船技术的研究和探索。

造船生产模块包括船体结构和船舶舾装模块两大类。

主要开发了下列模块建造单元：(1)船体结构模块(HM)①船体板块(HP)、金属板及骨架：②船体板模块(HMP)，基本的标准船壳板，装配在标准尺寸的金属板上；③船体模块(HMS)，两个或更多的HMP的半而组合；④船体分段模块(HMB)，三维船体预舾装，结合HMS和HMP；图1 分段结构模型在模块化造船中,船体结构的模块化是最困难的。

原因在于结构模块不仅要考虑其本身组成的船体的总体性能,还涉及其内部的设备、系统模块的安装、线型、结构型式及通用性等多种因素。

船体结构模块化看似容易,因为船体分段建造法本身就是积木化的建造方法。

但是仔细分析,船体结构模块化有一定的难度。

首先,多数船舶是按船东要求建造的,因而发布的标准化尺度,应在可能的范围内以局部结构的标准化来对待。

其次,船舶的结构尺寸和构造型式应符合船级社规范的要求,不同尺度、不同船型及不同规范的结构适用性有限,只能按相似性原理对局部构造作通用化处理。

因此船体结构的模块化主要体现在局部构造的通用化和主要尺寸的标准化两个方面。

不同类型的船舶其结构有其相似性。

现代油船、集装箱船和散货船等的货舱区均为双底双舷侧结构,而且大型船舶的双层底和上甲板均采用纵骨架式结构,双层底中央设置箱型龙骨。

这种结构上的相似性,为尺度相近的各类船舶的部分结构通用化创造了条件。

特别是在船体平边线、平底线范围内的船体分段和平行中体的舭部分段,凡有条件的可采用模块化构造,进而为分段结构的标准化创造条件。

因此,可逐步采用标准化构造,广泛采用标准件和标准版,进而实行分段结构的通用化。

当然,标准化结构要充分考虑钢材的利用率,以及制造的工艺性。

设计方案间的通用化,不仅缩短了设计工作的周期,而且给建造一定数量尺度组船舶的船厂增加了效益。

可以广泛采用结构划分法,根据一种图纸制造不同船型的同类分段,运用功能互换性,制造结构模块化、分段模块乃至建造居住舱室的标准模块和生活区成组模块等，如图2。

在船体结构模块化方面进展较快的是前苏联。

他们在潜艇建造时已广泛采用模块化的船体结构,在甲板驳的建造中更是采用板架模块和分段模块组装的办法。

美国正在开发的新一代超级油轮,用两类标准化零件制造除艏艉外的船体结构,每个船体总段由相同的7种模块构成,其中两种是标准化的舾装模块。

图2 60000吨级油船模块划分图分段船体模块划分层次性和划分角度对于结构复杂的产品，无论在功能上还是结构上都具有分级的特点。

因此，在以模块描述产品组成时，也应体现出这种分级结构。

从模块化船舶区域概念出发，结合分段造船法的实际情况，将船体模块划分为四个层次，如图3。

图3船体模块装配层次结构图分段船体模块划分角度当划分较高级别的模块时，由于这些高级模块往往是由用户直接进行选择和替换的，通常侧重从设计和使用的角度进行模块划分：当进行较低级别的模块划分时，由于低级模块与零件更接近，所以应侧重从制造和装配角度进行模块划分。

模块的级别越低，或者说模块划分越细，在一个模块上所体现出来的功能和结构的对应关系就越简单。

由于分段模块制造过程比较复杂，几乎占整个船舶制造过程的一半，是整艘船建造周期的关键环节。

分段模块划分应侧重于面向制造，这样有利于合理地组织加工制造过程，提高制造效率，改进产品质量。

(2)功能模块(FM)①标准的组件，预舾装有管系、设备和机械；②小型功能模块(SFM)，隔舱或机械装置中装有尺寸有限的组件；③大型功能模块(LFM)，是大尺、}的组件或单元。

如已装配的艏尖舱(装有起锚机、绞盘机、导链筒等)、带操舵装置的艉部单元等；(3)区域模块(ZM)，在有限的区段内，装设有所有的设备和机械、管系和其他电气线路。

图3船舶模块化分解及模块库的建立过程建立标准设计模数是为了保证模块之间的尺寸互换性，有了模数制以后，船体的主尺度以及结构模块、功能模块的尺寸将是基本模数的整数倍。

模数制的建立也为机械化生产打下了基础。

功能区域划分应该针对特定类型的船舶形成标准方法。

针对功能区域模块的标准化、系列化研究可以从几方面入手：(1)艏艉标准化。

艉部包括机舱(军用舰船除外)，可以主机功率、航速为参数形成系列。

艏部，包括艏尖舱以及甲板机械，可以航速、舾装数为参数形成系列。

在此基础上就可以考虑不同类型的船舶之间的通用化艏艉问题，但现在进行这方面的研究还缺乏基础。

(2)寻求相似结构形式。

现代油船、集装箱船、矿砂船的货舱区均为双底、双舷侧，散货船也有双壳趋势。

这为不同形式的船舶采用相同结构创造了条件。

船舶舾装模块根据模块与船体的结构关系，舾装模块可以分为支持式模块和依附式模块两大类。

支持式模块是分段或船上的预舾装单元，它具有独立的基座或支架结构，可以在内场预制，完工后在外场安装到船体上。

将预舾装单元升级为造船模块，是因为单元适用于要求相似的不同船型。

通常单元中的主要设备选自性能相近的三种型号作为船厂的标准件，这三种型号设备可以分别属于高、中、低三档产品，以供船东选用，船厂也可借以控制材料成本。

从设计建造角度来看，支持式舾装模块是真正的模块。

依附式模块要以船体分段或船上区域的结构为依托，但又因其设备的可选性和单元的通用性与支持性舾装模块相同，也可以称为图面支持模块。

1）依附式管舾装模块依附式舾装模块通常是指设计模块，因其设备布置范围较广或固定要求较高，实际建造中需以船体分段或船上区域的结构为依托，模块的预制性受船体建造进度所制约，但其设备的可选性和单元的通用性与自持式舾装模块相同，因而可以称为图面造船模块。

近年来，对船舶舾装模块化的研究主要集中在开发各种船型中应用的自持式的舾装设备模块，而对直接影响造船水平和进度的管舾装模块的研究却很少。

尽管船舶类型不同，但船舶的结构上仍具有一定的相似性，如现代油船、集装箱船、矿砂船等的货舱区均为双底双舷侧结构，并且大型船舶的双层底和上甲板都采用纵骨架式结构，双层底中央均设箱形龙骨等，这为尺度相近的各类船舶的局部结构通用化创造了条件，同时也为管舾装的模块化创造了条件。

2）机电装置模块化模块化在船舶动力装置、船舶系统、货物处理、特种装置等诸多方面都已普遍应用。

国内外对这一类型的模块都做了一定程度的研究，并已经取得了较好的效果，形成了产品。

3）自动化系统模块化当前，集成驾驶台控制系统已在多个国家得到开发。

如英国的RACAL公司开发的高度模块化的弹性、开放系统－RACAL模块化集成雷达和导航系统(MIRANS)。

这种系统能提供一个完整的控制和导航信息，其中共含有四个主要子模块可供用户选择：a.带有RACAL ISIS－250主机和货舱监控器的模块；b.现场报告控制台(LSR4000)模块，用于提供简单格式下的信息，并能按用户的要求改制；c.彩色视频绘图仪和接受器，其航海信息能够储存在一个磁盘内；d.Chart Master电子图表显示器。

4）居住舱室模块化居住舱室模块化在过去的20多年中发展十分迅速，涌现了大批专业生产厂商，在材质、设计、制造技术、设备配套方面都积累了丰富的经验。

产品大量用于各类船舶、海洋平台。

典型的模块化居住舱室，以客船为例，就有经济舱、普通舱、头等舱等不同等级。

如德国的MONTAN公司开发的CIS600居住舱室模块系统，舱室的壁板、天花板在装配时互相嵌接，连接件全部标准化。

5）武器装备模块化这一类舾装模块主要是对战斗舰艇而言的。

为进一步提高舰船的作战性能，现代舰船在其全寿期命中一般要进行两到三次现代化改装，更换性能落后的电子、武器系统。

大部分舰船由于采用传统的设计方法，各系统功能在总体中相互依存，致使接口异常复杂。

因此，武器装备及其相应的辅助系统的模块化应运而生。

其主要做法是将舰船的武器、电子设备和系统设计成功能模块，采用标准尺寸和接口，实现设备、系统的模块化。

如舰炮武器系统功能模块、通信及雷达系统功能模块等。

典型的舰炮武器系统功能模块是将火炮放在一个集装箱的顶层，集装箱内安装部分设备并存放弹药，如德国布隆・沃斯公司的76mm舰炮武器集装箱功能模块。

典型的雷达系统功能模块是将雷达天线安装于桅杆顶，雷达的发送、接收和控制设备都安装于集装箱内。

模块化造船的发展趋势模块化造船的发展与现代造船技术的发展密切相关。

随着信息化技术的蓬勃发展，造船精度控制技术和船舶工程管理技术的日趋完善，以及计算机技术的广泛应用使得造船业越来越向集成化方向发展。

模块化造船方式在今后的发展中将呈现以下几点发展趋势。

（1）新技术在模块化方面的应用将成为今后的发展趋势。

计算机技术、人工智能技术以及机器人技术的深入发展，必将带来造船方式的重大改变。

随着先进造船国家对新技术的引进和重视，造船产业的升级换代步伐也逐渐加快，必将带来模块化造船的新发展。

（2）先进制造模式在模块化造船中的广泛应用。

利用现代网络化技术，实现异地设计和制造管理的先进制造模式将成为可能，模块化并行制造将在船舶制造业中广泛应用。