论模块化设计在船舶工程中的应用

论模块化设计在船舶工程中的应用

王利国

招商局邮轮制造有限公司，江苏 南通 226116

摘要：船舶工程的模块化设计就是将模块化的精髓运用于海工装备设计的每一个环节.设计过程要求摒弃传统的从功能系统角度出发，换而从建造的角度出发，在考虑诸如区域化装配等模块化建造概念的基础上进行提前设计.制约海洋工程建造发展的最大因素是建造模式和设计理念上的问题，这一问题单纯依靠生产设计或者成组技术是无法解决的，必须通过模块化设计，优化设计、简化结构、使功能单元化、目标多样化，以满足用户多样化的要求.从而从根源上实现海工建造整个生命周期的模块化。

关键词：船舶工程，模块化设计，应用分析

1船舶结构模块化的发展

在传统的造船方法中，都是先建好船体，再安装内部的机器、设备和系统，这时许多人员挤在狭小的机舱内进行工作，工种间相互干扰，往往施展不开；机舱内安装工作大致完成后，才能够进行单机试车，继而进行系统调试、然后再进行甲板上设施的安装调试。在整个船舶建造的过程中，组装及调试工作都是串行的，所有配套、组装工作都集中在船厂进行，使大量的接口、调试、校验、取证工作和难以避免的矛盾（例如个别设备或系统不匹配、或出现质量问题）都集中在一时、一地，形成所谓的“瓶颈”，使船厂难以应付，并往往会影响整个建造进度，形成大量资金的积压，影响交货期，缓解这种矛盾的有效方法之一，就是采取模块化结构。现代化船舶工业以广泛的社会分工和专业化生产为特征，船舶需要为数众多的机电设备、航海仪器、通信设施、自动化装置及种种配件来装备，因此在模块化思想的指导下，越来越多的船舶配套厂一改以往提供简单产品或装置的陈旧方式，改成系统的供应模块整体，使船厂从“大而全”的臃肿状态中解脱出来，集中精力从事船舶总装工作。

模块化的船舶结构，一般指船舶结构是非整体式的，而是由若干模块组装而成的：模块化船舶可由船首、船尾（包括机舱）、船舶舱室等功能模块和几个平行中体结构模块，再加上专用的过渡总段组装而成，还可以通过改变平行中体模块的数量来改变船舶的总长度和吨位。

2模块化设计在船舶工程中的应用

2.1模块化设计的概念

海洋工程产品模块化设计是按照通用化、系列化、组织化的设计和生产原则，将海工产品按系统或功能分出若干个有接口关系的相对独立的单元，再以科学合理的方式排列组合成海工装备一种设计过程.在该设计过程中需辅助以专门的设计团队来完成该模块的所有设计任务并指导生产。模块设计具有独立功能、具备完善的接口、互换性强等特性，这有利于船厂这样的生产单位将品种多、数量少的产品设计和生产任务转变为品种少、数量多的模块设计和生产任务，从而达到质量稳定、效益显著.以机舱模块的设计为例。首先，机舱模块是指以主机为中心的，综合了主机输入、输出的一个相对独立的系统。在模块化的设计过程中，将形成一个以机舱模块为对象的集设计、制造、调试为一体的相对独立的单元.设计过程会完善机舱与船舶的其他系统的接口。同时，由于机舱模块中含有可选部件，因此可作局部修改，以满足船东的使用要求。机舱模块化设计技术的应用会给船厂带来了巨大收益，降低设计成本，缩短设计周期，使个性化产品和系列化产品之间的维护、更新、回收和设计再造变得更容易。

2.2系统设备模块化设计

根据船厂的特点和条件，按照船舶建造的技术、设备、设施方案、工艺要求、流程、生产管理等情况，设计和绘制施工图纸。生产设计的详细程度要求很高，要能反映组装和管理的要求。因此，生产设计相当于在计算机上预演完成船舶建造的全过程。生产设计的详细、完整、深入程度对提高船舶建造质量、缩短船舶建造周期、提高生产效率有很大影响。系统设备模块化设计是为了使生产部门得到详细的生产图纸，以提高生产效率，节约成本。在进行系统设备模块化设计时，要考虑尽可能将更多的泵、管道、阀门等部件组合在一起，最终形成一个便于运输和安装的紧凑单元。鉴于很多管道在安装之前就已经进行了模块化安装，生产部门可以规避船上安装空间狭小带来的困扰，同时也能够减少现场测量、安装的工作量，大大提高安装效率。

2.3机舱地板模块化设计

设计是一种技术实践活动，目的是解决所面临的问题，使生产具有可操作性和简便性。设计同时也是施工前的模拟和检验。因此，设计除需要科学知识外，还需要工艺和技巧知识，同时还需要结合生产现场实际情况，否则设计的图纸不具有可操作性。在进行机舱地板模块化设计之前，设计人员需要结合设计特点与生产部门进行技术交流。

机舱地板模块化设计包括机舱区域和机舱地板下管道两方面，是船舶模块化设计中难度最大的部分，直接关系到生产效率和建造周期。机舱地板模块化设计不仅能很好地协调相关系统的合理布置，而且可以提高船舶的舾装率，降低工人的劳动强度，减少船舶在建造过程中的重复修复工作，节约劳动成本。

3船舶结构模块化的优越性

船舶这类大型产品采用模块化结构的优越性是显而易见的，概括起来，主要在于CQT ：C—节约成本，Q—提高质量，T—缩短建造周期。

1）产品构成的柔性化和多样化，缩短了设计周期：如上所述，利用同一船首和船尾模块，配上不同种类和数量的船舶平行中体模块，可以形成不同用途不同吨位的船舶；利用标准平台可以安装不同功能和风格的上层建筑模块，包括不同功能的指挥控制系统、不同风格和要求的舱室模块、不同要求的航行设施，对舰艇则可安装不同种类的武器装备；

2）提高产品的质量和可靠性：在模块化设计中，许多模块是经过考验的成熟设计，甚至是经过制造和调试的现成产品，这对像船舶这类多品种、小批量甚至单件式生产方式的大型复杂产品，在提高产品质量和可靠性方面具有特殊的意义；

3）实现模块生产专业化、规模化，降低了制造成本：由于模块具有通用性，可形成一定程度的规模生产，如果组织专业化生产，船厂就可避免大而全的生产模式，从而发挥总装优势，改变了整个船舶工业的生产格局 [20] ；

4）并行建造整体安装，大大缩短了建造周期：采用模块化设计后，各模块可同时分头制造、分别调试，模块按层次逐级集成组装，最后进行总装。传统的建造方式是先拼装成船壳，然后进行舾装和涂装；而模块化造船则是每个结构模块和功能模块分别进行壳体建造、舾装和涂装，即所谓的壳舾涂一体化，而后再将这些完工的模块组装成船舶，以并行生产方式代替串行生产方式，大大缩短了整船的建造周期；

5）便于维修、扩充、改装和现代化，同时减少相应的费用：船舶制造费用甚高，要求其使用寿命越来越长，已从过去的 20~25 年，延长到现在的 30 年。但是，武器和电子技术进步迅速，其使用周期越来越短，为保证有效的战斗力，必须在舰船的服役期内对其进行两次到三次的中期改装，以取代过去的一次中期改装。

4结语

随着现代造船模式的建立和不断优化发展，模块化设计理念在船舶设计领域得以广泛推广和应用。 模块化造船是船舶建设的发展趋势和方向，对未来船舶建业的发展有着积极的推动作用。 然而，从实践经验来看，当前要想真正高效的实现外舾装模块化设计，取得突破性的进展，还需要继续深入的探索和实践研究。

参考文献

1. 俞梦娜,夏志平.船舶模块化设计与制造技术分析[J].科技创新与应用,2020(29):151-152.

2. 郑文博.基于人工智能的船舶模块化设计与制造[J].船舶物资与市场,2019(07):28-29.

3. 李明.成组技术在现代船舶舾装模块化设计的应用[J].舰船科学技术,2019,41(18):22-24.