先进设计技术在船舶设计中的应用策略

-----------------------Page1-----------------------《》机械设计与制造!#$%&&’()$’*+,-.#/012/3.4#5*+#6+,70/!#!文章编号：=8&&89’::;%&&’&’9&8%’9&%先进设计技术在船舶设计中的应用策略综述陈晓川东华大学机械工程学院，上海%&&&D8=与简方明伦俞涛上海大学HK*J5机械人中心，上海%&&&;%=讯?@%,A654’;65)#)#;6654-)#645&616$6)#65,%-)%$,%)’)6A)/23B#’;&11)54)HBL(S.+)9,-+#（）?-/*/,-+#.,+RL#4.#//0.#4H)RR/4/T2)#4-+U#.V/03.71TJ-+#4-+.%&&&D8TH-.#+WC(X*.#49R#TYU?+)，=J-+#4-+.U#.V/03.71THK*J5Z)[)7.,3H/#7/0TJ-+#4-+.%&&&;%H-.#+44444444444444444444444444444444444444444444455444【】摘要中国加入?@后，造船企业将面临更激烈的竞争。通过对船舶行业概况的分析，指出我国4444的造船企业与先进国家的造船企业有如下一些差距：造船产量不够高；技术差距大，高技术产品少；串44行设计周期长，质量难以保证，生产效率低；成本偏高；生产模式落后；信息化水平低，信息集成度差。4444针对所存在的问题，我们认为可以通过实现并行设计、虚拟设计和虚拟企业来提高船舶设计能力，以44迎接?@的挑战。4444关键词：世界贸易组织；船舶设计；并行设计；虚拟设计；虚拟企业44【】44!#$%&’$$%&’()*+,-’,&’(.+,&/?@01*+234+56+,7’,&’(2(+.’.8+55%-9’:/(’%4(+/4.9/:2’&+&+/,;$%&’(44.*+22+,7+,64.&(.4::-(+’.8’(’-,-5=’6+,&*+.2-2’(08’2/+,&/4&./:’6+.2-(+&+’.3’&8’’,/4(.*+2444434+56+,7’,&’(2(+.’.-,6-6?-,9’6.*+234+56+,7’,&’(2(+.’.@.*+234+56+,7/4&24&+.,/&*+7*A.*+234+56+,7:/6’44-,6&’9*,/5/7+’.6(/2.3’*+,6A6’.+7,995’+.5/,7AB4-5+&+.6+%%+945&&/3’25’67’6A2(/649&+/,’%%+9+’,9+.4444A5/8-,69/.&+.*+7*A+,%/(:-&+/,+,&’7(-&+/,5’?’5+.5/8;C,/(6’(&/./5?’&*’.’B4’.&+/,.-,6(’9’+?’?@44.9*-55’,7’08’2(/2/.’6&*-&+:2(/?+,7)*+,’.’.*+22+,76’.+7,-3+5+&+’.39/,94((’,&6’.+7,0?+(&4-56’.+7,4444-,6?+(&4-5’,&’(2(+.’;444489；；；()*+,%-#./,01-2%&-)3%4&567&$6,5/23:;6654-)#645=,5’0%%)5$-)#6456%$0&144-)#645；46%$0&1)5$)%%6#)55444444444444444444444444444444444444444444444中图分类号：文献标识码：?B8%%C（）（8船舶行业概况和国内外的差距分析了日本:O&万吨，达到8%&&万吨。韩国现代重工世界上最大的船厂）与美国P?H公司合作开发以.#Q/-.RR为核心的设计、8$8国际概况制造、管理一体化系统。%&世纪世界船舶工业经历了一个非常艰难的发展过程。以’=美国：在二次大战时有8;&万人，建造了约D&&&艘各种二战为界，世界造船业的重心曾经发生过多次转移，先是欧洲船舶，其中的奇蒙德造船厂一天产一万吨的船一艘。:&年代全然后是亚洲，目前已形成群雄争夺的局面。从国际方面看，世界面应用了并行工程，采用三维数据模型交互，代替了实物8&&G上的造船强国主要有日本、韩国和美国，它们的发展概况简介（模型。%&&&年:月全美六大造船公司电动船公司、巴士铁工如下：厂、国家钢铁和造船公司、托德太平洋船厂、纽波特纽斯船厂、盎=日本：年年造船量稳居全球的=，88:DE98:::’&FD&G格尔斯船厂）联合建立了基于信息技术的造船虚拟企业，实现居世界首位，以成组技术和并行工程为主导的造船体制已经建了造船HCIJ系统。立。目前正向虚拟企业和造船的连续采办与全生命周期支援系8$%国内概况（）统HCIJ方向发展，其职工人数已经从;&年代的8&多万人下%&年来，我国造船业的世界排名从第8;位上升到第’位，降到目前的%万人。日本日立造船公司经过:年努力，研制成功占世界造船份额，从&$EG上升到;G，造船吨位从’N万吨上升一种叫做BK9HC2LH的计算机辅助造船HC2MHC*软件系到“”’E&万吨，出口船舶比例达到O&G，九五期间每年创汇8E统，它由船体、管系、电气和舱室布置N个主要子系统组成。亿美元，已经成为机电产品出口创汇的重要支柱。但是，近几年%=韩国：近些年通过投巨资建立大型船坞、扩建设施和引进日本人才，全面实现了现代造船体制，建立了HK*J，引进了来由于亚洲金融危机导致日韩大规模调整造船工业。日本七大系统，目前试图建立虚拟企业。年其造船量首次超过造船企业的合并计划，韩国造船业的调整和合并，其目的就是HCIJ%&&&来稿日期：!%&&%98898&-----------------------Page2-----------------------《》!#!机械设计与制造!#$%&&’()$’*+,-.#/012/3.4#5*+#6+,70/为了保持其在国际造船市场中的垄断地位。随着日、韩两国造可分，现代造船模式的主要技术基础是深化设计。船业造船成本的大幅度降低，我国的造船低成本优势越来越造船模式是船舶制造业存在的形式和活动方式，现代造船小。而重新奋起的欧、美造船企业与日、韩等国纷纷以合作、改模式可以表述为：以统筹优化理论为指导，应用成组技术相似性（造、资本与技术输出等方式扩大市场占有率，甚至在我国境内原理，建立以中间产品为导向，按船舶空间划分作业区域简称）（）大规模投资，兴建现代化造船基地，企图进一步抢占我国船舶区域，按船舶建造过程划分作业阶段简称阶段，按生产作业（）（）（）市场。同时，由于加入:;的影响，我国船舶工业在前后夹击性质划分壳船体建造、舾设备、管系、电气安装、涂涂装各（）下，正面临着更为严重的挑战。与国际先进水平相比，我国造船种作业类型简称类型，形成以壳、舾、涂一体化和设计、生产、行业的主要差距表现在：管理一体化的作业体系，实现空间分道、时间有序、均衡连续地8=9造船产量不够高：年以来虽然我国的造船量占世总装造船。=?界第三位，但与日本和韩国仍有?$@倍的差距。传统造船模式是按工种专业化的生产体制，即按船舶系统“”8%9技术差距大，高技术产品少：以国际通用的AB个要素、分解任务包，各工种分别完成作业。在生产组织上按学科专’?&项标准评估中日两国骨干船厂，可发现与世界先进水平的业组建技术部门和管理部门，按工种专业组建生产车间和班综合差距有=@年，精度控制差距=@年，但管理体制差距=B年，组。各工种作业在空间上干涉，在时间上干扰，互相争夺生产资信息技术的差距达到了=年。我国主要产品为普通产品，顶级源，影响作业进展，工程很难控制，致使生产效率低下。与传统IJ89的如巨型油轮（）（）模式比较而言，现代造船模式具有以下优越性?：=成本降CDEE、大型豪华客轮、大型液化气船D(F和898989核动力航空母舰都没有建造过。低，周期缩短。%生产率整体提高。’工作环境改善。?设8’9串行设计周期长，质量难以保证，生产效率低，交货周期备利用率提高。较长：例如，建造?$%万吨级货船，日本的建造工时为=%万，我现代造船模式的实现是需要从多方面开展的，可以说是一国为=%&万，设计建造周期约为8=BG%&9个月，是国际先进水平项复杂的系统工程项目，从现代设计技术发展的角度看，为了有的=$B倍。效地提高产品开发能力，采用并行设计、虚拟设计和虚拟企业是8?9成本偏高：虽然我国的工资水平是韩国的=H=@，但物料造船行业通过信息化提高设计能力的努力方向。利用率低、粗放管理、物资采办等费用较高，又缺乏有效产品成%$=并行设计本预控手段，导致了造船成本偏高。并行设计是并行工程的核心内容，船舶的并行设计方法是8@9生产模式落后：如表=所示，在当代日本、韩国等先进造基于计算机网络来实现的，即各类专家通过计算机网络、统一的船企业均已完成了传统造船模式向现代造船模式的转换过程，产品数据模型进行船舶造型、可制造性、经济性、可靠性、可装配我国目前一般处于第二、三级水平，即我国还基本沿用传统体性等的分析，不同的意见通过网络反馈，修改数据模型，使异地制，主要体现在管理方式与手段落后、计划制定粗放、配套供应工作的专家同时在新的模型上继续工作，直至完成所有设计任手段落后等方面。务。这样不仅提高设计效率，减少设计时间而且由于船舶产品表=造船技术发展阶段表I’J生命周期中各种问题得到充分考虑，使设计质量也大大提高。对于技术密集型的造船行业，实施并行工程设计要求先进的造系统导向系统和区域导向区域、类型和阶段8中间产品9导向船设备和技术与之相适应，这包括管理技术，第一级水平第二级水平第三级水平第四级水平第五级水平EK2HEKLLHEK*一体化，等。一般来说，实现并行工程的主要步骤有IJ：船台散装分段建造分段建造壳、舾、涂一体化设计、制造一体L2*@码头舾装预舾装区域舾装化（）建立企业网和工程数据库，初步实现、、=EK2EKLLEK*整船涂装预涂装企业涂装功能。劳动密集型设备密集型信息密集型知识密集型（）%进行信息集成，推行L2*技术、特征建模技术，形成一离散型生产过程连续型生产过程个、、的集成系统。传统造船现代造船未来船船EK2EKLLEK*（）’首先在设计、工艺、制造部门建立统一的产品模型，初步8A9信息化水平低，信息集成度差，基础信息获取不及时、不实现并行工程；进一步将企业管理方面的、与准确，无法支持快速决策。*MN*OLMMEK2HEK*系统进行集成，实现全厂范围内的信息集成，全面实现并%提高造船企业竞争力的途径和策略行工程。中国加入:;，将意味着国内企业与国际企业在同等条件在并行设计中采用的软件工具为2PQ，针对造船成本偏高下进行竞争，国内企业在短期内必须承受极大的压力，提高造船的实际情况，可以采用面向成本的设计方法（2/3.4#P)0E)37R企业的产品竞争力是求得生存和发展的必由之路。产品的竞争能）R2PE。它最早出现于九十年代初期，是2PQ的一个分支，它力来自价格竞争和非价格竞争。价格竞争是企业运用价值手段同是指在满足用户需求的前提下，尽可能地降低成本，通过分析和竞争者进行营销较量来争取顾客，扩大销售，占有市场。而产品的研究产品制造过程及其相关的销售、使用、维修、回收、报废等产成本在很大程度上决定了产品的价格，但产品成本的大部分在设品全生命周期中的各个部分的成本组成情况，并进行评价后，对计阶段就已经决定了，因此采用现代设计方法，提高产品设计水原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改，以达到降低平是降低产品成本的关键。现代造船模式与设计能力的提高密不成本的设计方法IAJ。为了实现面向成本的设计，必须注意收集-----------------------Page3-----------------------《》机械设计与制造!#$%&&’()$’*+,-.#/012/3.4#5*+#6+,70/!#!（）与全生命周期成本899—8.6/91,:/9)37数据有关的信息，这提高，这种方法将企业内外联为一体，达到了资源的充分共享些