基于并行工程的船舶設計流程研究

胡誠程， 馬曉平， 張 磊

(江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院， 江蘇 鎮江 212003)

基于并行工程的船舶設計流程研究

胡誠程， 馬曉平， 張 磊

(江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院， 江蘇 鎮江 212003)

船舶設計階段應用并行工程是對設計過程進行優化和重組，進而實現時間上各個設計階段有序地并行開展工作，空間上相關部門和專業協同參與設計。本文通過研究基于并行工程的船舶設計流程，明確了船舶設計各階段的主要設計任務，分析了主要設計任務之間的關系，構建了船舶典型并行設計流程，為其他船舶設計項目并行設計工作的開展提供了參考依據。

船舶設計流程 并行工程 設計任務

1 引言

船舶產品的設計與建造是一項復雜的綜合性工程作業。其間的很多工作既相互獨立，又相互聯系或制約[1,2]。傳統的船舶設計過程采用的是螺旋式模式，設計階段和設計環節彼此獨立，勢必造成大量的設計返工、協調不暢、設計信息不能共享等諸多問題。由于船舶產品設計過程的復雜性和需求多變性，產品問題往往直到客戶手中才暴露出來，不免形成“設計—制造—修改設計—再制造”的惡性循環，帶來大量不必要的時間浪費和材料浪費[3,4]。

近些年，并行設計模式雖然已經逐步應用到船舶設計與建造過程中，使得初步設計、詳細設計、生產設計實現了一定程度的并行設計[5]，其中初步設計與詳細設計的并行周期為10%，詳細設計與生產設計的并行周期為20%[6]。顯然，從整個設計過程來分析，并行化作業的應用程度依然不高，船舶各階段設計的高度并行還停留在理想狀態，在船舶的實際設計過程中，很難形成一套完整的并行化體系和達到較高的并行設計程度[7,8]。

本文通過研究基于并行工程的船舶設計流程，明確了船舶設計各階段的主要設計任務，分析了主要設計任務之間的關系，構建了船舶典型并行設計流程。通過實船應用，提高了船舶并行化設計水平，有效地縮短了船舶的總體設計周期，達到了預期的效果，為其他船舶設計項目的并行設計工作的開展提供了寶貴的參考依據。

2 船舶設計階段劃分及內容

現階段船舶設計過程一般被劃分為編制合同技術任務書、初步設計、詳細設計、生產設計以及完工設計五個階段[1]，設計階段任務的劃分方法多種多樣，可以按工序、系統、功能、部門和專業等方式劃分。本文主要依據作業性質和作業工序對前四個階段內容進行了劃分。

(1) 編制技術任務書，按照設計單位和船東的要求對船舶的外觀、性能和作用編制。可將其劃分為設計任務書、外型方案和功能方案三項設計任務。

(2) 初步設計是在深入分析任務書和調查研究的基礎上，提出船體、輪機、電氣不同專業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性能指標校核，包括船東提出的技術要求、同類型船舶的調研和相關的規范與法規；②主尺度及主要系數確定，包括空船重量計算、航速及主機功率計算、主機選型等；③總布置設計；④型線設計；⑤船體結構設計；⑥船舶舾裝設備設計；⑦機艙布置設計；⑧技術性能與經濟計算過程包括船舶浮態、穩性、抗沉性、快速性、最小干舷、登記噸位、船舶造價、年利潤等多項設計任務。

(3) 詳細設計是在初步設計的基礎上按照各個系統、功能、專業對各個問題進行深入分析和詳細設計、計算和繪圖。可將其劃分為總體結構設計、區域結構詳細設計、模型創建和項目結構材料清單統計等設計任務。

(4) 生產設計是根據船廠的條件和特點，按照建造的技術、設備、施工方案、工藝要求和流程、生產管理等情況，設計和繪制施工圖紙以及施工工藝和規程等。可將其劃分為前期準備、三維數字化建模、生產設計圖紙設繪、清單維護和后期跟蹤等設計任務。

3 船舶并行設計過程研究

3.1 設計階段之間的并行

船舶的設計過程總體上呈順序模式，但具體設計任務之間往往可以交叉進行，即船舶設計過程表現為宏觀串行，微觀并行。也就是說，初步設計、詳細設計、生產設計階段在整體串行的同時也可并行開展部分或全部工作，即后續階段的設計工作不用等到上一階段的所有任務全部完成后再開始。若后續階段某些任務的所需資源和信息滿足開始條件且與其他任務不沖突，那么后續階段的這些任務便可與前一階段的對應任務并行。例如在生產設計中的分段劃分工作可以同詳細設計的板縫規劃工作并行，其過程如圖1所示。

圖1 船舶分段劃分的并行過程

3.2 設計階段內部的并行

在同一設計階段，為了達成設計目標，不同任務之間的相關性有四種表現形式，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]。在船舶實際設計過程中，任務間的相關性可以用來判斷任務間的先后順序及約束關系。若存在前置、后續任務，彼此間不存在資源沖突或者前置任務結束前就為后續任務提供了開始條件，那么這兩項任務便可并行。例如在編制合同技術任務書階段，雖然外型方案和功能方案是在設計任務書的基礎上設計的，但彼此卻可以并行；又如初步設計階段在進行總布置設計時要考慮型線特征，型線設計又要以總布置為基礎，所以總布置設計與型線設計可并行。設計階段內部的并行在生產設計階段體現更為明顯，跨區域建模或區域內部各個分段的建模和出圖工作往往采用并行模式開展，圖2為某項目生產設計中貨艙各個區域建模工作的并行示意圖。

3.3 船舶并行設計流程構建

根據各設計階段任務間存在的串行或并行關系，可以構建船舶從編制合同技術任務書到生產設計的設計主流程，如圖3所示。圖中垂直方向依次為各個設計階段，橫向為各個階段的作業流程，緊密連接的任務可并行，每個階段通過設計評審工作后進入下一階段。此流程較好地反映了船舶設計過程宏觀串行、微觀并行的特點，現已在2 400 TEU集裝箱船項目中得到實施。

4 結論

在船舶設計中通過構建并行設計流程，可將宏觀上串行的過程進行分解，建立微觀上任務間的并行關系，進而實現時間上各個設計階段有序地并行開展工作，空間上相關部門和專業協同參與設計。由于船舶設計可以分解為多項設計任務，給過程的控制與評估帶來很大困難，因此每個階段的工作結束后就要及時按照該階段的設計標準對工期、資源、

圖2 船舶生產設計建模的并行示意圖

圖3 船舶典型并行設計流程

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成本和質量等進行評價，同時完成該階段的圖紙信息評審工作，進而再對設計過程進行調整和規劃，使流程更符合實際的設計過程。本文構建的船舶典型并行設計流程現已應用在2 400 TEU項目設計中，有效地縮短了船舶的總體設計周期，提高了船舶的并行化設計程度，為其他船舶設計項目的并行設計工作的開展提供了寶貴的參考依據。

[1] 金朝光, 林焰, 紀卓尚.船舶建造的現代工程分解結構[J]. 中國造船, 2002，4: 85-89.

[2] 賀澤.基于AHP的船舶協同設計團隊模型及資源評價方法研究[J].船舶工程, 2008，2: 79-83.

[3] 李明, 孫東生， 陳慈慧等. 船舶并行協同設計管理研究[J].船舶工程, 2005，6: 84-86.

[4] 曲鵬翔,馬曉平.船舶并行協同設計動態計劃管理系統研究[J].造船技術, 2010，2: 8-10.

[5] 張涂.并行工程在船舶設計中的應用研究[D].鎮江：江蘇科技大學，2012.

[6] 朱安慶,蔣志勇.基于數字化造船的生產設計方法研究[J].造船技術, 2010，6: 5-8.

[7] 崔小祥, 蔣志勇,王岳.船舶產品建造程序計劃系統信息模型研究[J].造船技術, 2008，3: 4-7.

[8] 王能建,邱長華.支持協同設計的船舶設計過程模型研究[J].中國造船, 2005，1: 68-72.

[9] 宋慶闖.船舶并行協同設計應用技術研究及開發[D].大連：大連海事大學，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

胡誠程(1989-)，女，碩士研究生。

U662

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