现代船舶制造工艺过程的模块化分析

摘要：本文首先介绍了模块化设计的基础理论知识，包括模块的定义、分类；模块化的定义和模块化过程的特点；以及模块化设计方法与传统设计方法的区别等。在模块化设计中，模块划分及合理性评价等是实施模块化设计的基础及关键所在。
关键词：模块化造船；模块化设计；船舶制造工艺
1 模块化的基本理论
1.1模块化和模块化制造网络研究现状分析
自西蒙于1962年提出模块化概念之后，模块化方法率先在计算机设计方面得到重视和运用。Ulrich(1995)认为，一个产品的架构是三种设计元素的结合：(1)功能元件的模式；(2)功能和物理元件之问的关系；(3)相互联系的物理元件之间界面的定义。当功能元件和物理元件存在一对一对应关系并且界面可以解耦时，产品架构就定义为模块化的。只要上述一个条件不满足时，架构就是一体化的。模块化的主要优点在于产品功能变化的方便性，通过改变相应物理元件就能改变其功能元素，而不必改变其他元件。
模块化网络成功的主要因素有两个：(1)由于根据市场动态能快速和经济地重新分配现有制造能力，降低了固定资本沉没成本。(2)由于公司专注于核心能力导致回报递增，使得创新速度更快。要实现模块化网络的优势，必须满足两个前提条件。第一，通过信息技术和国际化市场，降低企业之间的协调成本。第二，标准化。当产品采取稳定而开放的架构，并且这种架构可以明示和由产业的主要竞争者共享时，就可以实现标准化当我们处理复杂问题时，模块化是有局限的。仅当不同模块之间不存在相互依赖时，才能实现完美的模块化。对于技术维度，模块化是产品和过程设计的属性；对于组织维度，模块化不仅处理组织的内部架构，还处理组织边界的问题；对于知识过程维度，模块化考虑复杂环境下个体和集体问题的解决。
1.2 模块化的定义和特点分析
所谓模块化，就是为了取得最佳效益，从系统观点出发，研究产品的构成形式，用分解和组合的方法，建立模块关系体系，并运用模块组合成产品的全过程。模块化具有如下几个特点：
（1）目的性
建立一个模块化系统，必须有一个明确的目的。或者说有一个明确的对象目标。没有明确的目标，模块化就失去了方向，就无从组织和管理模块化的全过程，系统内部要素和参与模块化系统工作的人员如果没有明确的共同目标，就难以有序的开展工作，分工协作就没有基础；另外，若仅停留于设想，就不能称为目标，确定了目标，就应该有相应的阶段计划和措施予以支持，目的性贯穿于模块化的全过程，直到目标的实现。没有明确的目标或目标不够明确，模块化进程就可能夭折。
（2）综合性
模块化的目标是建立一个模块系统和模块化产品系统，这是一个综合性的，复杂系统工程。模块化需由多个学科专家的通力合作，模块化是一个比较长的过程，需投入大量的人力、物力和资金；它不仅涉及系统的技术问题，而且还涉及系统的管理问题。在模块化过程中，必须全面的考虑各种相关要素，并作出综合性的规划和计划，才可能使模块化工作有序展开，并取得成效。
（3）动态化
模块化过程是一个动态过程，一个模块化的产品系统不仅有其形成、完善和成熟的过程，而且还有其老化和更新的过程。由于新技术的不断涌现，市场需求的多变性，随着时间的推移，以建立的模块化系统中某些模块会因为老化而被淘汰，需要不断补充新的模块，才能使这个模块化系统保持生机，并取得尽可能大的经济效益。另外，任何一种系统都会有其寿命周期，当原有的模块系统仅靠不断的修补不能适应技术发展及市场需求时，则应及时进行更新。所以，建立一个模块化系统后，也不是一劳永逸的，而续保持清醒的头脑，及时进行调整与更新，才能充分发挥模块化的优势。
（4）超前性
由于模块化是一个周期比较长的过程，在着手进行产品模块化工作时，必须有超前意识，模块化方案的确定不仅必须站在一个较高的技术起点，而且需要遇见到发展趋势。在模块化的进行过程中，亦应及时预测和追踪技术发展动向，及时采用新技术，以确保模块化系统技术上的先进性。超前性还表现为，在模块化规划阶段不仅考虑系列化计划，而且还要考虑时间序列的产品系列扩展。
2 我国船舶制造工艺过程的模块化成因分析
随着舰船设计原则以及船舶建造模式的变化，船舶模块化技术的发展极为迅速，模块化造船成为全世界造船界争相开发和应用的新技术。
2.1 我国造船模式的发展现状
我国在20世纪80年代中期引入了模块造船的概念。90年代初，国家技术监督局会同中国船舶工业总公司设立“模块化造船研究”课题，主要开展装船模块的研究，以35000吨级浅吃水散货船为工程依托，开始有计划、有组织地研究与开发船用模块，并开发了12个船用模块，它们是；船用热井模块；燃油分油机模块；船用压缩空气减压阀组模块；锚机、绞车、液压泵组模块；舷梯模块；高级船员居住舱室模块；燃油供油系统模块；一氧化碳灭火装置模块；普通船员舱室模块；海、淡水压力柜模块；输液系统遥控阀组模块；凸轮轴滑油系统模块。其中有6个模块已装船使用，效采良好。
2.2 船舶制造工艺过程的模块化层次划分
模块由简单到复杂的排列顺序称为模块的层次。这里所说的模块，可以是一个完整的产品，也可以是一个功能单元或结构单元。所谓“由简单到复杂”，就是指模块的结构和功能。模块的层次越低，结构和功能就越简单：反之，结构和功能就越复杂。所以，模块的层次又可称为模块的结构、功能复杂性等级，简称为模块的复杂性等级。
船舶是一个复杂的工程产品，由大量不同的系统、组元构成，其中不少组元本身就是相当复杂的具有特定用途的产品或产品组合，其特点是结构层次多。船舶模块化设计与建造就是着眼于如何将船舶划分为层次合理的结构与功能模块，并对这些模块进行标准化、系列化、组合化研究，在实现造船的积木式组装的同时，满足船东的定制要求。显然，只有结构、功能、复杂性程度相当，用途使命相同的产品，才能进行比较优劣。模块化效果如何，自然也是如此。所以，必须以船用模块的结构分析和功能分析为基础，把它们划分成不同地层次或等级，分别加以评定和计算。
复杂的模块分层次后，每一层次都会包含很多模块。层次级别越低、模块越简单，数量也就越大。在进行船舶的模块化设计时，是应该追求用简单的、大品种数量的模块来组装船，还是用复杂的、小品种数量的模块来组装，这里面带来的经济效益肯定是不相同的，因此也会引起建造方式的区别。因此，恰当地进行模块的划分是一项十分重要的工作。
3 船舶制造工艺过程的模块化绩效评价指标设计原则
造船业模块化制造网络的出现是造船业产业组织不断优化的结果，这种产业组织模式能够推动造船企业提高经营效益和效率，推动产业集中度提高，培育一流集成企业，促进造船企业创新能力的提高等。因此，对我国造船业模块化制造网络绩效的评价结果反映了我国造船业模块化制造网络的发展程度，最终会带来我国造船业带来的竞争力的提升。
根据以上思路和我国造船业参与国际竞争的要求，按系统论和层次分析的方法将指标体系逐层分解，形成一组各有侧重又互相联系、能系统综合反映我国造船业模块化制造网络绩效的指标体系，以科学、合理、客观、公正地反映我国造船业模块化制造网络绩效。进行我国造船模块化制造网络绩效的评价指标体系设计，具体应遵循以下原则：
（1）科学性原则
我国造船业模块化制造网络绩效指标体系设计必须从模块化网络对我国造船业带来的影响出发，选择有限指标，以较少的综合性强的指标反映我困造船业模块化网络绩效的基本状况。指标要反映我国造船业模块化网络绩效状况，要规范、准确，符合统计指标要求。
（2）可比性原则
指标的含义要明确，口径要一致，核算和综合方法要统一，以达到动态可比。动态可比是指反映不同时期的我图造船业模块化网络绩效指标能够动态比较，从而能够通过比较说明我国造船业模块化网络的发展状况。这就要求指标口径、核算方法、评价方法要保持一致性，要符合统计制度的要求，以保证评价结果的合理性、客观性、公正性。
（3）实用性原则
我国造船业模块化网络绩效指标体系的设置，综合评价方法的设计以及测评的结果会对船舶行业管理部门决策产生行为导向作用。这就需要在指标体系设计中，根据我国造船业发展的目标，从提高模块化网络给我国造船业产业绩效的提高的各个方面，抓住关键环节和重要因素，来设置指标。通过设置指标和综合评价；客观准确地反映出我国造船业模块化网络绩效，为我国造船业产业组织的优化提供借鉴。
（4）可操作性原则
指标体系不过分追求理论上的理想和完善。指标体系应是一个易于操作的方案，设计的指标体系，要尽可能利用现有统计数据和便于收集到的数据。对于目前尚不能统计和收集到的数据和资料，暂时不纳入指标体系，或者可以通过专家系统获取，这样，设计的指标体系便于操作，实用性强。
4 结论
船舶这类大型产品如果采用模块化设计方法不但能够降低成本、提高质量而且能够大大缩短建造时间。模块化造船是一种现代造船模式，是先进船舶建造技术的代表。船舶的模块化设计方法研究是模块化造船的必然要求，也是船舶设计领域的前沿课题。

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