基于模块化的玻璃钢游艇设计与建造
时间：2022-07-29 02:43:25
【前言】基于模块化的玻璃钢游艇设计与建造由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。所谓模块，就是可组合成系统的、具有某种特定功能和接口结构的、典型的通用独立单元。模块作为系统分解的产物，具有典型性、通用性或兼容性的特点，易于从系统中分离和更换，同时也便于和其他模块构成新的系统。对其参数稍作修改还可以组成系列，以满足不同规格、不同...
摘要：分析了游艇应用模块化的优势；提出了以船体、上层建筑、舾装、内装的模块化分方法，以流水线方式组织生产，以期改进游艇生产模式，提高生产效率。
关键词：玻璃钢游艇；模块化；设计建造
1 前言
80年代初期以来，我国抓住世界游艇业的产业转移的契机快速发展，游艇制造业已经初具规模，但各种工艺和配套设施不完善，边际成本高。随着世界产品多元化和个性化的发展，市场竞争日趋激烈，想要占领市场，必须提高生产效率和产品质量，降低成本。模块化设计制造是应对复杂产品系统的组织与过程的有效方式，利用已标准化、系列化的模块，迅速组装成整船。游艇的模块化建造既缩短了船舶的建造周期，又满足船东的个性化需求，同时便于游艇的维护和改装[1-2]。
2 模块化造船的基本理论
所谓模块，就是可组合成系统的、具有某种特定功能和接口结构的、典型的通用独立单元。模块作为系统分解的产物，具有典型性、通用性或兼容性的特点，易于从系统中分离和更换，同时也便于和其他模块构成新的系统。对其参数稍作修改还可以组成系列，以满足不同规格、不同用途的产品的需要[3]。从根本上说，模块化是利用成组技术对产品进行相应的划分，利用相似性原理，按照一定的准则分类成组，同种事物能采用同一方法进行处理，使多品种、小批量的复杂产品实现批量生产，提高经济效益。
造船模块可以定义为：具有标准尺寸和标准件，且主要部件具有可选性的最终产品的预制单元[4]。模块化造船是根据船舶功能和结构的不同划分成不同的模块，并分别进行设计建造，最后将模块组合成功能齐全的船舶，其实质是在满足船舶总体性能、结构强度和实际生产条件的前提下，按照一定的原则把船舶分成若干模块，并按模块进行设计，由船厂或以外协加工的形式完成模块的制造，由船厂总装形成所需的船舶。不同类型的游艇由不同的模块组成，模块的种类和组合方式不同，游艇功能和用途也随着改变。
采用模块化造船，有利于分道建造、并行生产，可以大大提高总体的生产效率。此外，它改变了过去单件生产只能单件设计的传统模式，采用成组技术设计出来多样化的产品，在多品种小批量生产中保持了批量生产的优势，简化了产品系统结构和设计制造过程，能有效的组织专业化生产，显著提高生产效率，缩短设计建造周期。
3 模块化的价值分析
随着科学技术和经济的快速发展，经济活动的复杂性增加，消费者消费偏好快速变化，需求因素的不确定性急剧增加。模块化作为一种新的思维方式，能有效的解决事物的构成模式分析、系统分解、重组、协调等方方面面的问题。用它来分析复杂事物，解决工程实际问题，可使问题简化，条理清楚，从而取得良好的质量和经济效益。模块化在实际运用中具有良好的分离价值和替代价值[5]。
3.1 分离价值
假设游艇具有N种功能，其总价值用V表示，对产品进行模块化设计，以求产品能增值。在一体化的情况下，产品的整体价值为X，将随机变量X的价值标准化为0。对于创新结果X，假设其服从均值为0，方差为 σ2N的正态分布，创新结果的价值为V=E（X+），其中E为创新结果的数学期望，X+表示创新结果为正时，才构成创新结果的价值，当其小于或等于零时放弃创新结果仍然采用旧的产品。把游艇设计分成n个模块，则每个模块有一个创新结果Xi，每个模块创新结果的价值和创新结果的总价值为：
3.2 替代价值
在模块化设计的过程中，对同一模块进行多次平行实验，采用最优实验结果作为最终方案。假设每个模块进行m个平行实验，实验的结果以Xij表示，其中i表示模块，j表示实验，从每个模块m个实验结果中选取最优结果，即求一个容量为m的样本的最大次序统计量，则最优结果Ximax的分布函数Fimax为：
Fimax（x） = （Fi（x）） m （5）
其中，Fi（x）是模块i创新结果的分布函数，Fimax（x）是模块i进行的m个试验中最优结果的分布函数，x是给定的任何值。因为0
4 模块化的划分思路
在模块化设计中，模块划分及合理性评价是实施模块化设计的基础及关键，它不同于现在钢质船的分段、总段的划分模式。通常情况下，模块划分越细，模块的特点越鲜明，越有利于船东参与游艇的定制设计，满足其个性化需求。但模块划分过细会使模块装配接口数增加，装配难度增大，装配精度降低的可能性也增大，因而必须在模块的划分过程中做适当的取舍。在实际应用中模块划分大致可以分为：船体和上层建筑模块、舾装模块、内装模块三个部分。
4.1 船体和上层建筑模块
玻璃钢游艇的船体和上层建筑都是玻璃钢结构，它们在模具上糊制的，船体用阳模制造，上层建筑和甲板是阴模制造。游艇船体模块主要包括船壳、骨架和舱壁，以及部分与船体直接连接的部件。游艇的上层建筑包括造型和颜色两个主要方面，不同的造型和不同的颜色搭配，可形成多种风格鲜明的游艇，使产品的多样化需求得到保证，这个特点在多层上层建筑游艇得到更好的体现。
在实际建造中我们设计移动式的分片模具（如图1所示），分片成型的界面线设在难于脱模的地方，通过组合的方式连接成完整的船体模块。在组合模具中，在满足整体线型光顺的条件下，通过适当改变船体中部的长度和平板龙骨的宽度，使游艇在整体性能改变很小的情况下形成大小相近的系列化游艇。同时通过替换部分移动模具，改变上层建筑的形式，使它能方便的在运动型、休闲型和商务型中自由转换，大大满足客户个性化的需求，大幅度的降低模具成本，提高船厂的经济效益。
船体和上层建筑模块除了要考虑其自身的整体性能外，还要考虑其内部其他模块的线型、结构及安装形式、模块间的相互耦合问题，确保整个游艇管路和线型走向清晰，预埋件和开口的尺寸和定位准确。在此基础上开发系列化的甲板模具、飞桥模具、雷达架模具、卫生间模具，淋浴间模具、驾驶台模具、机舱盖、进出风口、排气管等玻璃钢模具运用于实际生产，满足各类型游艇的需求。
4.2 舾装模块
玻璃钢游艇尺度小，舾装工程量大，而且工种多，工序复杂，相互协作要求高，技术综合性强，施工条件差，舾装工程的进度在很大程度上决定了了游艇建造周期。因而细化舾装工艺过程，提高舾装效率和舾装质量，改善劳动环境，缩短建造周期是十分必要的。舾装模块主要包括通用标准五金挂件模块、非标管路、舵系、轴系、锚系、主机非随机配件辅助件、交直流配电箱和配电板、穿线走管通用配件、救生设备、羊角、吊环、护栏等模块，这些舾装模块能和船体和上层建筑中的预埋件和开口很好的连接，通过标准接口使建造工艺简化，便于模块在狭小空间内安装，减少工人的劳动强度。
4.3 内装模块
游艇作为高端消费品，对内装的要求很高，质量稍有偏差就要返工，使工期加长，同时建造质量也很难得到保证，制约了建造工艺水平的提高。由于游艇建造的过程中，内装占据了大量的建造工时，所以把内装从舾装中单独出来分析。在传统的建造中，由于船体固件的影响，内装是在不规则的平面内进行的，内装件在车间部分加工后吊到船上定位并校核尺寸，然后运回车间进行成形加工，最后再次吊到船舱内安装加工，整个工序交错复杂，在狭小的空间内多次进行多工种的操作，内装时间急剧增加。
为了减少安装的难度，设计一个可调距离的平面模块，其距船体表面的距离等于强骨架加上最大管路的管径，把整个内装安装面由曲面变成平面，减少加工的难度。同时开发家具（合型家具和独立家具）、地台板铺装（FRP成型地台板表面的附属装饰）、内舱壁饰面（如木饰面板造型、玻璃、复合装饰造型、皮（布）软包等）、天花板饰面（同舱壁板）、标准连接工艺件和非标连接等模块，在车间制造出成品后再接吊到船上安装，安装工艺更加简单高效，减少了工序的反复，大大提高了内装的质量和速度。
5 模块化在建造中的应用
5.1 流水线作业模式
在传统的建造过程中，由于分工模糊，工序重叠，为了保证工期不能不提前生产，在制品的数量大大增加，库存量大。通过模块化划分，可以使整个建造工艺以流水线的方式从前道工序向后道工序推进，按一定的速度完成整个生产过程。流水线生产使得产品的连续性、比例性和均衡性都能得到很好的保障，中间产品尽量做到及时生产，减少在制品的数量和库存量，提高生产效率。同时生产过程中出现的任何问题都能及时发现，及时解决，降低了生产管理难度。通过长时间对问题的迅速处理，能提高作业人员发现和解决问题的能力，形成好的应急处理方式，生产管理水平也随之得到提高。
游艇厂的生产组织形式是以专业为基础，按照船体、轮机、电气和装饰为制造工艺流程的施工顺序，增大了劳动强度和作业难度，使生产调度困难。整个建造过程中，现场工位长、施工距离长、工种配置复杂，阻碍新技术和新工艺的运用，降低了劳动生产率，完全不能适应大规模生产的需要。建立基于模块化生产流程和工艺特点的专业分工机制，能有效的配置公司资源，减少物流和人流的冲突，提高劳动生产率。
游艇厂通常实行由管理部门制定全公司的生产计划，然后按照公司的组织机构，层层下达计划，由下级机构按照公司总的计划要求去制定具体的建造计划。这样的推动式计划体系对公司计划人员的要求非常高，计划决策人员必须对公司的情况和资源非常了解，不然计划就很难实施。在模块化造船中我们要建立一个按照客户需求来制定的生产计划，建立一个由后向前、由下而上的拉动式计划体系，由后道工序向前道工序提出订货计划，然后前道工序严格按照后道工序的要求，准时生产和交货，优化生产。
5.3 工序同期化均衡生产
游艇建造是包含船体系统、轮机系统、电气系统和装饰系统等多系统作业，包含35个大项和200个小项的复杂工程。为了保证生产连续不断，且满足生产的节奏，需通过技术、组织措施调整工序时间，使各个工作地点的工时尽量接近，实现均衡生产。如果完全按照各不同部分的模块组织生产，再按照最后的组装要求组装，其组装顺序会是A-A-A，B，A，A-A，B-B，这样的安装顺序虽然也能满足最终组装要求，但这种不规则的生产就会导致各个车间的工作忙闲不均，忙时要加班，闲时无事可做，造成严重的资源浪费。这就要求我们进行建造顺序的调整，以三个A-A-B模式的生产，实现不同车间人员均衡有序的生产，各个工种的人员忙闲有致，提高生产效率。
6 小结
玻璃钢游艇作为一种复杂产品系统，由于技术和功能的复杂性，其建造方法一直是造船业关心和研究的课题。在造船史上，造船方法的每次进步都给造船工业带来巨大的发展，既缩短了船舶建造周期，又提高了船舶建造质量。“模块化造船”着重点在部件安装方面，首先在组装车间把部件组装成模块，试验合格后上船安装，能大大减少调运安装等反复劳动，以最少要素的组合快速实现产品品种的多样化，缩短建造周期。同时模块化有利于组织并行生产，减少物流和人流的冲突，提高工作效率，多样化的产品又能满足客户个性化的需求，增加产品的市场吸引力，在市场竞争中更加具有优势。在技术日益发展的今天，材料的使用寿命越来越长而仪器的更新换代越来越快，模块化制造能很好的解决这个矛盾，使船厂的制造水平得到根本性的提高，进而提高我国游艇在世界游艇市场的竞争力。
参考文献
[1] 曹明法， 世界各国及中国游艇工业概述[J].船舶工程， 2002
[2] 柏志辉， 基于模块化的玻璃钢游艇工艺流程研究[D]， 华南理工大学
2010
[3] 何学发， 模块化造船技术及其发展综述[J]， 造船技术， 1998
[4] 法伟东 徐学光， 模块造船的实施方法[J]. 造船工艺， 1995
[5] 杨国兵， 我国造船业模块化制造网络研究[D]， 哈尔滨工程大学 2008
