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        船舶舾裝模塊化設計與制造的現狀及發展方向

        船舶舾裝模塊化設計與制造的現狀及發展方向

        • 分類:行業動態
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2017-11-28 10:23
        • 訪問量:

        【概要描述】中國造船工業從20世紀80年代初開始與日本的造船業合作,引入設計、制造、管理技術,經過17年才改變傳統的系統導向型造船模式,基本建立了區域導向型的現代造船模式。盡管這種模式尚處在初級階段,但這對中國造船工業卻是一次十分深刻的造船“革命”。

        船舶舾裝模塊化設計與制造的現狀及發展方向

        【概要描述】中國造船工業從20世紀80年代初開始與日本的造船業合作,引入設計、制造、管理技術,經過17年才改變傳統的系統導向型造船模式,基本建立了區域導向型的現代造船模式。盡管這種模式尚處在初級階段,但這對中國造船工業卻是一次十分深刻的造船“革命”。

        • 分類:行業動態
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2017-11-28 10:23
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        中國造船工業從20世紀80年代初開始與日本的造船業合作,引入設計、制造、管理技術,經過17年才改變傳統的系統導向型造船模式,基本建立了區域導向型的現代造船模式。盡管這種模式尚處在初級階段,但這對中國造船工業卻是一次十分深刻的造船“革命”。

        船舶工業的生產過程是一個復雜的有機的整體大系統,隨著計算機技術、信息技術在工業中的廣泛應用,造船行業正經歷著又一次新的技術革命,其目標是通過現代集成制造技術帶來造船業更高的經濟效益,其主要特征是由區域導向型造船走向中間產品導向型造船。這其中核心技術是基于設計制造一體化的船舶模塊化建造技術的發展。

        本文首先就目前國內外模塊化造船技術發展現狀作一概述,然后重點對船舶模塊化設計制造技術的開發與實施進行分析,以為國內向以中間產品為導向的船舶模塊化設計制造技術的研究與應用提供思路.

        1 國內外模塊化造船的現狀

        縱觀船舶制造技術的發展,由于制造技術和設計技術的不斷進步,已經經歷了三個歷史階段,當前正處于第四個階段,正在形成未來的第五個階段,即更高水平的造船技術一敏捷制造技術(簡稱AMT)。目前綜合船舶生產模式、企業生產要素密集狀態、生產過程斷續分界和國外新一代造船技術的研究開發,可歸納如下造船模式的五個發展階段:

        第一階段:系統導向型造船模式――船臺散裝、碼頭舾裝、整船涂裝.

        第二階段:系統和區域導向型造船模式――分段建造、預舾裝、預涂裝;

        第三階段:區域、類型和階段型造船模式――分道建造、區域舾裝、區域涂裝;

        第四階段:中間產品導向型階段――殼舾涂一體化;

        第五階段:產品導向型階段――設計制造一體化。

        前兩個階段屬于傳統造船技術,中間兩個階段屬于現代造船技術,第五階段屬于來造船技術?,F代造船模式可以理解為以統籌優化理論為指導,應用成組技術原理,以中間產品為導向,按區域組織生產,殼舾涂作業在空間上分道,時間上有序,實現設計、生產、管理一體化,均衡、連續的總裝造船。

        船舶建造的模塊化概念始于二戰期間美國的大量造船,當時,美國曾擁有165萬造船職工,建造了軍用艦船1768艘。大量標準船的建造促進了焊接技術和分段建造技術的發展。這些建造技術又在20世紀50年代由日本造船業加以發展,60年代,則結合成組技術產生了今天模塊化建造技術的雛形。1971年,前蘇聯正式提出了模塊化造船方法,于1977年用此方法建造了10萬噸級的“鮑里斯.布托瑪”礦油兩用船。隨后美國開始研究模塊化造船方法并開始組織生產,到70年代末,美國的模塊化造船思想更趨成熟。80年代中期,我國造船業引入模塊化造船,開始了模塊化造船技術的研究和探索。由于模塊化造船具有明顯的優越性而表現出強大的生命力,發展速度很快,從長遠來看,它的推廣和逐漸完善無疑將帶來造般工業上的一場革命。

        2 成組技術與中間產品

        傳統的造船模式采用功能型組織結構,即按共同的生產活動調集資源。工程師和生產人員按功能組織起來。而現代造船模式采用產品導向型組織,即以產品導向型工程分解和成組技術為基礎。中間產品是指生產的作業單元,是對最終產品進行任務分解的一個組成部分,也是逐級形成最終產品的組成部分。成組技術(簡稱GT)適宜多品種生產,即多種產品小批量生產.設計和生產以同一方法加以組織,均以同一產品為目標,在造船中即以中間產品(Interim Product)為目標。一切設計、計劃、船體建造、舾裝和涂裝均按船舶的地理區域進行,船廠把整艘船舶作為最終產品,用工業工程的方法把它分解為零件和層層部件(部件、分段、總段、舾裝單元等)以及特定的任務(如涂裝、調試、試航)稱之為“中間產品”。把所有“中間產品”委托給廠內外專業化高效的生產組織制造,這種造船方法稱之為“中間產品”導向型法。“中間產品”是一種概念導向,其目的是將傳統的生產過程加以層次化分解,其實質是船舶設計數據信息的一種管理方式。

        現代造船理論的技術權威契里洛先生認為,為了多品種,少批量生產獲得大批量生產的效益,合乎邏輯的有序設定公司面臨的所有工作,必須應用成組技術。船廠有序設定工作采用“產品導向的工程分析”(PWBS). PWBS包括船體分道建造法、區域舾裝法、區域涂裝法。所謂區域是包含一個“族”的產品,如零件、部件、組件、分段或采用特定形式服務的作業。生產者把信息和物資轉換為中間產品。

        現代造船企業趨向于總裝廠方向發展,其主要任務將只是船體制造和管子制作。近10多年來我國建造出口船舶的經驗表明,管子制作已成為船廠生產中的一條短線,影響著造船的進度和產量,并直接關系到船舶建造成本和船廠信譽。推行造船生產設計是解決這一問題和縮短造船周期的有力措施。生產設計開創于日本,早在20世紀50年代初,曾擔任日本造船學會會長、石川島播磨重工業公司董事長的真藤恒先生受到美國汽車和航空工業生產體系中提供必要生產信息和數據方法的啟示,在造船行業首次推行了生產設計。我國自1978年開始,從日本引進了生產設計的概念。經過二十多年的認識、探索、推廣和提高,我國船舶行業的生產設計水平有了很大程度的提高?;纠眄樍松a設計、生產管理和現場施工之間的協調關系。但是統計資料反映:我國造船業單船管子預舾裝率幾年來一直在65%-75%之間徘徊,與國外造船企業的生產率差距相當大,約差10~20倍。所以,我國不少船廠己將管子生產設計和加工列為技術改造的主要內容之一,如江南造船廠、滬東造船廠和廣船國際等船廠紛紛引進管子設計軟件并對管子車間實施了改造。

        3 船舶舾裝模塊化

        模塊化造船的概念貫穿于船舶的初始設計、建造過程和試航、操作過程。模塊化造船的關鍵是模塊化設計。

        基于模塊化設計技術的模塊化建造方法能夠給造船業帶來巨大收益,并為長遠帶來降低設計成本,縮短設計周期,使個性化產品和系列化產品之間的維護、更新、回收和設計再造變得更容易等好處。

        直至近幾年,模塊化造船概念的應用仍主要集中在有序的建造所需要的生產和裝配計劃上,生產設計繼續按照傳統的功能系統方式進行,結果在一張圖上表示了一大堆以專業劃分的工作,并沒有去考慮諸如區域裝配等模塊化建造概念的應用。問題的關鍵在于設計,模塊化建造不僅要求從系統觀點出發,更要求從建造觀點出發進行提前設計。這已不是生產設計和成組技術能夠解決的問題,模塊化船舶設計概念的產生源于設計優化、結構簡化、功能單元化、目標多樣化。

        造船模塊可以定義為,具有標準尺寸和標準件,且主要部件具有可選性的最終產品的預制單元。這種預制單元可以是結構功能單元或系統功能單元。由于模塊中含有可選部件,因此可作局部修改,以滿足船東的使用要求。實現造船模塊化可以從船體結構和船舶舾裝兩個方面同時推進,根據模塊與船體的結構關系,順裝模塊可以分為自持式模塊和依附式模塊兩大類。

        自持式模塊原先是分段或船上的預舾裝單元,它具有獨立的基座或支架結構,可以在內場預制,完工后在外場安裝到船體上。將預舾裝單元升級為造船模塊,從設計與建造的角度來看,自持式舾裝模塊是真正的模塊即實物造船模塊。如:二氧化碳滅火裝置、輸液系統遙控閥組、海水淡水壓力柜、燃油供油、凸輪軸滑油、普通船員艙室等典型船用模塊。

        依附式舾裝模塊通常是指設計模塊,因其設備布置范圍較廣或固定要求較高,實際建造中需以船體分段或船上區域的結構為依托,模塊的預制性受船體建造進度所制約,但其設備的可選性和單元的通用性與自持式舾裝模塊相同,因而可以稱為圖面造船模塊。

        這些模塊的特征是:具有獨立功能;具有完善的接口特性;互換性強;具有適用性和商品性。

        除上述兩類以設備為主的模塊外,船上還有許多分布的舾裝件。分布舾裝件模塊是依附式模塊的一個特例,單元中通常沒有供船東選擇的主要設備,僅是舾裝件在船體結構上布置的一種通用程式。分布舾裝件主要是管路、電纜及其附件。其中主機周圍的管路單元也可以做成自持式舾裝模塊,以開展“盆舾裝”,這無疑將大大提高管系安裝的生產率。分布舾裝件模塊中,典型的管路模塊有管弄單元,單元所含管件可以綁在一起運送,在雙層底分段建造的適當階段裝入箱形龍骨,同型船舶的管弄具有很強的相似性,只要在典型模塊可選部件的規格尺寸上做適當的調整就可以用于一條新船;典型的電纜模塊,如機艙主干電纜單元,單元所含的電纜按其放樣長度預裁收卷,在船上舾裝的適當階段,隨著船體區域的逐步延伸,將收卷電纜逐步拉放架設,實現電纜預舾裝。

        近年來,對船舶舾裝模塊化的研究主要集中在開發各種船型中應用的自持式的舾裝設備模塊,而對直接影響造船水平和進度的管舾裝模塊的研究卻很少。對管舾裝模塊的研究和開發可以從舾裝生產設計出發,從典型的船型向類似船型發展。

        船舶管系設計是輪機設計中工作量最大、最復雜、最繁瑣的部分,同時也是船舶制造過程中生產設計及工藝設計、加工制造和現場安裝工作量最大、最復雜、最繁瑣的部分。長期以來,船舶管路設計采用的是在頭腦中進行三維構思而用二維繪圖表達的傳統方式,通過平面、立面、側面及剖面等幾個基本視圖表達管路布置和管子加工信息。隨著計算機軟硬件水平的不斷提高和計算機應用技術的不斷進步,設計數字化技術實現了產品設計手段與設計過程的數字化和智能化。數字化設計優點集中體現在:減少設計時間、減少生產準備時間、提高生產效率、故障的早期診斷、使改變設計變得容易、盡量減少信息錯誤及面向生產的數據的可獲得性。目前國際上和國內使用的集成化船舶設計軟件主要有:TRIBON, CADDS5i, CATIA, NAPA等。近年來世界上許多造船發達國家應用計算機模擬造船,并取得了很大程度上的成功,同時也推動了船舶設計與制造向模塊化方向發展。

        模塊化造船相對于傳統的造船法存在著巨大的優勢,但是從目前國內外模塊化造船的實踐看,要達到真正的模塊造船仍有很多工作要做,其中最主要的工作是設計方法的變更。也就是說,模塊造船法要想取得突破性的進展,就必須開展模塊化船舶的設計研究,充分發揮上述集成設計軟件的優勢,以管舾裝模塊化為目標,以舾裝生產設計為途徑,對管舾裝模塊的劃分、結構形式、通用性、系列性、組合性、標準化、設計方法及相應的組織管理等進行研究是極為必要的,只有這樣才能盡早實現設計、生產、管理一體化,實現真正意義上的模塊化造船。

        4 未來造船模式展望

        傳統的造船業被定義為3K行業,即骯臟、困難、危險的行業,是勞動力密集型產業。由日本造船學會鋼船工作研究委員會編寫,1975年出版的《鋼船工作法》〔第一卷〕總論中,有四處論述了“殼舾一體化”。該著作在論述“未來的造船廠”時提出,把船廠中的“人”從繁重和骯臟的體力勞動中解放出來,改進作業方法,將“勞動力密集”的產業轉變為“設備密集”和“頭腦(知識)密集”的產業。

        傳統的個性化商品與服務的目標是:通過收取來自滿足顧客特定需要的解決方案附加值的獎金的能力,達到一個增長的收益。就造船業來講就是船廠要千方百計的滿足船東和船級社的各種要求。造船企業不得不采納那些能夠兼顧效率和用戶化的戰略。批量定制(Mase Customization,簡稱MC)迎接這個挑戰,提供可以給予每個顧客確切想要的、大量生產的、個性化定制的商品和服務,價格僅僅稍高于批量生產的產品。MC是完全建筑在先進科技基礎上的“知識密集”型的生產方式。結合造船其主要特征將可能是:以產品全面模塊化和信息全部數字化為基礎,動態鏈接的大規模的社會化生產。根據每個船東的不同需要,依靠其快速變異功能的設計系統和快速整合功能的制造系統,把分散在各地的各具專長的企業鏈接整合,快速地生產船舶。它將成為未來制造業的主導生產模式。唯有這種生產模式,能以低成本和高質量適應產品個性化的需求。模塊化造船恰好是能夠適應批量定制的要求,不斷的開發和完善舾裝模塊,使得各種船型在一定可選性的基礎上能夠選用盡可能多的通用模塊,這對于船舶制造以及運行中的維護都是非常有意義的。

        未來造船模式,就是造船計算機集成制造系統(Shipbuilding Computer Integrated ManufacturingSystem,簡稱SCIMS) 。未來造船技術創新,是集成一體化機制的更進一步發展。依靠信息高速公路、信息數字化和網絡化把分散在異地的各家模塊工廠、材料和設備制造廠、船廠等相互鏈接起來,及時地、可視化地異地聯合生產,實時監控全部生產過程,形成一個動態的、以產品為導向的“無縫整合”的建造系統。這種SCIMS為未來的徹底的模塊化造船提供了強有力的技術支持,只有在這樣的系統中才能有效的實現徹底的模塊化造船。

        生產中心造船模式是一種全新的綜合型生產組織方式。它是一種獨立的相對封閉的責任生產單元,它能建造專門的分段并開展相應的預舾裝工作形成模塊產品;或制造專門的功能(設備)單元模塊;或進行總裝工程形成終端產品。根據生產中心的性質可分成職能中心和制造中心;根據中心的設置位置和體系結構,又可分為實體中心和虛擬中心。虛擬中心比實體中心更具靈活性,也更具有競爭力。

        虛擬中心是一個虛擬企業,它是動態聯盟的盟主工廠,能充分發揮其承接造船訂單、船臺、船塢、合攏船舶和試航交船的能力。船體建造、舾裝、涂裝和管件制造的大量作業,將由各類高效的專業化的模塊工廠承擔。許多模塊工廠為一家船廠提供所需的各類模塊。一家模塊工廠又為多家船廠供應其所需的高質量、低成本的模塊。虛擬中心在信息技術和智能技術的支撐下,運用通訊聯絡監督控制方式,形成跨地域的高效聯動,為船舶的設計制造,跨越時間和空間的限制,實現眾多工廠和企業“無縫整合”和“異地同行”。這種徹底的模塊化的總裝造船方式使船廠和模塊廠的生產效率驟增,成本驟降。

        以計算機應用技術為依托,以模塊化總裝造船為目標,以成組技術理論和敏捷制造思想為指導,實施批量定制的未來造船模式將造船業走向新紀元的標志。(全球化制造高級論壇暨21世紀仿真技術研討會論文集)

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