科普：造船技术发展概况

1        世界造船技术的发展
       传统的造船业面孔是“脏、乱、差”，典型的劳动力密集型产业，一家大型船厂可拥有数万名职工，年产数万吨船舶。目前先进的世界级现代化船厂，年产船舶能力达百万吨以上，而职工总数仅有千人左右。生产效率发生如此悬殊的变化，根本原因是适时地引进了先进的制造技术。
       20世纪50年代以前，主要应用“铆接技术”将古老的木船建造发展为以钢船建造为主体的近代造船业。到60年代，由于“焊接技术”普遍地替代铆接技术，使得“系统”导向的造船方法开始向“区域”导向转变，原来集中在船台和码头的装配、舾装、涂装作业能够扩展到车间和平台更大的作业面上进行。
      70年代，随着船舶的大型化，在新建船厂和老船厂的现代化改造中，引进并全面深人地研究了“成组技术”。通过对建造过程的相似性分析，实现了以船舶区域、作业类型和阶段分类，按“中间产品”的概念组织造船的流水和虚拟流水生产。由此，大量的机械化装备替代了繁重的体力劳动，使原来劳动力密集的造船业发生了质的变化，成为现代的“设备密集型”产业，同时，职工人数大幅度减少。
       80年代以来，随着计算机技术在造船CAD和CAM方面的应用不断扩大和深入、造船精度管理技术和造船工程管理技术的日臻完善，使得造船业社会技术的“集成”机制充分发挥作用，正向着“空间分道、时间有序”的壳舾涂一体化( IHOP )和CIMS方向发展，进而成为“信息密集型”产业，即现代造船模式的高级状态。
       半个世纪以来，铆接技术、焊接技术、成组技术和信息技术逐一促进和主导了造船模式的发展，依次形成了船舶的“整体制造模式”、“分段制造模式”、“分道制造模式”和“集成制造模式”。此演变过程是技术与管理紧密结合的过程，每一种模式的形成都是由于引进了某项新的主导技术，建立了一种新的生产模式。其发展如同整个制造业一样，都是以“技术为中心”发展的。21世纪的造船模式将是敏捷制造模式，该模式的核心是“以人为中心”的智能化技术。
上述有序发展的5种造船模式，在主导技术、工程状态、管理特性、关键技术、生产组织、人员素质和典型装备等方面的演变如表1所示。

表1 造船模式的演变过程
发展阶段传统船舶工业现代船舶工业未来船舶工业
生产模式整体制造模式分段制造模式分道制造模式集成制造模式敏捷制造模式
主导技术铆接技术焊接技术成组技术信息技术智能技术
工程状态船体散装
码头舾装
全船涂装分段建造
先行舾装
预先涂装分道建造
区域舾装
区域涂装船体建造舾装和涂装一体化动态(虚拟)组合建造过程仿真全面模块化
管理特性以“系统”导向分解船舶工程；
按“库存量”控制生产过程以“系统/区域”导向分解船舶工程；
按“系统”和“区域”的“库存量”控制生产过程“中间产品”导向的分散专业化生产；
按“区域/类型/阶段”的“库存量”控制生产过程“中间产品”导向的分散专业化生产；
按“区域/类型/阶段”的“流通量”控制生产过程模块导向的分形生产组合的动态藕合；
造船和船舶运营全过程的瞬态监控
关键技术手工放样技术；
切割、成形、装配技术；
管子加工技术；
铸、锻、热处理和机加工技术；
机电设备和系统的安装调试技术造船CAD/CAM和CIMS技术，NC切割技术；
型材、管件和分段的机械化制造技术；
物资含“中间产品”采办和托盘集配技术；
造船精度管理技术；
编码和区域造船技术船舶产品模型数据交换标准；
船舶产品和制造过程一体化数据环境技术；
分布式集成的虚拟制造技术；
全方位的建模和仿真技术；
并行工程和快速样机技术
生产组织人员素质单一工种生产班组和工段；
单一专业的设计和工艺科室；
单一工种的生产工人；
单一专业的科技人员定场地、设备、人员和指标，制造某“中间产品”的多工种的生产单元；
按区域的多专业的科室；
复合工种的生产工人；
多学科的科技人员快速组合的生产班组，搜长安装和调试各类模块；
高素质的生产工人、科技人员,能持续改进工作,并适应敏捷的动态组合
典型装备由小型吊车为几座船台的装配作业服务;
实尺放样台;
通用的剪切和压力加工设备;
通用的气割和小型焊接设备;
通用的机加工和铸锻设备由大型起重设备辅助大型船坞内的船体分段合拢和舾装作业;
计算机辅助数学放样替代了放样台;
钢材预处理流水线和按类别相异的专用NC切割设备;
型材、管件和平面分段加工、装配、焊接流水线;
涂装房和机器人;
全厂的一体化的计算机集成系统;
IHOP的综合车间全厂、全国甚至全球的计算机信息联网基础设施；
无纸化的、全数字化的高度自动化的生产设备；
具有预防功能的，生产过程智能化的实时监察和控制设备；
温度和空气新鲜度可调的，防污染的船坞和厂房


       从表1所述造船模式演变过程可以看出，造船业的发展与整个工业界的科技水平的提高密切相关，它实质上是软技术研究开发和硬技术设备投资相互有机结合所产生的综合效应。

2        我国造船工业的进步历程
       20世纪50年代，我国仅能生产5000吨级以下的客货船和拖轮。自1955年起，引进了前苏联的舰船的设计和建造技术，使我国原先以铆接技术为主导的“整体制造模式”稳步地发展为以焊接技术促导的“分段制造模式”。同时，按照前苏联船舶工业模式，建立了我国船舶工业的科研、设计、生产和教学体系，为我国船舶工业以后的发展莫定了基础。至60年代，我国自行设计和建造了小型舰船以及15,000吨级的货船。到70年代，随着船舶大型化，受国际造船业蓬勃发展的影响，我国致力于封闭型的单项技术的研究，并能设计制造大型舰船、25,000 吨级货船到50,000 吨级油轮等。
       进入20世纪80年代，我国以外贸形式建造出口船舶。为使所建造的船舶符合国际规范的要求，采用与日本及欧洲的同行进行联合设计的形式设计出口船舶，骨干船厂与日本同行签署了技术合作协议，派遣了大批科技和管理人员赴日本船厂考察学习。
       广州广船国际股份有限公司率先在我国研究并实施现代造船模式。1984年，广船与日本石川岛播磨重工业株式会社( IHI )签订了技术合作协议，日方派遣了15批共40位专家到该厂进行技术指导，我方派出15批共112人赴IHI船厂研修。1985年实施设计体制改革，1986年完成生产管理体制改革，全面引进了日本的造船模式，包括组织体制、编码系统、区域舾装技术和托盘管理等。广船国际股份有限公司从事造船的职工由6000人减少到2200人，船舶产量由年建造万吨货船1～2艘提高到8～9艘，取得了显著的成效。
       根据成组技术的基本原理，建立现代造船模式的关键是实施中间产品专业化生产，为此，有关科研设计院所与企业相结合，分别对管子加工、船体加工、船体装配和舾装件制造车间的现代化生产模式进行了探讨和研究。广船国际股份有限公司的管子加工车间成为实施现代化造船模式的典范。它能按质、按量、适时地向舾装提供管件托盘，从根本上解决了管子加工是造船短线的问题。该公司的船舶管系设计、制造和管理技术达到了国际水平，管件加工实现了自动化。

3        我国造船技术水平的评析
       为了全面认识我国造船业整体技术水平（包括设计、制造和管理等方面的技术），采用国际通用的方法进行评析。该方法自20世纪70年代由英国Appledore国际公司开发和成功使用后，20多年来得到了不断完善和世界公认，曾用于英国、美国、日本、加拿大、法国、丹麦、瑞典、德国、埃及和我国的众多船厂。该方法把整个造船过程分解为7个大类含68个要素，对每个要素标定5个等级。这样，就能用340个标准状态来测定每家船厂的技术水平，使厂际和国际的造船技术水平既能从68个方面进行具体地对比，又能分类或整体进行综合对照。
       7大类包括从船体零件和舾装件制造，到试航交船的建造全过程的设计、编码、计划、控制、精度、效率及计算机应用等。5个等级水平大致上反映了20世纪50年代到90年代的各个年代的先进造船水平。
      1983年，科技人员采用上述方法，对我国10个大型船厂和国外29个船厂的造船技术水平进行了评估。我国的综合水平为1.76级，国外先进船厂的综合水平为2 .87级，差距为1.11级，大致为11年。
       90年代中期，科技人员再次评估了我国8个骨干船厂和5个日本船厂。我国的综合水平为3.09级，比1983年的水平提高了1.33级。日本的综合水平为4.64级，比我国水平高1.55级，差距为15年左右。与1983年测评相比，我国造船技术综合水平与国际先进水平的差距扩大了4年。
       本次研究表明，我国在船舶生产组织和生产过程控制方面与国际先进水平的差距最大，为1.78级。其中，对各项工程完成状态和生产效率控制方面的差距是2.1级，即相差20年以上。具体地讲，我国在下列4个方面与国际先进水平差距甚大：
      (1)   全面使用计算机辅助统计、控制和分析造船过程的工时消耗、生产成本和生产进度，能随时掌握实际状况，并提出分析结果，使生产处于实时可控状态；
      (2)   按成组技术的“中间产品”专业化生产设置车间和班组，采用复合工种，按“中间产品”管理生产，明确班组生产人员的职责，并发挥其创新精神；
      (3)   根据“中间产品”的标准生产日程，由计算机编制详实的模拟进度计划，在船舶合同签署的同时，就能协调各方面的工作，并编制出切合实际的节点计划；
      (4)    通过设置主流程和辅助流程，由计算机监控所有工位的输人、输出和生产过程，实现均衡的分道生产。
1        世界造船技术的发展
       传统的造船业面孔是“脏、乱、差”，典型的劳动力密集型产业，一家大型船厂可拥有数万名职工，年产数万吨船舶。目前先进的世界级现代化船厂，年产船舶能力达百万吨以上，而职工总数仅有千人左右。生产效率发生如此悬殊的变化，根本原因是适时地引进了先进的制造技术。
       20世纪50年代以前，主要应用“铆接技术”将古老的木船建造发展为以钢船建造为主体的近代造船业。到60年代，由于“焊接技术”普遍地替代铆接技术，使得“系统”导向的造船方法开始向“区域”导向转变，原来集中在船台和码头的装配、舾装、涂装作业能够扩展到车间和平台更大的作业面上进行。
      70年代，随着船舶的大型化，在新建船厂和老船厂的现代化改造中，引进并全面深人地研究了“成组技术”。通过对建造过程的相似性分析，实现了以船舶区域、作业类型和阶段分类，按“中间产品”的概念组织造船的流水和虚拟流水生产。由此，大量的机械化装备替代了繁重的体力劳动，使原来劳动力密集的造船业发生了质的变化，成为现代的“设备密集型”产业，同时，职工人数大幅度减少。
       80年代以来，随着计算机技术在造船CAD和CAM方面的应用不断扩大和深入、造船精度管理技术和造船工程管理技术的日臻完善，使得造船业社会技术的“集成”机制充分发挥作用，正向着“空间分道、时间有序”的壳舾涂一体化( IHOP )和CIMS方向发展，进而成为“信息密集型”产业，即现代造船模式的高级状态。
       半个世纪以来，铆接技术、焊接技术、成组技术和信息技术逐一促进和主导了造船模式的发展，依次形成了船舶的“整体制造模式”、“分段制造模式”、“分道制造模式”和“集成制造模式”。此演变过程是技术与管理紧密结合的过程，每一种模式的形成都是由于引进了某项新的主导技术，建立了一种新的生产模式。其发展如同整个制造业一样，都是以“技术为中心”发展的。21世纪的造船模式将是敏捷制造模式，该模式的核心是“以人为中心”的智能化技术。
上述有序发展的5种造船模式，在主导技术、工程状态、管理特性、关键技术、生产组织、人员素质和典型装备等方面的演变如表1所示。

表1 造船模式的演变过程
发展阶段传统船舶工业现代船舶工业未来船舶工业
生产模式整体制造模式分段制造模式分道制造模式集成制造模式敏捷制造模式
主导技术铆接技术焊接技术成组技术信息技术智能技术
工程状态船体散装
码头舾装
全船涂装分段建造
先行舾装
预先涂装分道建造
区域舾装
区域涂装船体建造舾装和涂装一体化动态(虚拟)组合建造过程仿真全面模块化
管理特性以“系统”导向分解船舶工程；
按“库存量”控制生产过程以“系统/区域”导向分解船舶工程；
按“系统”和“区域”的“库存量”控制生产过程“中间产品”导向的分散专业化生产；
按“区域/类型/阶段”的“库存量”控制生产过程“中间产品”导向的分散专业化生产；
按“区域/类型/阶段”的“流通量”控制生产过程模块导向的分形生产组合的动态藕合；
造船和船舶运营全过程的瞬态监控
关键技术手工放样技术；
切割、成形、装配技术；
管子加工技术；
铸、锻、热处理和机加工技术；
机电设备和系统的安装调试技术造船CAD/CAM和CIMS技术，NC切割技术；
型材、管件和分段的机械化制造技术；
物资含“中间产品”采办和托盘集配技术；
造船精度管理技术；
编码和区域造船技术船舶产品模型数据交换标准；
船舶产品和制造过程一体化数据环境技术；
分布式集成的虚拟制造技术；
全方位的建模和仿真技术；
并行工程和快速样机技术
生产组织人员素质单一工种生产班组和工段；
单一专业的设计和工艺科室；
单一工种的生产工人；
单一专业的科技人员定场地、设备、人员和指标，制造某“中间产品”的多工种的生产单元；
按区域的多专业的科室；
复合工种的生产工人；
多学科的科技人员快速组合的生产班组，搜长安装和调试各类模块；
高素质的生产工人、科技人员,能持续改进工作,并适应敏捷的动态组合
典型装备由小型吊车为几座船台的装配作业服务;
实尺放样台;
通用的剪切和压力加工设备;
通用的气割和小型焊接设备;
通用的机加工和铸锻设备由大型起重设备辅助大型船坞内的船体分段合拢和舾装作业;
计算机辅助数学放样替代了放样台;
钢材预处理流水线和按类别相异的专用NC切割设备;
型材、管件和平面分段加工、装配、焊接流水线;
涂装房和机器人;
全厂的一体化的计算机集成系统;
IHOP的综合车间全厂、全国甚至全球的计算机信息联网基础设施；
无纸化的、全数字化的高度自动化的生产设备；
具有预防功能的，生产过程智能化的实时监察和控制设备；
温度和空气新鲜度可调的，防污染的船坞和厂房


       从表1所述造船模式演变过程可以看出，造船业的发展与整个工业界的科技水平的提高密切相关，它实质上是软技术研究开发和硬技术设备投资相互有机结合所产生的综合效应。

2        我国造船工业的进步历程
       20世纪50年代，我国仅能生产5000吨级以下的客货船和拖轮。自1955年起，引进了前苏联的舰船的设计和建造技术，使我国原先以铆接技术为主导的“整体制造模式”稳步地发展为以焊接技术促导的“分段制造模式”。同时，按照前苏联船舶工业模式，建立了我国船舶工业的科研、设计、生产和教学体系，为我国船舶工业以后的发展莫定了基础。至60年代，我国自行设计和建造了小型舰船以及15,000吨级的货船。到70年代，随着船舶大型化，受国际造船业蓬勃发展的影响，我国致力于封闭型的单项技术的研究，并能设计制造大型舰船、25,000 吨级货船到50,000 吨级油轮等。
       进入20世纪80年代，我国以外贸形式建造出口船舶。为使所建造的船舶符合国际规范的要求，采用与日本及欧洲的同行进行联合设计的形式设计出口船舶，骨干船厂与日本同行签署了技术合作协议，派遣了大批科技和管理人员赴日本船厂考察学习。
       广州广船国际股份有限公司率先在我国研究并实施现代造船模式。1984年，广船与日本石川岛播磨重工业株式会社( IHI )签订了技术合作协议，日方派遣了15批共40位专家到该厂进行技术指导，我方派出15批共112人赴IHI船厂研修。1985年实施设计体制改革，1986年完成生产管理体制改革，全面引进了日本的造船模式，包括组织体制、编码系统、区域舾装技术和托盘管理等。广船国际股份有限公司从事造船的职工由6000人减少到2200人，船舶产量由年建造万吨货船1～2艘提高到8～9艘，取得了显著的成效。
       根据成组技术的基本原理，建立现代造船模式的关键是实施中间产品专业化生产，为此，有关科研设计院所与企业相结合，分别对管子加工、船体加工、船体装配和舾装件制造车间的现代化生产模式进行了探讨和研究。广船国际股份有限公司的管子加工车间成为实施现代化造船模式的典范。它能按质、按量、适时地向舾装提供管件托盘，从根本上解决了管子加工是造船短线的问题。该公司的船舶管系设计、制造和管理技术达到了国际水平，管件加工实现了自动化。

3        我国造船技术水平的评析
       为了全面认识我国造船业整体技术水平（包括设计、制造和管理等方面的技术），采用国际通用的方法进行评析。该方法自20世纪70年代由英国Appledore国际公司开发和成功使用后，20多年来得到了不断完善和世界公认，曾用于英国、美国、日本、加拿大、法国、丹麦、瑞典、德国、埃及和我国的众多船厂。该方法把整个造船过程分解为7个大类含68个要素，对每个要素标定5个等级。这样，就能用340个标准状态来测定每家船厂的技术水平，使厂际和国际的造船技术水平既能从68个方面进行具体地对比，又能分类或整体进行综合对照。
       7大类包括从船体零件和舾装件制造，到试航交船的建造全过程的设计、编码、计划、控制、精度、效率及计算机应用等。5个等级水平大致上反映了20世纪50年代到90年代的各个年代的先进造船水平。
      1983年，科技人员采用上述方法，对我国10个大型船厂和国外29个船厂的造船技术水平进行了评估。我国的综合水平为1.76级，国外先进船厂的综合水平为2 .87级，差距为1.11级，大致为11年。
       90年代中期，科技人员再次评估了我国8个骨干船厂和5个日本船厂。我国的综合水平为3.09级，比1983年的水平提高了1.33级。日本的综合水平为4.64级，比我国水平高1.55级，差距为15年左右。与1983年测评相比，我国造船技术综合水平与国际先进水平的差距扩大了4年。
       本次研究表明，我国在船舶生产组织和生产过程控制方面与国际先进水平的差距最大，为1.78级。其中，对各项工程完成状态和生产效率控制方面的差距是2.1级，即相差20年以上。具体地讲，我国在下列4个方面与国际先进水平差距甚大：
      (1)   全面使用计算机辅助统计、控制和分析造船过程的工时消耗、生产成本和生产进度，能随时掌握实际状况，并提出分析结果，使生产处于实时可控状态；
      (2)   按成组技术的“中间产品”专业化生产设置车间和班组，采用复合工种，按“中间产品”管理生产，明确班组生产人员的职责，并发挥其创新精神；
      (3)   根据“中间产品”的标准生产日程，由计算机编制详实的模拟进度计划，在船舶合同签署的同时，就能协调各方面的工作，并编制出切合实际的节点计划；
      (4)    通过设置主流程和辅助流程，由计算机监控所有工位的输人、输出和生产过程，实现均衡的分道生产。
[此贴子已经被作者于2005-4-26 15:55:51编辑过]