国际先进造船技术

1、1 1 现代造船模式是现代造船模式是先进造船体制和先先进造船体制和先进造船技术的总称进造船技术的总称 1.1 先进制造技术含括产品全寿期的设计、制造和管理等项技术 1.2 AMT的目标是全新概念的 T、Q、C、S 1.3 21世纪的先进生产企业的六层结构模式 1.4 美国对造船模式的研究状况 1.5 对现代造船模式的专项研究 随着经济全球化进程的加剧和科技的高速发展，一个国家要占居一定份额的世界市场，要在战场对抗中获胜，不但要对“制造技术”进行新的评估和研究，更重要的是切实有效地快速发展制造技术，使之保持或达到国际先进水平。因此，美国率先提出“先进制造技术”(AMTAdvanced Manuf

2、acturing Technology)，并获得世界发达国家和发展中国家的积极响应。 AMT包括以下三个技术群： 1.1 先进制造技术含括产品全寿期的设计、制造和管理等项技术 (l)主体技术群主体技术群 包括面向制造的设计技术群和制造工艺技术群，前者含产品、工艺过程和工厂设计，快速样件成型技术，并行工程等。后者含材料生产工艺、加工工艺、连接和装配、测试、检验、包装、环保和维修等。(2)支持技术群支持技术群 包括信息技术、标准、设备、传感器和控制技术。(3)基础设施基础设施 包括管理、用户供应商交互作用、培训、教育、技术获取和利用等。 进入80年代，企业战略决策，由传统的以“标准化”为核心，转变

3、为以满足用户需要为核心。企业的一切生产活动以T、Q、C、S的新概念为目标，以赢得竞争。TTime to market 商品以最短时间上市。QQuality 运用完整和可靠的质量保证体系，把最完美的产品送到用户手中。CCost 指产品全寿期的费用最低包括研究设计制造成本、运行和维护费用。S Service 最佳的售前和售后服务。包括不断改善产品性能的服务，通过零部件、模块或版本的更新，使产品升值的服务，从而形成企业与用户间的长期依存关系。 1.2 AMT的目标是全新概念的 T、Q、C、S AMT是促进科技和经济发展的基础，是硬件、软件、人的智力和支持网络(技术与社会）的综合与统一。 因此，在研究

4、开发和应用中，如果只是对企业原有体系的某些环节或者（即使对）全过程进行计算机化和自动化，而不实施组织和管理体制的简化和合理化，必将导致巨额资金的浪费和失败。 1.3 21世纪先进生产企业的六层结构模式 市场竞争对手自然资源产品生命顾客服务销售和促销经营决策系统设计零件设计顾客的依托产品/工艺共 享知 识人 员组 织协同工作系 统文件管理资源计划物料管理全球组织分 配装配和测试零件制造操作计划周期转换制 造顾 客（5）（4）（3）（2）（1）持续改进 从70年代起，美国全国造船研究组织(ONSRPOrganization of the National Shipbuilding Research

5、 Program)由政府、海军和企业联合投资，分10个专业组对造船模式进行研究。从70年代起至今，已经完成研究报告400多份。目前该研究组织全部归属美国海军管辖如下图所示。 1.4 美国对造船模式的研究状况 分合同 整项工作分为三个层次，即管理层、实施层和研究层。为达到每项研究确能实施，所有研究项目都由美国海军与主导船厂(Lead yard)签订合同。10专业研究组是：舾装和生产、设计制造一体化、标准、表面处理和涂装、焊接、柔性自动化生产、设施和环境，人力资源创新、工业工程、教育和培训。执行控制委员会NSRP文档中心海军NSRP项目办（泰勒研究中心）项目指导项目建议主导船厂 设计与工程表面处理

6、除绣和涂装设计制造一体化舾装和生产标 准工业工程设施和环境柔性自动教 育培 训焊 接人力资源创新船舶生产委员会主导船厂 货源管理主导船厂 工业过程分合同分合同分合同分合同分合同分合同分合同分合同分合同分合同分合同SNAME 海军造船师舆轮机工程学会管理项目指导实施研究1.5 对现代造船模式的专项研究 进入80年代，由 ONSRP与日本石川岛播磨重工业公司(IHl)合作开展了“先进的造船体制和技术”(ASSATAdvanced Shipbuilding Systems and Technology)研究。 该项研究以成组技术(GTGroup Technology)理论为指导，通过对造船的人力、信

7、息和工作的合理组织，而实现生产的现代化。研究的主要内容：(l)总体计划总体计划：建造策略、质量控制循环活动、造船标准纲要、建造合同技术谈判、船厂的组织和管理人员培训、以及安全卫生等。(2)造船工程分解造船工程分解：中间产品导向的工程分解结构包括船体分道建造、区域舾装、区域涂装和管件族制造。(3)设计、计划和技术设计、计划和技术：壳舾涂一体化、生产过程的计划和管理、区域舾装设计和管理、中间产品导向的物资采办、区域涂装设计和计划、管件族制造的设计和计划、生产过程分析与精度控制和加热技术等。 ASSAT的研究实质就是对现代造船理论和模式的研究。由此可见，所谓现代造船模式就是当代先进的造船体制(Sys

8、tems)和造船技术(Technology)的总称。2.1 现代造船模式的定义现代造船模式的定义2.2 5 5种造船模式的有序演绎种造船模式的有序演绎2.3 现代造船模式的技术基础现代造船模式的技术基础2.4 现代造船模式的内涵现代造船模式的内涵2.5 现代造船模式的基本特征现代造船模式的基本特征2.6 现代造船模式的根本标志现代造船模式的根本标志 2 现代造船 模式概要2.1 现代造船模式的定义现代造船模式的定义 1995年，CSSC召开了“第二次缩短造船周期会议”，会上提出了现代造船模式的定义： 所谓现代造船模式，就是以统筹优化理论为所谓现代造船模式，就是以统筹优化理论为指导，应用成组技术

9、原理，以中间产品为导向，指导，应用成组技术原理，以中间产品为导向，按区域组织生产，壳按区域组织生产，壳(船体建造船体建造)、舾、涂作业在、舾、涂作业在空间上分道，时间上有序，实现设计、生产、管空间上分道，时间上有序，实现设计、生产、管理一体化，均衡、连续地总装造船。理一体化，均衡、连续地总装造船。2.2 5种造船模式的有序演绎种造船模式的有序演绎发展时序发展时序传统船舶工业传统船舶工业现代船舶工业现代船舶工业未来船舶工业未来船舶工业生产模式生产模式整体制造分段制造分道制造集成制造灵捷制造促导技术促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工程状态船体散装码头舾装全船涂装分段建造先行

10、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和数码化管理特性管理特性以“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耦合造船和船舶运营全过程的瞬态监控船厂类型船厂类型劳力密集大型厂数万名员工劳力密集大型厂员工万名左右设备密集大型厂员工千人左右信息密集大型厂员工千人以下知识密集大

11、型厂员工数百人或百人左右发展时序发展时序传统船舶工业传统船舶工业现代船舶工业现代船舶工业未来船舶工业未来船舶工业关键技术关键技术人工放样技术切割、成型、装配技术管子加工技术铸、锻、热处理和机加工机电设备和系统的安装调试造船CAD/CAM和CIM技术NC切割技术型材、管件和分段的机械化制造技术物资及“中间产品”采办和托盘集配技术造船精度控制技术编码和区域造船技术船舶产品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件技术典型装备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

12、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一体化的计算机集成系统壳舾涂一体化的综合车间全厂、全国甚至全球的计算机信息联网基础设施无图纸的、全数码化的高度自动化生产设备具有预防功能的、生产过程智能化的瞬态监控设备温度和空气新鲜度可调的、防污染的船坞和厂房发展时序发展时序传统船舶工业传统船舶工业现代船舶工业现代船舶工业未来船舶工业未来船舶工业生产组织生产组织和和人员素质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

13、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织的生产班组，擅长安装和调试各类模块智能化高素质的生产工人、科技人员，能持续改进工作，并适应灵捷的动态组合2.3 现代造船模式的技术基础现代造船模式的技术基础 现代造船模式形成的技术基础是成组技术成组技术与与系统工程技术系统工程技术。 成组技术：成组技术：成组技术是研究事物间的相似性，并将其合理应用的一种技术。该技术运用如下两种原理：1、中间产品导向型的作业分解原理，简称产品制造原理： 该原理是把最终产品按其形成的制造级，以中间产品的形式对其进行作业任务的

14、分解和组合。所谓中间产品是指生产的作业单元，是对最终产品进行作业任务分解的一个组成部分，也是逐级形成最终产品的组成部分。现代造船模式所确立的产品作业任务的分解原则，实质上就是应用了成组技术产品制造原理，为现代造船模式的形成提供了理论基础。2、相似性原理 相似性原理是对产品作业任务分解成门类繁多的中间产品，按作业的相似特性，遵循一定准则进行分类成组，以便用相同的施工处理方法扩大中间产品的成组批量，以建立批量性的流水定位，或流水定员的生产作业体系。 LLLLLLMMMMMMDDDDDDCCCCCCGGGGGG传统的加工方法传统的加工方法LLGMDCLGCDMMDGCMDLGLMCDCLDMGCG成

15、组加工方法成组加工方法L=Lathe(车床）；M=Milling Machine(铣床）；D=Drill Press(钻床）；C=Cutting Machine(切削设备）；G=Grinder(磨床）。2.4 现代造船模式的内涵现代造船模式的内涵 现代造船模式是一个完整生产体系，目标是贯彻以“中间产品”为导向的建造策略，并主要由如下11项技术组成：(l)质量控制循环活动：质量控制循环活动：造船企业中的每个人都置身于各自业务的“计划实施校核改进再计划”的无限循环和提高之中。(2)船舶建造标准化：船舶建造标准化：为达到有效的控制，实现一切与船舶生产有关的活动的全面标准化，包括产品设计、加工、装配、

16、安装、检验和各项管理工作。(3)建造合同技术谈判：建造合同技术谈判：为避免船舶设计修改引起的生产混乱和成本增加，合同谈判须明确设计标准、建造标准、造船方法、质量指标、分段划分、精度数据、焊缝和工艺通道等。(4)产品导向工程分解：产品导向工程分解：按船上区域、作业类型和施工阶段的相似性，将全船逐级分解为各类“中间产品”，直至市场采购的物资。按“中间产品的专业化生产，组建整个生产系统。(5)船体分道建造技术：船体分道建造技术：按船体零件、部件、分段和总段的工艺过程的相似性组建各类生产线，达到均衡生产和生产资源的高效使用。同时，采用建造精度控制技术，以消除修整作业。采用线加热校正和成形技术，使船体零

17、部件和分段达到规定尺寸、且节省工时。(6)船体区域舾装技术：船体区域舾装技术：在船舶产品设计之前即制订建造策略，最大限度地把舾装作业提前在施工条件较好的车间内完成，开展单元舾装和分段舾装，采用各类模块，严格按区域划清各个舾装阶段。建立计算机辅助的“物资采办系统”，确保舾装所需的物资，准时抵达船厂；同时，建立厂内的“托盘集配系统”，把物资和“中间产品”准时送抵制造更高一级“中间产品”的现场。(7)船体区域涂装技术：船体区域涂装技术：在设计阶段就严格规定涂装的区域和阶段，即原材料涂装、部件涂装、分段涂装和船上涂装，使涂装成为贯穿所有制造级的作业过程，从而提高涂装质量，并消除不同工种的相互干扰。(8

18、)管件族制造技术：管件族制造技术：把具有相似工艺过程的管子集聚为族，按“族”组织流水线生产，使下一个循环期所需的各族管件在本循环期完成，并以“托盘”形成集配，适时地提供给各个舾装现场。(9)壳舾涂一体化：壳舾涂一体化：在上述船体、舾装、涂装和管件加工等4项技术实施并完善的基础上，运用统计控制技术分析生产过程，使各类造船作业实现空间分道、时间有序、责任明确、相互协调的作业排序；并由计算机全面辅助，即造船 CIMS。(10)一体化的柔性造船计划系统一体化的柔性造船计划系统: 按生产区域编制生产计划，使“中间产品的生产与船舶系统无直接联系。运用物流控制技术统管生产过程，确保各艘船舶按时交付。(l l

19、)造船编码技术：造船编码技术：对从合同设计开始到交船与售后服务，造船的所有活动内容进行信息分组、传递、交流和管理。编码是造船信息的载体，是一义性的语言，是应用成组技术、计算机技术和虚拟制造技术的基础。未来编码的发展是信息数字化，不但在全厂范围使用统一编码，而且，厂际包括配套厂、原材料工厂、地区、全国、乃至世界范围使用统一的产品模型数据标准，即 STEP，以适应经济全球化和21世纪灵捷制造模式的需要。 上述各项技术必须制度化、规范化，即融合到船舶设计、船厂设计、组织体制和生产管理中去，体现在船舶生产的分散专业化基础上的一体化集成，体现在造船信息、作业组织和人员安排中。 建立现代造船模式必须确立以

20、船舶“中间产品”为导向的建造策略，替代以工种专业化为导向的组织原则。其关键是船厂的设备按分道生产排列，替代机群式的布置；以短循环期流通量控制的生产管理，替代长循环期库存量的控制；以优化的、壳舾涂一体化的作业排序，替代概略的生产计划；以固定生产某类“中间产品”的复合和混合工种的生产单元，替代单一工种的只能承担某道工序的生产班组。通过这些变革，使得以分道生产为基本特征的区域监造体制，替代传统的以某船舶产品为主线的工种监造体制。 2.5 现代造船模式的基本特征现代造船模式的基本特征 周期批量的流通控制（生产管理） 车间设备成组布置（生产流程） 作业采用2 星期的短循环生产周期（生产计划） 优化的投产

21、顺序计划（作业排序）现代生产模式就是成组技术的生产模式，其基本特征是： 这四项特征正好与传统生产模式的库存量控制、机群式布置、长循环生产周期、随机的生产顺序相对应。（1）现代生产模式基本特征 生产组织：由单一工种转化为混合和复合工种 生产管理：由库存控制转化为流通控制 生产空间：组建分道建造流程 生产时间：实现壳舾涂一体化的作业排序 现代造船模式的基本特征是混合工种组织、流通控制管理、分道建造流程和壳舾涂一体化的排序，即：（2）现代造船模式基本特征2.6 现代造船模式的根本标志现代造船模式的根本标志 先进的船舶产品 高速的生产效率 良好的经济效益 世界一流的船舶产品主要有30万吨级上的超大型油

22、船、12万立方米以上的液化天然气船（LNG）和液化石油气船（LPG）、超级豪华客船、核动力航空母舰和核动力潜艇等。 中国造船业目前能建造核动力潜艇、30万吨级的超大型油船、5万方以下的LNG和LPG船、4000箱以下的集装箱船，其它的产品尚未设计和建造。因此，在产品上还有很大的差距。 船舶产品的比较 生产效率的比较 由美国麻省理工学院16位教授组成的“工业生产率委员会”于1989年发表了震撼全球的研究报告美国制造业的衰退及对策夺回生产优势。该报告称；“美国工业的衰退，已经威胁到美国的未来，因为，政治权力和军事实力，最终都取决于经济活力。而经济活力的决定性指标则是生产率的增长速度，。” 该报告产

23、生了巨大的影响，导致1995年美国取代日本，重新成为世界上最具竞争力的国家。 美国造船界开展了提高船舶生产率的研究，通过对日本船厂的考察，认为 IHI公司具有较高的船舶生产率，因而决定与 IHI公司合作，以阿冯达尔(Avonda1)船厂和国营钢铁公司船厂等为主导船厂开展ASSAT研究。 日本具有最高的船舶生产率，1996年全国造船从业人数为3.8万，是中国造船职工总数的15，而产量却是我们的11倍。以双方的人均年造船产量计算，相差69倍。考虑多种不可比因素，如果以中国造船只有20的职工从事造船计算，两者尚相差14倍。 虽然自1994年以来，在造船产量上我国已经连续9年占世界第三位，但与日本和韩

24、国相比，仍有4到5倍的差距。 在生产效率上，建造4.2万吨级的货船，日本的建造工时为12万，我国是120万，差了一个数量级。我国船舶设计与建造的周期约为18到20个月，是国际先进水平的1.8倍。 经济效益的比较 据中国造船经济研究中心1997年发表的研究报告称，1994年度，日本三菱重工的职工总数4.5万人，人均销售额63万美元，人均利税3.5万美元；同年，中国造船的职工总数24.8万人，人均销售额为0.67万美元，人均利税0.04万美元。对方的经济效益是我们的87.5倍。1996年中国造船亏损2.38亿元。其中盈利企业57户，利润额2.76亿元，比1995年下降21.5。亏损企业26户，亏损

25、5.14亿元，比1995年增长39.6。 美国Newport News船厂1.8万名职工，1996年营业收入为18.7亿美元，利税前收益为1.4亿美元。世界一流水平的日本造船模式 日本有7大造船公司，分别是三菱、石川岛磨播、日立、三井、川崎、日本钢管和住友，它们拥有20多家船厂，占全国630家船厂总数的3.5，而造船能力和产量占全国的一半以上。 3.1 日本国经济的宏观集成模式 宏观集成：以金融为中心的一群企业； 中观集成：以产品为中心的一群企业； 微观集成：以企业内部行为为中心的集成。 一群生产不同产品的企业，在一个大银行支持下，在金融上相互支援，具有强大的竞争实力，能保持灵敏反应，能稳定地

26、占有很大市场份额。日本的6大企业集团是：三井、三菱、住友、芜蓉、三和和第一劝业银行。国内这6大企业集团之间进行适度的竞争，而不是几十家之间的竞争。同时，这6大企业集团与北美和西欧展开激烈竞争。有序的竞争促使产品进步，垄断则扼杀进步。 3.2 日本造船业在宏观集成模式中心地位 日本的7大造船公司归属于6大企业集团，每家造船公司都是跨行业多种经营，包括商业、矿业、建设、食品、化工、石油、钢铁、汽车、电气、橡胶、机械、铁道、储运和有色金属等。造船和海洋工程业务比重是其他业务的20左右。 三菱重工业株式会社长崎造船厂香烧工厂三菱重工业株式会社长崎造船厂本工厂本工厂全景三菱重工业株式会社长崎研究所推进性

27、能水池三菱重工业株式会社长崎研究所适航性能水池超大型油轮的自航试验三菱重工业株式会社长崎研究所操纵性自航模试验三菱重工业株式会社长崎研究所船体强度试验三菱重工业株式会社长崎研究所超大油轮破坏试验三菱重工业株式会社长崎研究所日立造船株式会社日立造船株式会社 日立造船株式会社是一个庞大的造船企业集团，共有：有明（1）、因岛（2）、向岛（2）、土界（4）、樱岛（5）、筑港（6）、舞鹤（7)和神奈川(8)8个造船厂和两个研究设计所。几乎遍布半个日本列岛。日立造船株式会社有明造船厂有明造船厂近景因岛造船厂日立造船株式会社向岛造船厂日立造船株式会社土界造船厂日立造船株式会社樱岛造船厂日立造船株式会社筑港造

28、船厂日立造船株式会社舞鹤造船厂日立造船株式会社神奈川造船厂日立造船株式会社三井造船株式会社 玉野造船厂左世保重工业株式会社造船厂左世保造船厂全景下关江浦造船厂下关江浦造船厂全景3.3 3.3 日本现代造船模式的由来日本现代造船模式的由来 日本 IHI公司主席真藤恒(H. Shinta)博士称：日本采用现代化造船方法始于美国的依里木(Elemer Hann)先生来日本传授。据美国政府研究报告称，二战期间，美因工业巨人凯撤(H. J. Kaiser)用成组技术原理组织船舶“中间产品”的专业化生产，创造战时的快速造船：1942年，德国海军击沉盟国船舶的速度快于盟国造船舶的速度。到1943年年中扭转了

29、这个局面，美国船舶生产速度超过了被击沉船舶的速度。 二战期间，轰击日本本土时，盟国有意保留了日本的造船设施。战后，凯撤工厂的总管依里木率专家团到日本，根据成组技术原理教授日本人如问组织造船生产。同时，美国纽约大学德明(W. E. Deming)博士把统计控制方法(SCMStatistical Control Methods)传输给日本工业界。用SCM提高产品质量，并为造船自动化和专用焊接技术的开发奠定了基础。 真藤恒博士参加了上述工作，是依里木下属的总工程师。当依里木等美国专家回国后，真藤恒博士出任 IHI公司的吴(Kure)船厂的首脑。他把从美国专家学到的技术与日本的情况相结合，完善了物料控

30、制系统和统计控制方法，使生产率提高了两倍。可见，现代造船模式始于美国，由日本给以完善。 3.4 3.4 成组技术是提高日本造船生产率的主导技术成组技术是提高日本造船生产率的主导技术 日本一流造船权威 H真藤恒博士称，要不断提高生产率和产品质量，船厂的生产车间必须具有根据成组技术原理组织生产和运用统计学方法管理生产的能力。应用成组技术在虚拟的生产流水线上制造多品种、变批量的产品，成组技术已经渗入日本工业，在提高生产率方面起到了重大作用。 美国政府和海军发表的研究报告称，从50年代起，日本人已将成组技术应用于造船，使成组技术适应了本国国情，并使成组技术的潜力得到了最充分的挖掘。这从日本船厂的加工、

31、装配和安装作业中得到证实。3.5 3.5 日本一流船厂建成了中间产品导向的生产体制日本一流船厂建成了中间产品导向的生产体制 船舶是船厂的最终产品，用工业工程方法把它分解为零件和层层部件(部件、分段、总段、舾装单元)，以及特定的任务(如涂装、调试、试航)，称之为“中间产品中间产品”。把所有“中间产品”委托给厂内外专业化高效的生产组织制造。这种先进的造船方法称为“中间产品”导向型方法，造船基本上成为一个装配过程。各个生产组织都按专业化制造某特定的“中间产品”调集人员、物资和信息，因此，造船的某项任务一定是由预先固化的某些人，在某特定场地，用某特定设备完成。 “中间产品”的确立依据是“船上区域作业类

32、型施工阶段”，它使船上的区域与工厂的区域和生产组织得到互相对应。同时，各家船厂将总的管理部门由传统的一级分为两级，即在厂部和各车间之间增加了一级“船体部”、“舾装部”，在厂部和各生产处室之间增加了“生产管理部”。这种组织体制，使厂长(工场长)不必过问日常的经营和生产活动，以使其有更多的时间和精力去策划船厂的长期计划，使船厂壮大发展。 3.6 3.6 彻底治理彻底治理3K3K，树立现代企业形象，树立现代企业形象 传统的造船业被定位为3K行业，即肮脏、困难、危险的行业。在建立现代造船模式中，日本船厂不但体现了现代模式的基本特征 (流通控制、复合工种、分道流程、壳舾涂一体化)和根本标志(高新技术产品

33、，高生产率，高经济效益)，而且，消除了造船厂原有的环境脏乱、作业困难，操作危险。新的造船方法，采用大量的专用装备替代人的体力劳动，作业场地和作业内容固定可使大量的设备和风水电管线固定在地下或空中。中间产品的合理界定，使得高空作业地上做，朝天作业俯位做，水上作业陆上做，外场企业内场做，狭小空间作业敞开做，从而免除了作业的困难和危险，使船厂具有整洁的环境和造船企业的方便与安全。特别是机械化，自动化装备和机器人应用的不断扩大，使许多妇女承担了日本船厂的不少作业。 板金车间机加车间组装车间3.7 致力于机器人的开发和应用 日本一直在致力于无人化工厂的研究和开发，这就意味着广泛使用各种类型的机器人。三菱

34、重工长崎研究所成功开发的智能型自动焊接装备能适应船体部件装配、分段装配和全部合拢的各种焊接，它是利用导电咀与母材间的距离与设定距离比较，来控制焊嘴高度，同时，根据导电咀与母材间距离变化图形，实现对焊缝跟踪的控制。机器人具有再演示和记忆15道焊缝动作的功能。该先进焊接装置已在船体立体分段的倾斜接头上应用。 日本钢管公司津船厂于1995年9月使用了多台焊接机器人的群控，利用高速旋转电弧焊接工艺和多功能传感器，能自动检测焊缝形状、部件端部和焊缝接头，达到了高效、高质量、高燃弧率，适用于多品种、少批量的船体部件流水线生产。 4 4 美国的造船实力与创新美国的造船实力与创新 美国在二战时运用成组技术方法

35、，每天产出船舶5艘。从1941至1943年的三年间，美国共建造军用舰船768艘。从1942到1944年的三年间，还建造了万吨级货船和自由轮3148艘。当时，美国拥有65万造船职工，是九十年代CSSC职工总数的6.8倍。战时，为了争夺制海权，保障海上对欧亚战场所需物资的供给，大规模建造船舶，所采用的就是成组技术的方法，即以中间产品专业化生产为导向，按制造本身的问题组织生产线，并以生产线的有效运转组织各个方面的协作。此外，使企业简化，以作业的方法来适应工人的状态。战争时期缺少熟练的焊工，就采用各种方法，使得焊接作业尽可能以俯位进行操作。例如：船艏采用侧卧式胎架建造、甲板室倒置建造、舷侧在平地上建造

36、，从而避免了危险困难的高空作业，和搭拆脚手架的昂贵开支。二战时创造的生产技术奠定了现代造船技术的基础。 4.1 4.1 美国的美国的6 6大船厂在美国造船业中的地位大船厂在美国造船业中的地位 美国船舶工业以军船建造为主，全国有400多家船厂，而其中6大船厂承担了美国海军80%以上舰艇的建造任务，拥有全国造船职工总数的90。这6家大型船厂是纽波特纽斯、通用、利顿、巴什、阿冯达尔和国家钢铁造船公司。 美国船厂为美国海军建造了世界上最先进的舰艇，有核动力潜艇101艘、核动航母6艘、核动力巡洋舰7艘，常规动力的航母，巡洋舰、驱逐舰共65艘。成为全球最强大的一支海上力量。 纽波特纽斯(Newport N

37、ews)造船厂是美国最大的船厂，有 l10年历史。该厂自称是“全球最先进的造船企业” 。 该厂制造世界最先进的产品：70艘核动力航空母舰和核动力潜艇、150多个核反应堆装置、以及双壳体成品油轮、远洋豪华客轮等。 4.2 4.2 全球最先进的造船企业的生产和科研全球最先进的造船企业的生产和科研USS Eisenhower, CVN 69USS Eisenhower, CVN 69USS Nimitz, CVN 68USS Nimitz, CVN 68USS Nimitz, CVN 68, Arrives NNSUSS H. Truman, CVN 75, Sea TrialsUSS Harry

38、Truman CVN 75 Smart Bridge at NightUSS Harry Truman CVN 75 Smart BridgeUSS Baton Rouge, SSN 689USS Sea Wolf SSN21 at Sea USS Sea Wolf SSN21 at Sea USS Sea Wolf SSN21 Control RoomControl Room Attack Center 纽波特纽斯(Newport News)造船厂拥有12座船坞，最大的船坞长662m，备有横跨船坞和平台的900吨龙门吊。环形模块车间8天能制造一个大型的总段模块。船体结构装焊车间面积44540

39、m2，设有全天候的自动生产设施。船体加工车间有切割和成形设备50多台，可加工3至150毫米，长度达18m的钢板。模块舾装车间11150m2，备有自动输送和液压定位设施，可全天候作业。铸造车间面积20910m2，能铸造最大铸件达65900公斤。机械加工车间面积27890m2，有150台机床，用以制造大型螺旋桨等各种机械。还有噪声、震动、电气、机器等实验室和技术学校等。900吨龙门吊长662m的船坞310吨龙门吊 Machine ShopAutomated Steel Factory Steel FAB ShopMachine Shop (Lathe) Newport News造船厂有研究、开发、

40、设计、建造、修理和改装等完备的设施和能力。该厂自行开发的三维计算机模型系统，不论建造多么大和多么复杂的船舶，都能模拟造船的每个方面的工作，使实际作业达到完全正确。三维立体模型包括水动力、推进、船体设计、噪音等。 CVN 77 Concept DesignBuilding 1744 Visualization RoomSubmarine DesignUSS Virginia Class Computer Rendering 该厂的创新(Innovation)中心，为在21世纪继续领先于全球，以满足用户需求为中心，结合最新技术，努力降低造船成本，而致力于如下10个领域的研究开发： (l)作战观念(

41、Concept of Operations)：设计和建造中确保航空母舰的战斗效能，飞行甲板的出击率和联合作战部队的需要。(2)系统工程：为实现整艘船舶按一体化的系统工程原理进行制造，研究“策略任务技术”。(3)全寿期成本：为确保准确的建造和维持成本之最有价值，而研究构成成本的所有方面。 (4)自动化：通过自动化手段，在提高人的效能和安全的同时，降低舰船全寿期的成本，并实现舰队现代化。(5)战斗装置：为未来的军舰的需要开发船舶和飞机的一体化的装置的新技术。(6)战斗信息：为保证广泛和完整的联合作战需要，研究船舶的插入信息(inserts information）技术。(7)飞机启降装置：为未来舰

42、船的飞机起飞和降落装置的设计和制造开发新的技术。(8)动力装置：使用最新创造的核和非核的船舶动力装置技术。(9)审批认可：研究集中认可审批方法，以减少上层建筑、船底龙骨和甲板室的设计工作。(10)商业化：连续监测本企业的市场位置，以达到生产最佳的商品，具有最佳的销售业绩和最好的建造技术。 创新(Innovation)中心场景之一：创新(Innovation)中心场景之二： Newport News造船厂为执行美国全国造船研究计划，从70年代以来，研究开发并提出了20多份有价值的研究报告，主要内容涉及：设计制造一体化、船舶生产率、船舶工业先进技术和实施示范、船厂计算机辅助生产过程设计、区域导向的

43、管理、船舶工业的激动机制、机器人、高强度钢大能量焊接、424英寸铸件自耗电渣焊和先进的管子加工技术等。 Newport News造船厂是世界级的大型船厂，现拥有18000名职工，实行三班制生产。从该厂的产品、装备和科研的实际状况分析，可见与单纯建造民用船舶的世界级船厂有所不同，主要表现在仍具备强大的铸造和机械制造能力和以战斗为最高目标的、结合降低成本的充分超前意识。4.3 4.3 美国在船舶设计和建造上的技术进展与实践美国在船舶设计和建造上的技术进展与实践(1) 以模块理论指导的可变有效载荷舰船 模块是标准化的整装单元。1979年美国海军决策研究发展的“可变有效载荷舰”(VPS)是最具代表性的

44、实例之一。它把传统的军舰分为船体和作战两大系统。VPS的船能为模块化作战系统提供标准接口，并且使舰船作战系统能随需要而易于更换和改装。 VPS的船体具有必要的强度、稳性、动力、载容量、电站、辅助机械、补给能力、适航性等，以装载可替换的作战系统。这样，VPS就成为标准化的舰船，能高效地批量建造，而在作战系统选择方面又具有较大的灵活性。 VPS的船体与舰上作战系统分开独立设计、建造、试验和采购。同时，作战系统作为有效载荷模块的制造和试验能在专用的岸基设施上进行，从而缩短了研制周期。 VPS概念适合于15000吨至30000吨的巡洋舰、驱逐舰和护卫舰。它对海军最大的益处是：在最初军舰建造和服役后的现

45、代化改装期间，便于获得最新式、最恰当的作战系统。研究设计了能适应预测30年寿命期科技发展的作战系统的模块及其接口。满足水面战斗舰船4个主要使命：防空战、反潜战、对岸攻击战和舰船对抗战，每一战斗系统中配置了相应的导弹发射装置、近程武器、火炮、电子战、雷达干扰、假目标发射装置和水下干扰设备等。 VPS的船体作为作战系统的平台，设置各种“模块站”，能适应性能不同模块的快速装卸。 DD963驱逐舰采用了VPS概念使得研制周期缩短了一年多，由49个月，减少到36个月。造船成本降低10。 （2）模块化的设计和建造方法 纽波特纽斯船厂运用成组技术理论创建的现代化造船技术，改革传统按照功能系统进行设计和制造的

46、方法，以“区域”即“中间产品”为导向运用模块化的方法设计和建造海狼级潜艇。 以模块化建造技术进行设计，不仅要考虑系统，更重要的是考虑建造的需要。首先，根据结构状况和建造的逻辑顺序，把整艘潜艇划为9个分段，每个分段由零件、部件、组件、次模块和模块构成，它们都被称为中间产品。所谓“模块”是零件、部件、组件及次模块的组合形成的大型的船舶内部区段，如完整配备了局部区域系统和设备的双层甲板单元。而“次模块”是零件、部件及组件的组合成的单一实体，如带有管道，附件和基座的液舱。 采用计算机辅助共用数据库的100交互的三维实体模型，进行海狼级潜艇的设计和建造。由于该项技术的采用，不再需要昂贵的全尺度实物模型。

47、许多在建造时才能发现的问题，如碰撞、振动间隙和通道的可用性等问题都能快速和方便地用模型解决。 从研究、设计、建造、试验、鉴定，直到海军使用维修，后勤保障等一系列费用的总和，称为舰船全寿期费用。海狼级潜艇与 SSN637级潜艇对比。海狼级潜艇的研究、设计和建造费用占全寿期费用的40，维修操纵和支持费用为60。 SSN627级潜艇订购费占25，而服役期费用占75。模块化技术显著地降低了潜艇的维护运行费用。多用途高速双体舰多用途高速双体舰 海上框架（海上框架（SEA FRAMESEA FRAME）全长 112.63 m总宽 30.20 m吃水 3.80 m任务甲板面积 2961 m2通用甲板面积 1

48、425 m2部队人数 345 名部队床铺 20 个舰员床铺 30 个运营载重量 838 t超载载重量 1488 t全长 112.63 m总宽 30.20 m吃水 3.80 m任务甲板面积 1225 m2居住甲板面积 2340 m2飞行甲板面积 2045 m2部队床铺 350 个舰员床铺 121 个运营载重量 650 t超载载重量 1300 t全长 112.63 m总宽 30.20 m吃水 3.80 m最大排水量 3800 t任务甲板面积 2961 m2通用甲板面积 2060 m2部队人数 730 名部队床铺 20 个舰员床铺 30 个运营载重量 825 t超载载重量 1475 t全长 112.

49、63 m总宽 30.20 m船体宽 5.80 m吃水 3.80 m最大排水量 3000 t车辆甲板面积 3528 m2旅客甲板面积 1823 m2旅客数量 1000 人运营载重量 865 t超载载重量 1515 t全长 112.63 m总宽 30.20 m船体宽 5.80 m吃水 3.80 m最大排水量 3000 t车辆甲板面积 3528 m2旅客甲板面积 1248 m2旅客数量 700 人运营载重量 926 t超载载重量 1576 t（3）船舶设计、建造和运行支持共有基础的研究开发 为使有限的军费发挥最大的效用，长期而稳定地保持海军装备的稳步发展，以及船舶建造的军民结合，于1992年起，美国

50、海军正式执行船舶设计、建造和运行支持共有基础的研究开发，称为 ATC(Affordability Through Commonality)计划。 共有基础主要是指船舶设计、建造和维修航行支持依靠统一的模块化“标准化”和过程简化来实现，这将使造船模式发生新的变化。目前，是由设备生产厂向各家船厂提供不同类型的设备。当ATC计划实现后，将由一体化的模块工厂向各家船厂提供统一标准的一体化模块。 该计划旨在全面改进舰船产品及其生产过程，对舰船的推进系统、电气系统、辅助系统、反渗透模块(淡水装置)、区域模块化的暖气、 通风和空调系统、操舵装置、标准监测和控制系统、战斗系统安装和一体化、成本和未来发展，开展

51、了大规模的以模块导向的应用先进技术的研究开发。 以一体化动力装置 IPS(Integrated Power Systems)为例，为该装置的开发，研究了适应各类战舰、两栖舰和军辅船的IPS性能，研究了各型民船的机械装置系列与 IPS装置进行对比。开发的 IPS是一个统一电力发动机和管理系统，适用于海军的所有水面战舰和非战斗船舶。应用了永磁材料和固态动力电子学的先进技术。 IPS结合应用了永磁发动机永磁推进马达、直流区域配电，操作运行具有标准监测和控制装置(SMCS)的操纵系统。 单件制造、高投资额的典型特征使船舶设计制造水平更单件制造、高投资额的典型特征使船舶设计制造水平更多地依赖基础与共性技

52、术体系。多地依赖基础与共性技术体系。 船舶环境条件恶劣程度与安全性保障的复杂性要求大量船舶环境条件恶劣程度与安全性保障的复杂性要求大量共性规律研究与数据积累。共性规律研究与数据积累。 我国船型开发能力不足的关键是基础与共性技术乏力。我国船型开发能力不足的关键是基础与共性技术乏力。 基础与共性技术是船舶设计与制造的创新源泉和工具。基础与共性技术是船舶设计与制造的创新源泉和工具。共有基础的研究开发对我国的现实意义 我国在共有基础的研究开发的任务之一：有重点地研究并形成有重点地研究并形成 对保证海洋运载平台在复杂险恶环境中对保证海洋运载平台在复杂险恶环境中 的的起关键作用的起关键作用的 ， 与船舶设

53、计与建造规范、规则、标准体系；与船舶设计与建造规范、规则、标准体系； 我国在共有基础的研究开发的任务之二：形成形成配套齐全的各类船型与海洋平台的研究、配套齐全的各类船型与海洋平台的研究、实验、设计实验、设计能力；能力；形成平台新型推进技术、集成电力推进系统技形成平台新型推进技术、集成电力推进系统技术等先进配套技术；术等先进配套技术； 建立信息化、数字化设计建立信息化、数字化设计/建造建造/管理技术。管理技术。 Integrated Vessel AutomationDynamic PositioningCommunication line to ShorePos. Ref. SystemsX TerminalsPlant NetworkEngineControlTunnelThrustersAux. Power Generation