探讨船舶结构设计常见问题分析及处理方法

摘 要：进行船舶结构优化设计的目的就是寻求合适的结构形式和最佳的构件尺寸，既保证船体结构的强度、稳定性、频率和刚度等一般条件，又保证其具有很好的力学性能、经济性能、使用性能和工艺性能。本文就船舶结构设计中常见的问题及处理方法进行得简要的分析，以期为相关工作提供一定的参考价值。

关键词：船舶结构；设计；问题分析；处理方法

1 船舶设计项目管理组织结构

1.1 项目外在组织结构

项目的外在组织结构是指项目所在单位的外部组织环境。项目外在组织结构可分为以下三种组织结构：职能型组织结构、项目型组织结构、矩阵型组织结构。以上三种外在组织结构各有优缺点，所以在选择外在组织结构时，应该考虑下面几点因素的影响。

（1）项目周期。周期长的项目容易受到时间和资金的制约，且项目管理过程中容易产生变更。单从这方面考虑应该采用矩阵式组织结构。

（2）项目性质。项目性质对于项目组织结构的选择起到关键的作用，需要项目经理召集项目团队具体分析项目性质，不同的项目性质需要采用不同的项目组织结构。

（3）项目成本和质量。项目成本和质量是项目成败的关键因素，单从这方面考虑应该采用项目型组织结构。

1.2 项目内部组织结构

项目内部组织结构是指项目团队组成人员的组织结构。项目团队结构分为以下几种类型：无私团队结构、同形团队结构、专长团队结构、任务等级结构。每种结构各有优缺点，所以选择项目内部结构时，需要确定项目的性质，项目的性质决定需要的项目团队人员，根据项目团队人员的组成情况确定组织结构。还需要根据项目工作内容，确定负责项目的各专业部门。

1.3 船舶设计项目管理组织结构

在确定船舶设计项目管理组织结构前，需要先了解船舶设计的特点。

1.3.1 船舶设计的特点

船舶设计是一项需要各专业部门合作的系统工程，涉及总体、船体、轮机、电气、舾装和涂装等专业。各专业部门有各自的专业工作又和其它各专业相互影响，需要各专业部门通过紧密合作，协调处理设计过程中遇到的问题。船舶设计具有以下特点：

1）船舶产品的小批量性决定其独特性；每个项目的技术要求和工艺各不相同，导致各专业部门所需的人员配备不同，技术侧重点不同。项目的独特性要求项目经理针对不同的项目采取不同的管理策略。

2）船舶設计有明确的开始和结束时间，具有临时性；船舶建造合同中对项目的结束时间有明确规定；项目具有一定的生命周期，完成了设计任务后自然终止，与其它领域的项目运作有本质的区别；项目的临时性要求项目经理降低设计项目与船厂施工需求的影响。

3）船舶设计具有渐进性，各阶段关注点不同；总体布置和性能；设备系统配置；详细设计；生产设计；完工设计。项目的渐进性要求项目经理控制各阶段的设计进度。

1.3.2 船舶设计项目管理组织结构

设计院分为总体、船体、轮机、电气、舾装、涂装、项目管理和设计保障等专业室。设计院往往会同时承担多个项目的设计任务，而船舶设计项目需要各专业部门工程师的紧密合作，这需要各个项目能够分享各专业部门的工程师。同时，船舶设计项目的技术性质也决定了项目管理的必要性，所以需要将船舶设计项目的管理与技术合并为一个整体，成立项目管理组织。根据船舶设计的工作流程和特点，我们设计院的项目外在组织结构采用矩阵型组织结构，项目内部组织结构采用同形团队结构。也就是矩阵式组织结构支撑下的项目经理负责制，由项目经理负责对项目人员和技术的管理，项目组人员由各专业室人员组成，根据项目的设计进度随时调整人员的构成，项目经理由院领导直接管理。

2 船舶并行协同设计过程的构建

1）设计过程分析与分解。要完成并行协同设计理念下的过程分析与分解，一方面，依照设计方案将各项细则明确细化，为后续施工设计过程做准备；另一方面，在并行协同工程中注重“宏观并行，微观串行”的相关理论，对传统的船舶设计过程加以细分为初步设计、详细设计和生产设计三个大的阶段。详细的设计是基于整体设计，对设计的子系统进行深入分析。生产设计的最终目的是船舶生产，其主要过程可以总结为壳、舾、涂三大流程。

2）设计过程的规划与重组。实践表明，设计流程之间有三种关系，即串行关系，平行关系和交叉关系。串行关系是最原始的协作关系，我们将其优化的目的就是将这种传统向著并行关系或交叉关系进行转变。通过分解与设计，对一些原始的连续工作流程并行，分工过程中进一步划分关系并进行过程重组，进而保证设计的成功率，构建设计微循环。微循环模型是一种宏观平行的，微观设计理念下的的模型机制。其主要是将设计对象分解为子对象，并允许设计人员在设计对象的不同方面进行同时工作，从而大大缩短整个设计周期，提升了工作效率，该种设计理念需要完成的信息共享机制作为保障。

3 基于并行工程的船舶设计过程的改造

1）建模。这实际上是一个需要重复设计的过程，很难做到一次性成功。就船舶工程而言，其设计过程中的各种元素之间是一个动态变化的过程，需要大量的时间作为依托才能把握其规律，对其进行精确描述，最终设计成功。在这种情况下，为了保证最大限度的成功几率，在生产实践中通常使用最小-最大代数关系来构建其函数关系，然后使用动态规划方法优化其周期。这同时也要求，我们在设计出模型并应用于并行优化的整个过程中，在模型和设计过程之间建立一对一的对应关系是非常重要的，必须要引起设计师们的高度重视。

2）改造管理机制。目前，船舶制造企业开展生产设计所需要建立的模式是在设计院设计的基础上建立的，在生产设计和现场生产直接指导的基础上建立的，所以设计这种机制更好的优化方法是设计研究所和造船企业进行联合设计，组件高效、高质量的设计团队，聘请或者引用造船企业的优秀人才，从制造设计的各个环节着手，重点关注技术薄弱环节，全方位的监控生产过程和生产条件，并对从概念设计模式到生产设计模式，然后到现场生产的全过程实现无缝链接。

3）应用辅助设计和管理技术。伴随着科学技术的不断进步与发展，计算机模拟技术被逐步应用于船舶设计和发展的全过程。尤其是在结构计算、性能计算和制造技术方面，计算机技术发挥着不可替代的重要作用。但就目前来看，计算机技术在船舶制造企业中的应用还不广泛，技术也不够成熟。因此，在船舶的设计中，由于船舶产品的复杂性，经常由无数的部分组成，而且每部分信息也可能比较凌乱，更有可能改变其动态。为了确保这些信息的完整性，有效性和准确性，难以通过手工管理手段实现。这需要一个良好的技术平台进行支持生产，同时要加强生产和管理信息集成的并行设计，使船舶设计院与制造商之间的三维船体模型变得更加完善。综上所述，在设计院和造船厂实现网络环境之间的协同设计，使造船企业在详细设计阶段开始参与设计，这对加强企业和设计院的数据库管理模式，实现优化的船舶设计过程有非常大的帮助。

4 结语

船舶结构设计是一个多学科结合的问题，由于船舶的特殊工况，船舶结构要综合考虑振动、海水腐蚀、流体力学特性和抗冲击特性等，这些不确定性因素都会影响船舶的性能。同时，众多影响因素对船舶结构设计的整体优化提出了挑战。

参考文献：

[1] 赵留平，詹大为，程远胜，刘均.船舶结构优化设计技术研究进展[J].中国舰船研究，2014，04：1-10.

[2] 邵伟.基于鲁棒性的船舶结构优化设计研究[D].江苏科技大学，2012.

[3] 单威俊.船舶结构分析中网格划分技术及应用[D].江南大学，2008.

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