精益设计在船舶设计研发中的应用

随着船舶行业的快速发展以及信息技术水平的不断提高，信息化、数字化、智能化及可视化的技术已广泛应用于船舶的设计和制造中。大量各学科、各专业设计分析软件以及CADDSS， FORAN， TRIBON等三维设计软件的应用，逐渐改变着传统船舶设计与制造方式，对提高了舰船产品的设计质量，实现产品设计的优化、促进船舶总体设计水平的提高，具有十分重要的意义。PDM将产品文档管理、项目管理集成，进一步提高了总体设计水平。然而在信息化迅猛发展的今天，船舶设计信息化还存在一些问题，有待于进一步完善。

一、船舶行业存在的问题

(1)缺乏统一的软、硬件系统集成和协同平台。

工作流程中从研发设计到仿真分析的各种软、硬件彼此孤立，相互间技术沟通、协调以及数据间流程的衔接依赖人工完成，工作效率低，易发生错误；

(2)多学科优化有待进一步加强。

各学科本身拥有完善的设计手段和仿真工具，但船舶是复杂的工程，各学科之间相互耦合和互相影响，必须进行协同集成和优化设计，以达到系统总体性能最优。（天行健咨询一家专注于精益生产管理，六西格玛管理培训咨询与项目辅导的管理咨询公司）

(3)缺乏统一的过程数据管理平台。

目前，PDM系统主要对设计结果进行管理，然而各设计阶段和专业间拥有大量的过程数据，缺乏管理，难以进行重现；同时过程数据也拥有大量的各种知识、经验和规则，需加强知识有效共享和重复利用。

二、船舶设计研发中的精益设计

1.船舶精益设计目的

船舶设计是一个多专业、跨学科复杂的系统工程，其周期长、流程复杂。而“精益设计”，是采用最有效的方法，以最低的成本、最高的质量，在规定的时间，创造出尽可能多的价值来满足用户的需求。因此船舶精益设计的目的就是对船舶设计流程进行梳理、改进、优化，加快设计效率和速度、提高设计质量、降低研制成本、缩短设计周期。

2.船舶精益设计要素

船舶精益设计包括三个要素，如图1所示：

(1)清晰和规范的流程;

(2)有技能、有经验的设计人员;

(3)成熟的工具和技术。

三、船舶精益设计的实现

1.基于工具集成与协同的精益研发设计

船舶是一个复杂的工程，涉及总、船、机、电等多门学科和专业。由于设计工具体系和设计过程的复杂性，设计人员进行设计工具学习、工具操作、数据处理、接口对接、模型协调的工作量越来越大，严重制约了设计能力的充分发挥。需要通过整合各专业设计工具及数据，建立统一精益设计研发环境，专业人员无需在各种程序界面之间频繁切换，各类设计数据能在此平台上便捷地交换与共享。

精益设计还可将工作中经常重复使用到的计算书、文档做成系列化、标准化、规范化的模板文件。设计人员只需选择相应计算系统，在用户界面中输入相关参数，程序将自动生成标准化的计算书或文档，规范设计流程，提高设计人员工作效率，改善设计质量。

2.基于流程驱动的精益研发设计

精益设计主要核心之一就是基于设计工作流程驱动。基于流程驱动的研发设计首先根据工作实际结合三维设计(CAD)和仿真分析(CAE)，研究和认知基础数据，梳理各设计阶段的设计过程或流程，逐级任务分解，将船舶设计过程流程化、规范化，制度化，通过具体的工作流程实现设计任务的协同和流转，同时加强过程数据的管理以及各专业间设计、分析工作的关联性、协调性，减少设计过程中大量的协调会和研讨会，使各专业设计人员间的协作达到可控。

设计人员能够根据业务流程、工作步骤和设计要点开展设计工作，实现各专业之间过程与数据的衔接，达到总体设计最优。实现设计可溯性、可见性、可控性以及规范性，提高设计质量及设计效率。

3.基于知识工程的精益研发设计

大量的设计知识、设计经验存在于设计人员的大脑中，且船舶研发流程的梳理过程中也会产生大量的知识、数据、经验和问题解决方法，将这些隐性知识挖掘和提炼成专家知识库，实现统一管理、存储和使用，有利于设计知识的积累、继承、重用和驱动，为基于流程驱动的每项活动中提供支撑，为设计人员提供指导和启发，提高企业的竞争力。（天行健咨询一家专注于精益生产管理，六西格玛管理培训咨询与项目辅导的管理咨询公司）

船舶知识库主要包括:

(1)创新设计知识库(标准库、规范库、专利库、技术文献库、设计经验库等);

(2)设计实例知识库(母型船库、性能参数数据库等);

(3)多学科优化模板库(计算模型库、仿真模型库、优化模型库等)。

4.基于质量设计的精益研发设计

对船舶设计流程质量的有效控制，是企业赖以生存和谋求长远发展的可靠保证，正可谓“百年大计，质量第一”。

设计是一门科学，船舶的功能性、可靠性、安全性以及可维修性等质量指标与船舶的设计流程、设计方法是密不可分的。质量既不是检测出来的，也不是造出来的，而是设计出来的，不断控制和改善设计质量，减少设计差错，应从设计源头入手，在设计流程中解决质量问题可以达到事半功倍的效果。据报道，在整个船舶生命周期中，设计研发对船舶的质量、性能等影响超过70%，越是在船舶生命周期前端采取质量控制措施，对提高整体船舶质量效果越显著。因此在精益研发设计中必须加强质量设计与控制。

四、精益设计在船舶设计研发中的应用总结

基于设计流程驱动的精益设计整合了各专业设计工具及数据，建立统一的多学科精益设计平台，有利于多学科协同、仿真优化和耦合，流程覆盖船舶技术研发的全过程，实现船舶设计全程化质量控制，支持船舶研发知识的管理和重用，增强船舶设计人员的创新设计能力，提升企业核心竞争力。

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