程 帅 孟祥慧＊ 吕步高 李 瑞 于学超
（1. 上海交通大学 机械与动力工程学院 上海 200240；
2. 上海外高桥造船有限公司 上海 200137）
大型邮轮被公认为是目前全球最复杂的单体产品，代表着当前全球船舶工业的最高水平。长期以来，邮轮的设计建造被意大利芬坎蒂尼、德国迈尔船厂、法国STX 等欧洲船厂垄断。2018 年，中国船舶集团有限公司引进意大利芬坎蒂尼公司的Vista 船型平台，由上海外高桥造船有限公司开始建造我国首艘大型邮轮——爱达·魔都号，造价55 亿元人民币。该邮轮于2023 年底建成交付，每年营收有望超10 亿元人民币，这标志着中国将正式开启邮轮经济。根据交通运输部等十部委联合发布的《关于促进我国邮轮经济发展的若干意见》，中国邮轮市场到2035 年预计达到每年1 400 万人次的规模，对于中国的产业经济贡献预计达到5 500 亿元人民币[1]。然而，我国企业还需要在各方面修炼内功，尤为重要的是培育自主设计和创新能力，带动中国邮轮产业链升级。
邮轮自出现以来已取得了重大发展。1970 年的世界首艘现代邮轮“挪威之歌”仅能为游客提供9 个公共设施，而2009 年的“海洋绿洲”邮轮已能为游客提供上百项服务[2]。对于邮轮这种复杂产品，我国要在引进平台技术基础上实现自主设计创新，应尽快从需求出发建立高效率的设计模式。一方面，我国企业需要建立大型邮轮的正向设计开发流程，并根据流程中各环节的需要，培育技术和零部件供应网络，解决企业自身能力不足的问题[3]；
另一方面，也应该参考国际上大型船舶的设计趋势，针对邮轮定制需求从而构建高效的模块化产品族设计模式。
邮轮作为娱乐载具，势必要满足不同地域和文化下的定制需求，船型不可能保持一成不变；
同时，大型邮轮又不可能随意变化，因为任何细微的变化都可能导致惊人的衍生成本。本文作者的前期研究表明：模块化产品族方法既能高效地满足个性化需求，又能保持低成本[4-5]，有望满足邮轮的定制化需要。
模块化产品族方法的核心理念是在功能模块规划的基础上[4-6]，通过模块的组合和更新形成一系列不同的产品，满足不同的定制需求[7-8]。因此，该方法能够最大限度重复利用已有设计，同时可以针对某些人群的需求对个别模块进行定制，能够有效降低成本并提高设计、生产的效率[9-11]。产品族设计的核心是功能模块化设计，通过功能模块的交互可构成新功能并满足需求[7,12]。因此，功能模块化有助于缩短产品研发周期、增加产品系列，便于后期模块的重复利用、升级和维护[13]。
在模块规划阶段，客户需求分析非常重要。刘懋圻[14]通过建模证明了客户分类是提高产品族鲁棒性的关键。尹春雷[15]发现客户需求的映射是将客户需求反映到产品模块的重要途径。实际上，邮轮等大型船舶的设计，目前已经朝着产品族模式靠近。为降低成本并得到新的设计方案，大多数邮轮设计公司是在明确需求的基础上对同型船进行修改，通过模块化设计进行功能检测和设计更新[16-17]。针对与邮轮相似、造价高达几十亿美元的大型军舰，美国兰德公司也曾建议采用模块化的适应性设计思路来降低成本并满足不同需要[18]。挪威ERIKSTAD[19]讨论了功能修剪在不同船型设计中的应用，通过在近海船中去除拖网绞车功能模块、在渔船中去除地震系统功能模块，来满足不同细分市场。PANG 等[20]讨论了邮轮产品的差异性和服务多样性，这在未来的邮轮设计中非常重要。在这些进展基础上，如果能够建立起大型邮轮的模块化产品族方法，将能系统和高效地解决邮轮的定制设计问题。
本文从分析国产大型邮轮未来面临的定制需求出发，研究国产邮轮的模块化产品族理念和设计方法，阐述邮轮的产品族设计流程、需求分类和功能模块化，为未来国产大型邮轮的高效率定制设计提供支持。
大型邮轮已经成为1 座海上移动城市，可为游客提供以娱乐休闲为主的各类服务。如美国皇家加勒比邮轮公司的“海洋绿洲”邮轮，就可以为游客提供从跳伞、冲浪、过山车、海上卡丁车，到豪华餐厅、特色餐厅、各式套房等在内的各项功能和服务[2]。然而，这仍然不能说明某一种邮轮设计能满足所有人的不同需求。人的需求是没有止境的，不同地域、不同文化、不同年龄段的游客也有不一样的诉求，而邮轮的空间总是有限的。未来的邮轮设计，势必要解决“在有限的空间内满足无限的需求”这一矛盾。通过邮轮定制设计，为不同客户群体打造不同特色的邮轮服务，将是邮轮发展中的必由之路。
目前部分邮轮公司正在进行的尝试，也证明邮轮定制设计的可行性。以皇家加勒比公司为例，该公司在不断收集和分析游客需求的基础上，正在尝试推出不同的定制化设计，图2 是该公司针对“海洋绿洲”邮轮客舱内的局部定制化实例[21]。通常客舱具有床、浴室、沙发和阳台等模块，而对于以家庭为单位的游客而言，他们需要更多的床和浴室，这就需要在已有邮轮客舱基础上进行模块配置，增加相应的设施并对客舱内布局、结构进行定制设计。
另外，邮轮上的轮滑和碰碰车项目虽然都能吸引到相当数量的游客，但均会占据较大空间和光滑坚固的地面。因此，可以在娱乐广场上通过更改配置模块来实现轮滑和碰碰车项目之间的切换，以满足游客的不同需求，如下页图3 所示[22]。
上述尝试实际上是在邮轮设计方案已经确定的情况下，通过局部模块的配置修改来实现邮轮功能的定制创新。虽然这种创新能够以较低的成本满足不同需求，但毕竟受限于已有设计，所以只能满足有限的定制需求。如果建立起邮轮的模块化产品族设计方法，则可以系统和高效地满足不同的定制需求，实现国产大型邮轮的高效率定制创新。
产品族的可定制意味着产品面向具有定制需求的客户群体，其功能在满足基本需求的前提下具有可配置性。因此，功能模块的定义和确认在产品族设计过程中非常重要，需要明确客户需求与功能需求以及功能需求与功能模块的映射关系，建立有利于定制设计的模块化功能集。
与一般产品设计流程相似，产品族的设计流程通常分为2 个阶段：第1 阶段是将确定的客户需求转化为功能需求；
第2 阶段是根据功能需求定义功能模块及其设计参数，形成产品族架构设计[23]。其中，功能模块对应的设计参数受到潜在的制造约束，需要考虑技术可行性[24]。图4 所示为上述流程的一般表达，该流程强调了从客户需求到功能需求、功能需求到功能模块、功能模块到参数设计，是自上而下的设计过程，有利于产品族设计满足定制需求。反之，从参数设计到功能模块、功能模块到功能需求、功能需求到客户需求，是自下而上的确认过程，有利于提高设计质量和效率，降低设计风险。
在进行可定制产品族设计时，功能模块的设计非常重要：首先在需求分析阶段将客户需求划分为与所有客户相关的共性需求以及部分客户群体感兴趣的定制化需求，然后定义共性功能模块和定制化功能模块，形成邮轮的产品族架构。因此，可定制产品族模块化功能设计方法中最重要的环节是需求分析和功能定义[13]。
下页图5 描述了从客户需求到功能定义的分析方法：首先，通过各种渠道获取客户需求信息并仔细确认，将客户需求转变为系统的设计需求，使需求信息变得客观、明确且无歧义。然后，结合市场背景将设计需求分为共性需求和定制化需求两大类，并进一步划分为共性功能需求、定制化功能需求、共性非功能需求和定制化非功能需求。其中，反映客户主要诉求的功能需求是设计的出发点；
非功能需求则反映了客户的其他诉求（如安全性需求、价格需求、外观需求等，有时候也称为广义功能需求），为设计提供约束[25]。这种需求分类方法有利于充分发挥产品族的灵活性，为后续的快速定制奠定基础。最后，在需求驱动下进行共性功能模块和定制化功能模块设计。共性功能模块组成邮轮产品族的主体，在此基础上可以通过添加选配不同的定制化功能模块，满足不同的定制化需求。
需要说明的是，部分设计需求无法在早期需求获取阶段被确认，而是随着设计、开发的进行不断派生而来，包括从需求到功能模块的定义再到功能模块的开发阶段，这些需求定义为派生需求[25]。派生需求在需求分类阶段也要进行分类并影响下一步功能模块的设计与开发。这种需求分析方法有助于功能定制的完备性与正确性，避免产品族开发过程中出现遗漏，从而提高设计效率。
在产品族设计基础上，通过功能模块配置可以形成不同的定制化产品，其含义可以用图6 来解释。图中的共性功能模块是在所有产品中都有的，而定制化功能模块在不同的产品中根据需求出现。每个功能模块相对独立，各功能模块相互组合形成产品。功能模块之间具有标准化接口，有利于定制化模块的替换，从而便于功能配置。功能模块具有通用性，有利于实现横、纵系列产品间模块的通用[26]。由于功能模块具有上述特征，在共性功能模块基础上配置定制化功能模块，可以实现复杂产品的高效定制化设计。
3.1 大型邮轮模块化产品族设计
根据前文所述，大型邮轮模块化产品族设计首先应进行需求的定义、分解并划分共性需求和定制化需求。
邮轮的客户需求主要来自船东和游客，同时设计者也会有相关技术需求。船东需求主要围绕经济性需求，如邮轮建造成本、运营成本、运营收益等。游客需求主要是邮轮提供的服务方面，如休闲娱乐、航行路线、安全性等[27]。设计人员要考虑法律法规和技术可行性。对上述需求进行分析和分类，以获得更加明确的邮轮设计需求[28]。
图7 是大型邮轮设计需求分解的案例，其共性设计需求包括：人员基本生活需求、航行动力需求、舒适性需求、环保性需求、安全性需求等；
定制化需求包括：船东游客的定制需求、不同地域和文化客户的定制需求等。为便于在产品族中进行功能配置，还需进一步区分功能需求和非功能需求。邮轮除了海上航行，最主要的功能是为游客提供休闲娱乐，在这方面应充分考虑文化、地域带来的定制需求，以及游客对外观审美等的人文需求。
功能模块定义是邮轮产品族设计的重要环节，应全面围绕设计需求开展。下页图8 是邮轮的产品族功能模块定义示例，包括一些典型的共性功能模块和定制化功能模块。需要说明的是，模块是有层次的，可以根据需要来决定从哪个层次上进行定制。图8 中列出的航行功能模块、餐饮功能模块、住宿功能模块、休闲娱乐功能模块等，可以认为是邮轮中共性的顶层模块；
而动力模块、主餐厅模块、普通套房模块、购物广场模块是下一层级的共性子功能模块，对应常见的共性需求。在这些共性模块基础上，还应该定义一些定制化功能模块，比如除主餐厅外，还可在餐饮功能模块的下级模块中设计特色餐厅、自主餐厅、快餐点心、酒吧、咖啡甜品等可选的定制化餐饮模块；
在住宿功能模块的下级模块中设计商务套房、影院式套房、豪华套房、阳台套房、日光浴套房等可选的定制化住宿模块；
在休闲娱乐功能模块的下级模块中设计奢侈品店、攀岩、游泳池、儿童乐园、KTV 等可选的定制化休闲娱乐模块。这些定制化模块，并非要在每艘邮轮上都出现，而是可以根据需要选配，以形成不同的特色。
3.2 基于产品族的大型邮轮定制设计
在邮轮产品族定义基础上，可按下页图9 所示流程进行邮轮设计：首先分析客户的共性需求并进行共性功能模块的确认；
然后分析客户定制化需求，并判断当前邮轮产品族是否有相应的定制化功能模块（若无，则进行新的定制化功能模块设计并更新产品族；
若有，则配置相应的功能模块，并对已有的功能模块进行组合、检查及确认，以免发生冲突）；
此后还需检查所有定制化需求是否已经满足，若不满足则针对下一条定制化需求进行功能模块配置；
最后再检查配置的功能模块组合是否满足所有需求，若不满足则需对产品族进行检查和改进，若满足便最终完成了邮轮的定制设计。
可见，这种基于产品族的定制设计方法，通过在共性功能模块的基础上配置定制化功能模块，不仅充分考虑了客户的定制需求，而且提高了邮轮新产品的设计开发效率，降低了设计复杂性和设计风险。
邮轮作为旅游度假载体，为游客提供丰富海上娱乐活动是邮轮设计的主要关注点，因此本文以娱乐功能模块的配置为例来讨论邮轮的模块化定制。
考虑到老人全年时间比较自由，常选择春秋季节旅游，而中青年和学龄儿童往往在节假日旅游，因此可根据不同年龄段游客的需求，在不同时间段推出具有不同功能模块配置的邮轮船型，以吸引不同的客户群体。为此，本文基于大型邮轮产品族的定制化思路，提出一种以不同年龄段需求为主的邮轮功能模块配置案例，如图10 所示。
图1 邮轮功能模块
图2 邮轮可定制模块化客舱设计
图3 邮轮可定制模块化娱乐项目设计
图4 可定制产品族模块化功能设计流程
图5 可定制产品族需求分析方法
图6 基于功能模块配置的定制方法
图7 大型邮轮设计需求分解
图8 邮轮产品族功能模块的定义与确认
图9 基于产品族的大型邮轮定制化设计流程
图10 面向不同需求的大型邮轮娱乐功能模块配置案例
该配置案例的思路是：在邮轮总体空间有限的情况下，在共性娱乐功能模块基础上，根据不同年龄段客户的需求进行定制功能模块配置，以打造不同的邮轮特色，满足不同客户群体的定制化需求。例如：以老人需求为主进行的娱乐功能模块配置，可重点推出棋牌室、沙壶球场、绘画书法馆、歌舞剧院等功能模块；
而以中青年需求为主进行的娱乐功能模块配置，可重点选配赛车、过山车、冲浪、攀岩等功能模块；
以儿童需求为主进行的娱乐功能模块配置，可重点推出亲子活动中心、儿童乐园、滑翔索道、新奇体验区、科技探索等功能模块。
上述面向客户体验的功能模块配置，既可以在同一艘邮轮上通过模块的更换和重新组合来实现；
也可以在相同船型上通过配置不同功能模块，一次性打造具有不同特色和体验的多艘邮轮产品。其基本理念都是在共性功能模块基础上通过定制化功能模块的选择、组合、检查及确认，尽可能重复利用已有的场所和空间，达到面向不同需求的邮轮定制化设计。
未来的大型邮轮，需在有限空间内满足不同客户群体的定制需求。本文以邮轮定制设计的高效率和低成本为目标，研究了大型邮轮的模块化产品族理念和设计方法，以支持国内企业自顶向下地解决邮轮定制设计中的难题。本文研究的结论如下：
（1）面向定制需求来定义邮轮的产品族模块，强调了功能需求和功能模块的映射，有助于功能模块定义的完备性，这对于复杂的大型邮轮来说非常重要；
（2）通过划分邮轮的共性模块和定制化模块，有助于邮轮产品族的完善以及功能配置，从而满足不同地域和文化下的邮轮定制需求；
（3）基于产品族的大型邮轮定制化设计流程是迭代的过程，根据该流程能够高效地实现邮轮的定制创新。
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