船舶電氣精益設(shè)計

徐國軍，董良志

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

由美國次貸危機所引發(fā)的經(jīng)濟危機給世界經(jīng)濟帶來了嚴重影響，造成了全球航運需求下降，船舶企業(yè)也深受其影響，新船訂單減少，船廠間競爭愈加激烈;船東要求越來越高，船廠交船更加困難。面對這種嚴峻局面，船舶企業(yè)若要成功應(yīng)對，唯有苦練內(nèi)功，提升自身競爭力，首先要建立一支強大的研發(fā)和設(shè)計團隊，開發(fā)節(jié)能環(huán)保、質(zhì)量可靠、性能優(yōu)良受船東歡迎的產(chǎn)品;其次要具有嚴密的產(chǎn)品成本控制體系，降低船舶建造成本;第三，具有一套嚴格的產(chǎn)品質(zhì)量保證體系，保證船舶建造質(zhì)量，只有做到以上3點企業(yè)才能在激烈市場競爭中處于不敗之地。要使船舶制造達到低成本高質(zhì)量的目標，需要重視船舶精益設(shè)計，通過設(shè)計手段保證船舶建造質(zhì)量，縮短船舶周期，降低船舶建造成本。

船舶電氣系統(tǒng)服務(wù)于船舶的正常安全航行，是現(xiàn)代船舶不可缺少的重要組成部分，它包含了船舶電力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通訊導航系統(tǒng)、控制和監(jiān)測報警系統(tǒng)。船舶電氣設(shè)計內(nèi)容較多，設(shè)備接口繁瑣，在設(shè)計過程中有很多細節(jié)問題需要注意，所以精益設(shè)計在船舶電氣設(shè)計中具有較大的實際意義。

1 船舶電氣精益設(shè)計的內(nèi)涵

在設(shè)計階段從設(shè)備選型到出圖整個設(shè)計過程，每個環(huán)節(jié)都要做到精益設(shè)計，如選用質(zhì)量可靠、性能滿足規(guī)格書要求的設(shè)備;按照船級社要求精心配置系統(tǒng);同其他專業(yè)精心協(xié)調(diào)、精心布置設(shè)備;精心出施工圖，使圖紙能全面完整、詳細正確地反映采購、領(lǐng)料和施工信息，讓施工人員能夠方便快捷地完成領(lǐng)料、設(shè)備安裝、設(shè)備接線、設(shè)備調(diào)試和設(shè)備提交工作。目標是以最低的設(shè)備和材料采購成本，以最低的人力成本和最少的材料和能源消耗成本建造出質(zhì)量可靠、性能優(yōu)良的船舶，以獲取最大的利潤。電氣系統(tǒng)的精益設(shè)計過程涵蓋了設(shè)備訂貨、設(shè)備間接口協(xié)調(diào)、系統(tǒng)設(shè)計、電氣專業(yè)與輪機及其他專業(yè)間協(xié)調(diào)、電氣設(shè)備布置、電氣設(shè)備外接線圖出圖的整個過程。

2 船舶電氣系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)備的選型和采購

1)根據(jù)建造規(guī)格書和規(guī)范的要求編寫設(shè)備定購的技術(shù)要求，設(shè)備的功能不要有冗余，設(shè)備的性能和規(guī)格不高于建造規(guī)格書的要求，以控制設(shè)備采購成本。

2)技術(shù)協(xié)議簽署，根據(jù)建造規(guī)格書對設(shè)備的功能、容量、材料和設(shè)備的工作環(huán)境條件要求等進行核對，對設(shè)備的電制、電壓、頻率、功率、輸入控制信號接口及輸出運行和報警接口等要在技術(shù)協(xié)議里全部反映出來，避免遺漏，以免后期產(chǎn)生額外加帳費用。

3)設(shè)備認可圖退審，根據(jù)建造規(guī)格書和技術(shù)協(xié)議對設(shè)備的材料、油漆顏色、防護等級、安裝形式、外形尺寸、電制、電壓、頻率、功率、輸入控制信號接口及輸出運行和報警接口等逐一進行核對，把設(shè)備退審意見和設(shè)備廠家配填料函所需要的電纜外徑數(shù)據(jù)一同反饋給設(shè)備廠家，并做好留底備份，以便后期與廠家進行核對。

2.2 精心選用電纜，降低電纜的采購成本

1)根據(jù)電纜敷設(shè)區(qū)域合理選擇電纜類型，如敷設(shè)在上建區(qū)域的照明系統(tǒng)電纜 (兩端都在上建區(qū)域)可選用不帶鎧裝二芯+接地類型，這樣既滿足該區(qū)域?qū)Ψ笤O(shè)電纜的要求，降低了電纜采購成本，又省掉了鎧裝電纜的保護接地，同時又能保證照明設(shè)備能安全接地。又比如有些電氣設(shè)計過多的選用防火電纜，按照規(guī)范要求只有穿越高失火區(qū)域的電纜才需要選用防火電纜。

2)多根芯數(shù)少的電纜用1根多芯電纜代替，節(jié)約電纜成本。例如，原來5根2芯電纜從船首的水手長儲藏室到在上建的監(jiān)測報警系統(tǒng)信號采集箱，改成5根2芯電纜先進安裝在水手長儲藏室內(nèi)的接線箱，再用1根10芯電纜從接線箱連接到信號采集箱。

3)改善電纜安裝方式，提升電纜載流系數(shù)。電纜成束敷設(shè)，電纜的載流系數(shù)為0.85，通過改善電纜敷設(shè)的散熱條件，將電纜成束敷設(shè)，改為單根平鋪敷設(shè)，那么電纜載流系數(shù)就可上升為1。例如，從發(fā)電機到主配電板的電纜，1臺1300kW的發(fā)電機載流系數(shù)如果按0.85計算需要11根3×120的電纜，因為發(fā)電機到主配電板的電纜為單根平鋪，所以載流系數(shù)可按1進行計算，實際只需要10根3×120的電纜。

2.3 設(shè)備與設(shè)備之間和系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的接口匹配

1艘現(xiàn)代民用船舶由幾十個系統(tǒng)和上百種設(shè)備組成，要使這些設(shè)備和系統(tǒng)能相互協(xié)調(diào)正常工作，發(fā)揮正常功能，就需要解決好設(shè)備之間的信號接口問題，這也就是精益設(shè)計核心內(nèi)容。在設(shè)計階段能否解決好設(shè)備與設(shè)備間和系統(tǒng)與系統(tǒng)間的接口匹配，對船舶的建造周期影響很大，尤其是對首制船，如果這個問題不能在設(shè)計階段解決好，把它放在船舶設(shè)備調(diào)試階段等設(shè)備廠家服務(wù)工程師來解決，那么接口問題可以解決但調(diào)試進度就無法控制，比如，1艘船在調(diào)試舵機系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)自動操舵儀與舵機不匹配，自動操舵儀廠家送給舵機卸荷電磁閥的電壓為交流220 V，而舵機廠家配的卸荷電磁閥的工作電壓為交流110 V，結(jié)果只能把舵機的卸荷閥換掉，重新購買1只工作電壓為交流220 V的卸荷閥，最終問題得到解決，但花費了時間又浪費了錢。

又比如，設(shè)備調(diào)試時設(shè)備缺某個信號輸入，需要增加電纜，這樣既費人工和材料，還需要花費時間，增加造船周期，如果在設(shè)計階段就解決好這個接口問題就不會產(chǎn)生這種情況。所以設(shè)備間和系統(tǒng)間的接口問題放在調(diào)試階段解決，由于1艘首制船存在多少個接口問題不知道，解決這些接口問題要花多少時間不知道，勢必造成船舶建造周期無法控制。

像造船大國韓國和日本有些船廠1年要造五六十艘船，為什么他們的造船計劃能安排如此緊湊，其中有2個原因:①韓、日船廠建造一種船型的設(shè)備配置相對固定，一般不會接受船東更改設(shè)備的要求。②韓、日兩國的造船工業(yè)非常發(fā)達，船舶的設(shè)備配套能力很強，船廠采用國產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備間的接口問題都已由設(shè)備廠家間協(xié)調(diào)解決好，對船廠來講在設(shè)計階段設(shè)備間的接口問題已經(jīng)全部解決了，只要把詳細信息反映在圖紙里面，施工人員按圖施工，就能保證每個設(shè)備正常工作，所以船廠造船周期控制得很好，韓、日兩國的船舶建造模式已經(jīng)朝著汽車流水線生產(chǎn)模式方向發(fā)展。

相比韓國和日本，國內(nèi)建造的同一種船型由于不同的船東，設(shè)備配置就有可能不同，我國的船舶設(shè)備配套能力較弱，船上大部分設(shè)備還需要從國外進口，其中有來自歐洲的，有來自日本和韓國的。要保證來自不同國家的設(shè)備組成的各個系統(tǒng)能正常運行，就要求船廠做好精益設(shè)計，解決好設(shè)備間信號接口問題。仔細核對每個設(shè)備同其他設(shè)備間的輸入、輸出信號是否有遺漏，輸入、輸出信號類型(模擬量或開關(guān)量)是否匹配，如發(fā)現(xiàn)有問題，要及時通知設(shè)備廠家作修改，在施工圖紙圖下發(fā)前解決好所有接口問題，確保這些設(shè)備安裝工作完成后能正常工作，從而保證造船周期。

3 電氣設(shè)計出圖

電氣系統(tǒng)設(shè)計完成后，需要通過圖紙把船上各個電氣系統(tǒng)的信息全面詳細地反映出來，滿足電氣生產(chǎn)設(shè)計需要;滿足物資部門設(shè)備采購和倉庫發(fā)貨需要;滿足生產(chǎn)管理部門生產(chǎn)計劃制定和生產(chǎn)工時計算的需要;滿足品質(zhì)保障部門作為系統(tǒng)完整性和設(shè)備功能檢驗依據(jù)的需要;滿足電氣施工人員準備設(shè)備托盤和進行施工的需要;滿足電氣調(diào)試人員作為調(diào)試參考的需要，還要滿足船東、船檢審圖的需要。電氣圖紙所反映的信息應(yīng)正確、清晰、全面，這些信息需要通過電氣系統(tǒng)圖 (電力系統(tǒng)圖、照明系統(tǒng)圖、通導系統(tǒng)圖、自動化系統(tǒng)和消防安全系統(tǒng))、電氣設(shè)備布置圖和電氣設(shè)備外部接線圖來反映。

3.1 電氣系統(tǒng)圖繪制

電氣系統(tǒng)圖主要反映系統(tǒng)里的電氣設(shè)備和連接電纜，為了確保生產(chǎn)設(shè)計能正確編制電纜冊和統(tǒng)計電纜長度，必須做到:①每根電纜的編號和每個設(shè)備的編號是唯一的。②同1根電纜在相關(guān)的系統(tǒng)圖里以實線形式表示只能出現(xiàn)1次，其余只能以虛線出現(xiàn)，避免編制電纜冊時重復統(tǒng)計。③由設(shè)備廠家提供船廠敷設(shè)的電纜和設(shè)備廠已接好的電纜要有明顯的標志。④應(yīng)標明系統(tǒng)所選用的電纜型號，并附上電纜的載流量表，以便系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備功率變更后，重新確定電纜規(guī)格。⑤系統(tǒng)的電纜編號應(yīng)為系統(tǒng)序號+系統(tǒng)圖頁碼+該頁的電纜序號，以確保電纜編號唯一性。⑥系統(tǒng)圖中的每個設(shè)備都標明甲板、肋骨號和左右舷。在系統(tǒng)圖下發(fā)之前應(yīng)把船檢、船東意見和生產(chǎn)設(shè)計反饋的意見全部反映在圖紙里。

3.2 材料表的編制

系統(tǒng)圖材料表應(yīng)列全系統(tǒng)里設(shè)備，標明設(shè)備名稱、規(guī)格、型號、數(shù)量和供應(yīng)商，以設(shè)備圖形+電纜編號表示該設(shè)備，確保設(shè)備的唯一性，避免重復統(tǒng)計。

3.3 電氣設(shè)備布置圖繪制

1)機帶電氣設(shè)備 (如泵帶的電動機、貨艙里的液位開關(guān)、遙控閥和錨絞機等甲板機械上的電動機)的布置，這些設(shè)備布置時要與輪機專業(yè)和舾裝專業(yè) (錨絞機等甲板機械上的電動機)進行協(xié)調(diào)，按照輪機專業(yè)和舾裝專業(yè)的布置圖進行布置，并進行跟蹤，一旦這2個專業(yè)的布置圖有變化要及時修改電氣設(shè)備布置圖。

2)電氣控制箱和啟動箱的布置，運用人體工程學原理，進行人性化設(shè)計，設(shè)備布置要使船員平時操作和維修保養(yǎng)方便，還要考慮設(shè)備通風和避潮、避震和避開熱源，保證電氣設(shè)備能在良好的環(huán)境下正常運行。

3)設(shè)備在布置圖里以設(shè)備圖形符號+進設(shè)備的電纜編號表示，方便查找。

3.4 電氣設(shè)備外部接線圖繪制

電氣設(shè)備外部接線圖是反映全船每個電氣設(shè)備的外接線端子同相對應(yīng)電纜芯線的連接，電纜在電氣系統(tǒng)中承擔輸送電能和傳遞控制信息，為了保證施工人員能正確接好每個電氣設(shè)備外接線，使全船的電氣設(shè)備能相互協(xié)調(diào)正常運行，發(fā)揮應(yīng)有的功能，所以電氣設(shè)備外部接線圖應(yīng)該正確反映全船每根電纜兩端每根芯線所連接設(shè)備的端子。電氣設(shè)備外接線圖是以設(shè)備工作為依據(jù)設(shè)繪的，在圖紙下發(fā)前應(yīng)根據(jù)設(shè)備完工圖校對1遍，以確保下發(fā)的圖紙絕對正確。

4 結(jié)束語

1)做好電氣精益設(shè)計需要設(shè)計人員熟悉各種電氣設(shè)備原理，平時要加強對設(shè)計人員的培訓，提高設(shè)計人員的技術(shù)水平。

2)設(shè)計人員要定期對不同的電氣設(shè)備使用情況進行交流，對好的經(jīng)驗進行積累，讓大家共享，共同提高，不斷提升設(shè)計質(zhì)量。

3)同國內(nèi)船舶設(shè)備供應(yīng)商建立長期的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，優(yōu)先選用國產(chǎn)船用設(shè)備，促進國內(nèi)船用設(shè)備行業(yè)發(fā)展和船用設(shè)備質(zhì)量的提高，增強國內(nèi)船舶設(shè)備配套能力，提高船用設(shè)備國產(chǎn)化率，降低造船成本。

4)應(yīng)用電氣輔助設(shè)計軟件，提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。