優(yōu)化細(xì)化船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)的探討

魏建國

摘要：隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展，某些應(yīng)用軟件在船體三維設(shè)計(jì)的過程中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的作用效果。這些軟件的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)了船體設(shè)計(jì)思路，加快了現(xiàn)代造船業(yè)的更好發(fā)展。船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段的相關(guān)工作開展能否達(dá)到預(yù)期的效果，直接影響著船體各個(gè)構(gòu)件的質(zhì)量可靠性。優(yōu)化船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)，不僅有利于節(jié)約造船企業(yè)的生產(chǎn)成本，也會(huì)提高船體分段構(gòu)造的工作效率，增強(qiáng)船體不同構(gòu)件的安全性能。本文將對(duì)船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段如何優(yōu)化展開深入地探討。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化細(xì)化；船體；生產(chǎn)設(shè)計(jì)；探討

1優(yōu)化細(xì)化船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)的意義

在以前，船體建造是采用零件直接在船臺(tái)上裝配成船的“整體散裝法”。船舶設(shè)計(jì)只提供“造什么樣的船”的圖紙和資料，至于“怎樣造船”以及“如何組織船舶生產(chǎn)”大多依賴工人的技術(shù)和管理人員的指揮，船舶設(shè)計(jì)與制造、船體與舾裝都處于完全分離的狀態(tài)。隨著新工藝和新技術(shù)的不斷應(yīng)用，如何合理組織生產(chǎn)成為提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，就要求把設(shè)計(jì)與生產(chǎn)統(tǒng)一起來——即生產(chǎn)設(shè)計(jì)。船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)的過程可以說是在紙上進(jìn)行“模擬造船”的過程，就把工人在現(xiàn)場施工中需要解決的問題在設(shè)計(jì)階段由技術(shù)人員來解決的一種設(shè)計(jì)。就是從生產(chǎn)設(shè)計(jì)開始入手，對(duì)船體各個(gè)部件的尺寸精度進(jìn)行控制，最大限度的減少其他環(huán)節(jié)的工作量，實(shí)現(xiàn)外場少修割或無修割，達(dá)到快速裝配和搭載，實(shí)現(xiàn)一次定位的目的，從而最大程度的縮短船體的建造周期，降低船舶建造成本。船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)，涉及面廣而且繁雜、細(xì)致，對(duì)設(shè)計(jì)人員要求較高，不但需要具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝知識(shí)，還需要具備一定的現(xiàn)場施工和管理的經(jīng)驗(yàn)。

2船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的相關(guān)內(nèi)容

2.1船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的胎架

為了實(shí)現(xiàn)精度造船的發(fā)展目標(biāo)，滿足分段裝配的實(shí)際要求，需要對(duì)船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的胎架進(jìn)行必要地分析和控制。在分段建造的過程中，很多構(gòu)件的制作都需要利用到胎架。當(dāng)胎架的精度出現(xiàn)細(xì)小的偏差時(shí)，后期的分配過程將會(huì)造成重大的工作失誤，曲面分段的建造無法達(dá)到預(yù)期的效果。因此，為了避免這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，胎架在具體的設(shè)計(jì)過程中，需要保證它尺寸規(guī)格的準(zhǔn)確性，包括線型的光順等。同時(shí)，為了擴(kuò)大活絡(luò)胎架的應(yīng)用范圍，技術(shù)人員應(yīng)該加強(qiáng)這種裝置不同方向之間的連接，避免分段裝配中變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.2船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的余量和補(bǔ)償量

在船舶生產(chǎn)制造的過程中，各種構(gòu)建的質(zhì)量能否達(dá)到設(shè)計(jì)方案的具體要求，直接影響著船舶的使用效果。船體的生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，構(gòu)件尺寸規(guī)格是否達(dá)標(biāo)，阻礙著各項(xiàng)生產(chǎn)流程的順利開展。當(dāng)構(gòu)件的尺寸出現(xiàn)重大的誤差時(shí)，造船企業(yè)的生產(chǎn)成本也會(huì)逐漸地加大。因此，技術(shù)人員在船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該在系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)設(shè)置一定的補(bǔ)償量。這種補(bǔ)償量可以有效地替代余量，保證構(gòu)件尺寸的規(guī)格，提高分段建造的生產(chǎn)效率。同時(shí)，采取這樣的措施也避免了構(gòu)件生產(chǎn)加工中變形情況的出現(xiàn)，縮短了船塢周期。

3詳細(xì)設(shè)計(jì)階段

3.1傳統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)過程

傳統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程為通過參照初步設(shè)計(jì)的船室布置圖，進(jìn)行基木結(jié)構(gòu)建模，然后對(duì)模型進(jìn)行強(qiáng)度校核，各種應(yīng)力分析，繪制二維典型橫剖面圖，以及各種送審圖。圖紙與模型間還是不存在聯(lián)系，修改比較繁瑣，需要分別獨(dú)立修改。并且?guī)缀跖c初步設(shè)計(jì)脫節(jié)，假設(shè)初步設(shè)計(jì)有問題，只有重新從初步設(shè)計(jì)再做一遍，結(jié)構(gòu)分析模型也要重新建立，圖紙也要手工對(duì)應(yīng)修改。在進(jìn)行應(yīng)力分析的時(shí)候，需要全新建模，但這個(gè)模型僅能應(yīng)用于強(qiáng)度校核，其他環(huán)節(jié)不能使用，這更是一種資源浪費(fèi)。對(duì)于從初步設(shè)計(jì)繼承來的東西，只有一個(gè)大框的概念，沒有細(xì)節(jié)，所有設(shè)計(jì)都要從新做起。對(duì)于船體詳細(xì)設(shè)計(jì)要輸出布置圖，各種節(jié)點(diǎn)詳圖，舾裝專業(yè)的詳細(xì)設(shè)計(jì)只能出一些原理圖，離真正的可行性設(shè)計(jì)相去甚遠(yuǎn)。在傳統(tǒng)概念中，詳細(xì)設(shè)計(jì)還是以輸出二維圖紙為主，供牛.產(chǎn)設(shè)計(jì)建模使用，沒有想到如何將詳細(xì)設(shè)計(jì)真正于生產(chǎn)設(shè)計(jì)做一個(gè)整合。船體專業(yè)與舾裝專業(yè)在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，幾乎是兩個(gè)不相關(guān)的過程，沒有任何參考關(guān)系，相對(duì)獨(dú)立的做自己的設(shè)計(jì)，這樣極易在后續(xù)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中埋下隱患。經(jīng)常會(huì)發(fā)生詳細(xì)設(shè)計(jì)中的舾裝系統(tǒng)沒有考慮到船體結(jié)構(gòu)，造成很多難以處理的問題，待問題出現(xiàn)后，又只能返回詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，設(shè)計(jì)人員不堪其擾。

3.2AVEVAMarine詳細(xì)設(shè)計(jì)過程

AVEVAMarine的詳細(xì)設(shè)計(jì)繼續(xù)使用初步設(shè)計(jì)的分船模型，建立RSO參考面，創(chuàng)建功能板架，通過剖視可以直接得到典型橫剖面圖以及各種送審圖。不論要進(jìn)行怎樣的調(diào)整，都可以直接修改三維模型，二維的圖紙自動(dòng)與之匹配，也可以在二維圖紙中激活模型進(jìn)行修改，三維模型也會(huì)與之對(duì)應(yīng)修改，也就是二維圖紙與三維模型之間存在關(guān)聯(lián)性。對(duì)于強(qiáng)度校核，AVEVAMarine中提供有限元分析接口FEM，直接將功能板架轉(zhuǎn)化為添加網(wǎng)格的可分析板架，輸出到ANSYS或者是Partan中，進(jìn)行有限元分析，不再需要重新建立強(qiáng)度校核模型，節(jié)省時(shí)間，數(shù)據(jù)統(tǒng)一，準(zhǔn)確。還可以進(jìn)行船體幾何形狀計(jì)算（包括靜水力、穩(wěn)性交叉曲線計(jì)算等），水動(dòng)力計(jì)算（快速性、操縱性、耐波性），裝載工況和總縱強(qiáng)度計(jì)算（可進(jìn)行交互式裝載），船容計(jì)算，破船穩(wěn)性計(jì)算，谷物穩(wěn)性計(jì)算（許用重心高、許用谷物移動(dòng)力矩），法規(guī)計(jì)算（噸位計(jì)算、干舷計(jì)算），裝卸貨物次序表，船臺(tái)下水計(jì)算，傾斜試驗(yàn)報(bào)告，舾裝數(shù)計(jì)算等，并可以輸出阻力數(shù)據(jù)，航速功能數(shù)據(jù)，螺旋槳敞水特征曲線，航速功率曲線（急停，回轉(zhuǎn)，Z型操縱，短期規(guī)則波響應(yīng)，動(dòng)力定位）。這諸多計(jì)算不再需要通過不同計(jì)算軟件完成，極大減輕詳細(xì)設(shè)計(jì)人員的工作量，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也得到的保障。

4生產(chǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)階段

4.1傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程

傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)，根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)的基木結(jié)構(gòu)圖，重新建立生產(chǎn)設(shè)計(jì)所需的模型，再進(jìn)行設(shè)計(jì)出圖。無形中就造成了浪費(fèi)，詳細(xì)設(shè)計(jì)的模型完全不能使用，僅作為參考而存在。生產(chǎn)設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)的詳細(xì)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，只能反饋回詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，由詳細(xì)設(shè)計(jì)部門修改后，再次送審，待退審意見到達(dá)后，才會(huì)再次下發(fā)圖紙，流程繁瑣，完全沒有時(shí)效性，是船廠設(shè)計(jì)周期所不能接受的。

4.2AVEVAMarine生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程

AVEVAMarine的生產(chǎn)設(shè)計(jì)繼續(xù)使用詳細(xì)設(shè)計(jì)的三維模型數(shù)據(jù)，直接按照分段劃分，將其拆分為生產(chǎn)所需的分段，然后對(duì)模型添加各種生產(chǎn)信息并進(jìn)行設(shè)計(jì)出圖。如果詳細(xì)設(shè)計(jì)有問題，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，可以直接對(duì)模型進(jìn)行修改，然后將模型信息反饋回詳細(xì)設(shè)計(jì)人員，讓其確認(rèn)，無誤后對(duì)詳細(xì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行刷新即可。二維的生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙同樣和三維模型之間具有關(guān)聯(lián)性。在船體結(jié)構(gòu)建立之后，可以提早為舾裝專業(yè)建模提供準(zhǔn)確的背景參考。生產(chǎn)現(xiàn)場的船體和舾裝構(gòu)件間的碰撞問題是修改量最大，制約建造周期最大的不利因素，舾裝專業(yè)在建模時(shí)可以通過實(shí)時(shí)檢查，確保舾裝件與船體構(gòu)件之間沒有碰撞，再生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段便把問題消滅在萌芽中。AVEVAMarine在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，最重要的步驟便是裝配計(jì)劃的編制，確定組立裝配順序，用以指導(dǎo)生產(chǎn)。

結(jié)語

船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化，需要對(duì)從多個(gè)方面進(jìn)行綜合地考慮。由于船體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，不同構(gòu)件的生產(chǎn)制造對(duì)于技術(shù)的要求非常高，不但影響著造成企業(yè)的成本開支，也會(huì)降低企業(yè)的生產(chǎn)效率。因此，采取有效的措施優(yōu)化船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)，將會(huì)逐漸地改變這種不利的發(fā)展現(xiàn)狀，增強(qiáng)造船企業(yè)的綜合競爭力。文中通過對(duì)船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段相關(guān)內(nèi)容的從闡述，客觀地體現(xiàn)了做好優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的重要性。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司）