生產(chǎn)導(dǎo)向的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用分析

毛棟亮

摘要：在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，三維設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的方向。從專業(yè)的角度看，船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與船舶安全密切相關(guān)，是質(zhì)量要求方面的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在造船領(lǐng)域，隨著船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，造船質(zhì)量得到了顯著提高，生產(chǎn)效率得到了提高，對(duì)整個(gè)造船業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。在此基礎(chǔ)上，介紹了面向生產(chǎn)設(shè)計(jì)的概念，對(duì)船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和探討，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)導(dǎo)向；船體；設(shè)計(jì)

1介紹生產(chǎn)導(dǎo)向設(shè)計(jì)的概念

生產(chǎn)導(dǎo)向設(shè)計(jì)的主旨為在節(jié)約的前提下，通過提高生產(chǎn)效率，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低。

2采用先進(jìn)的模塊化建造模式優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，造船業(yè)采用了數(shù)字化造船技術(shù)。同時(shí)，船舶設(shè)計(jì)、建造和管理的數(shù)字化水平已成為提高其核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。數(shù)字模塊化造船技術(shù)可以進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，同時(shí)大大提高生產(chǎn)效率，從而加快造船業(yè)的發(fā)展，模塊化造船技術(shù)在未來將有更廣泛的應(yīng)用。

船舶模塊化的含義是將船舶分段或分段分解成多個(gè)獨(dú)立的建筑單元，并將這些分解后的獨(dú)立模塊系統(tǒng)地與其他單元一起構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)過程技術(shù)日志。通過模塊化設(shè)計(jì)，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，節(jié)約了船舶建造成本。船舶模塊化設(shè)計(jì)的具體過程與積木的設(shè)計(jì)過程非常相似。它需要結(jié)合不同的需求和要求來完成裝配。目前，主要有以下幾種模塊化造船模式：1）結(jié)構(gòu)模塊化的造船模式：在船舶設(shè)計(jì)中，融合各類自成體系，同時(shí)又能進(jìn)行相互銜接的模式，基于先期測(cè)試和組裝，是船殼結(jié)構(gòu)集成化，從而能縮短制造時(shí)間和并減少費(fèi)用開支。2）功能模塊化的造船模式：進(jìn)行設(shè)計(jì)前，按艦艇的不同功能，對(duì)他們進(jìn)行分類劃分，形成具有各種功能的模塊，進(jìn)行同一部位的建造過程中，應(yīng)結(jié)合各種需要，來建造具有各種功能、尺度相同的各類的模塊。3）任務(wù)模塊化的造船模式：基于船舶設(shè)計(jì)，并對(duì)各種任務(wù)，采用相關(guān)配置，具體體現(xiàn)為，在建造不同模塊的后期，實(shí)施填充或事后的模塊改進(jìn)，比如典型的Stanflex造船技術(shù)。4）技術(shù)模塊化的造船模式：將子系統(tǒng)在適合開放結(jié)構(gòu)的部件中，進(jìn)行合理的配置，從而有利于新技術(shù)的開發(fā)及后期的維護(hù)開展。在進(jìn)行船舶的實(shí)際建造過程中，常常不會(huì)僅僅只選擇一種模塊化造船模式，通常都會(huì)結(jié)合幾種模塊化造船模式，該種方法在造船行業(yè)和使用人員中，已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可。

3生產(chǎn)導(dǎo)向的設(shè)計(jì)在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1船體結(jié)構(gòu)分 段的劃分

（1）舯剖面設(shè)計(jì)的分段劃分考慮。船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常在生產(chǎn)設(shè)計(jì)開始前才考慮分段劃分。生產(chǎn)導(dǎo)向的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則在第一份舯制面結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)開始時(shí)就要考慮到分段的劃分，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況做縝密的考慮。50500DWT化學(xué)品/成品油船的設(shè)計(jì)較以往設(shè)計(jì)的29000DWT化學(xué)品/威品油船和51800DWT冰級(jí)IA化學(xué)品/成品油船更注重在基本設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段就結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況考慮分段劃分。因此在設(shè)計(jì)中就根據(jù)分段重量、分段尺寸、分段結(jié)構(gòu)剛性、吊車的能力和場(chǎng)地限制等基本因素不斷調(diào)整板寬和板厚的區(qū)域設(shè)置來達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)。另外詳細(xì)設(shè)計(jì)中咨詢放樣人員對(duì)結(jié)構(gòu)排板的建議，反饋到詳細(xì)設(shè)計(jì)送審的圖紙中，這種方式對(duì)提高鋼材利用率很有好處，這樣的設(shè)計(jì)方式只有本公司自已承擔(dān)船體結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)才能做到。

（2）舭部?jī)?nèi)側(cè)板大接縫考慮。50 500DWT化學(xué)品/成品油船的底部分段和舭部分段的分段劃分在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段就考慮大接縫的連接和布置，以前是將邊縱桁帶在底部分段上，現(xiàn)在新的分段劃分將邊縱桁帶在舭部分段上。以往在內(nèi)殼斜板、內(nèi)底板、邊縱桁的連接處采用在大合攏時(shí)增加補(bǔ)板的形式，而在50500 DWT化學(xué)品/成品油船上設(shè)計(jì)成開切口的形式，這樣大合攏時(shí)可以直接焊接，減少了工作量。下平臺(tái)與內(nèi)殼及內(nèi)殼斜板的連接，50 500 DWT化學(xué)品/成品油船設(shè)計(jì)時(shí)船檢要求設(shè)計(jì)成下平臺(tái)伸出與內(nèi)殼進(jìn)行角焊縫的連接，以往的船都是設(shè)計(jì)成內(nèi)殼連續(xù)的形式，同施工部門商量還是采用內(nèi)殼連續(xù)的形式，寧愿增加肘板作適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)。這種設(shè)計(jì)方式能減少一條縱向的深溶焊，另外也能減少貨油艙特涂時(shí)對(duì)焊縫的打磨工作量，還有就是減少了現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)對(duì)接校準(zhǔn)I作量，因此綜合效益比較明顯。

（3）縱橫壁墩相交處十字板的處理?？v橫壁墩相交處的十字板，以往設(shè)計(jì)是將其作為大合攏嵌人板考慮。這樣大合攏時(shí)的工作量和施工環(huán)境都非常差。50 500 DWT化學(xué)品/成品油船設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算結(jié)果在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段就考慮板寬和板縫的位置，盡量保證該十字板板寬最少，同時(shí)又能在中合攏階段就完成十字板的裝配工作，并最終達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

（4）機(jī)艙底部桁材結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)。

50 500 DWT化學(xué)品/成品油船機(jī)艙底部分段的劃分在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，施工部門根據(jù)初步的分段劃分圖提出部分狹窄位置的開孔桁材不利于現(xiàn)場(chǎng)施工，希望改進(jìn)，由于在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段提出，就可以根據(jù)實(shí)際的情況修改原來的開孔板結(jié)構(gòu)形式，重新設(shè)計(jì)成型材加肘板的形式以滿足施工的要求。

（5）分段結(jié)構(gòu)剛性和臨時(shí)加強(qiáng)考慮。

50 500 DWT化學(xué)品/成品油船在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段提前綜合考慮了分段的剛性和臨時(shí)加強(qiáng)的問題，采用對(duì)分段重量增加不是很多但對(duì)提高分段的剛性作用很大的結(jié)構(gòu)形式。

3.2綜合性的生產(chǎn) 導(dǎo)向設(shè)計(jì)運(yùn)用

（1）貫穿孔補(bǔ)板設(shè)計(jì)。船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的補(bǔ)板單塊重量雖然很小，但整條船補(bǔ)板的數(shù)量很多，施工的工作量很大，因此對(duì)補(bǔ)板的設(shè)計(jì)也需給予關(guān)注。50 500 DWT化學(xué)品/成品油船詳細(xì)設(shè)計(jì)階段就考慮補(bǔ)板是否需要增加或者采用替代的結(jié)構(gòu)形式來減少補(bǔ)板的數(shù)量。

（2）通焊孔設(shè)計(jì)。盡可能將通焊孔設(shè)計(jì)為切角的形式或者采用不帶通焊孔形式的貫穿孔也是應(yīng)對(duì)PSPC的- -種有效措施，這樣可以提高涂層達(dá)標(biāo)的要求，同時(shí)這種設(shè)計(jì)也能減少現(xiàn)場(chǎng)施工包角焊的工作量。

（3）扶強(qiáng)材端部形式考慮。扶強(qiáng)材端部不與其他構(gòu)件產(chǎn)生聯(lián)系，能夠極大減少構(gòu)件對(duì)接的工作量和減少電焊的工作量，方便現(xiàn)場(chǎng)的施工。船體結(jié)構(gòu)開孔的加強(qiáng)和船體結(jié)構(gòu)板的屈曲加強(qiáng)等，盡量采用扁鐵兩端削斜的形式。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段要有這種方便現(xiàn)場(chǎng)施工的意識(shí)。

（4）肘板標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)-化的設(shè)計(jì)。肘板的作用是增加構(gòu)件端部的剛性并起到連接作用，此外肘板也能增加兩個(gè)構(gòu)件結(jié)合部強(qiáng)度并且可納人所附構(gòu)件有效跨距的計(jì)算。一條船肘板的數(shù)量也是非常多，因此怎樣合理使用和設(shè)計(jì)肘板非常重要。50500DWT化學(xué)品/成品油船是要滿足其同規(guī)范的船舶。共同規(guī)范對(duì)肘板的要求比以前更加高，除了以往的板厚和自由邊加強(qiáng)及尺寸的要求外，對(duì)肘板的屈曲強(qiáng)度提出了更高的要求。50 500DWT化學(xué)品/成品油船的設(shè)計(jì)中，根據(jù)計(jì)算公式，采用適當(dāng)增加肘板的厚度來代替肘板增加面板和自由邊扶強(qiáng)，這種設(shè)計(jì)節(jié)約了制作時(shí)間和簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；肘板的自由邊最好設(shè)計(jì)成弧形，這種設(shè)計(jì)可以適當(dāng)調(diào)整肘板圓弧的半徑大小來滿足肘板的強(qiáng)度要求，另外可以起到減少結(jié)構(gòu)重量的目的。

結(jié)語

生產(chǎn)導(dǎo)向的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很切實(shí)地結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)建造慣例和工藝要求，相對(duì)來說只有本公司自已承擔(dān)詳細(xì)設(shè)計(jì)的船舶更有條件在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段去考慮這些問題，這與我們?cè)谏a(chǎn)設(shè)計(jì)階段考慮的問題是不同的。生產(chǎn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是提高設(shè)計(jì)圖紙的現(xiàn)場(chǎng)完整性，努力將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)計(jì)修改降低到最低水平，減少現(xiàn)場(chǎng)的損失。因此我們應(yīng)該有不斷改進(jìn)和不斷提高設(shè)計(jì)水平的意識(shí)來減少材料費(fèi)和人工費(fèi)用，以提高造船綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

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）