船舶標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元設(shè)計(jì)分析

錢 斌，周永輝

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

0 引言

目前，船廠新接船舶訂單明顯回升，但是船舶訂單基本是船型多、批量少，船廠的設(shè)計(jì)部門經(jīng)常面臨多種船型同時(shí)設(shè)計(jì)，且每型船的設(shè)計(jì)周期較短的狀態(tài)。面對(duì)這種非常態(tài)化的設(shè)計(jì)狀態(tài)，如何提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，成為設(shè)計(jì)人員研究的課題。

舾裝設(shè)計(jì)中，模塊化單元設(shè)計(jì)一直都是先進(jìn)船廠研究的重點(diǎn)。經(jīng)過近些年的發(fā)展，模塊化單元的舾裝率越來越高，國內(nèi)先進(jìn)船廠模塊單元化舾裝率已占20%左右。即便如此，與日、韓等國先進(jìn)船廠相比，模塊化單元的設(shè)計(jì)仍有較大的差距。

1 模塊化單元設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及問題

1.1 缺乏模塊化單元設(shè)計(jì)的指導(dǎo)文件

當(dāng)前設(shè)計(jì)模式下，船廠對(duì)模塊化單元的設(shè)計(jì)依據(jù)、劃分原則、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等都沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，缺乏專業(yè)的指導(dǎo)性文件，故經(jīng)常出現(xiàn)單元?jiǎng)澐植缓侠?、單元重量或外形尺寸超出施工范圍、單元無法吊裝，單元設(shè)計(jì)效率低下等情況。

1.2 模塊化單元的布置、原理未能形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

船廠的各船型之間相同的功能性單元無論是原理還是布置都不一樣，沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，沒有進(jìn)行過原理及布置的合理性分析，不但模塊單元的設(shè)計(jì)效率不高，且容易重復(fù)犯錯(cuò)。

以機(jī)艙的中央板冷模塊單元為例，如圖1所示，各型船中央板冷單元的布置各不相同，海水管管束和淡水管的布置、溫控閥及手動(dòng)蝶閥的操作方式都不一致。單元的原理設(shè)計(jì)也不相同，板冷是否帶海水的反沖洗功能、海水反沖洗管路管徑是否和海水管相等都沒有形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。在單元設(shè)計(jì)時(shí)，溫控閥的豎直布置會(huì)在開閉時(shí)經(jīng)?？ㄋ溃y布置不合理也會(huì)導(dǎo)致操作不便，支架布置不合理會(huì)造成單元整體強(qiáng)度不夠。

圖1 不同船型的中央板冷單元

1.3 前道設(shè)計(jì)未考慮后道的模塊化單元設(shè)計(jì)，導(dǎo)致單元舾裝率低

單元?jiǎng)澐忠话愣际怯纱瑥S的工藝工法及舾裝設(shè)計(jì)進(jìn)行劃分，而單元?jiǎng)澐值囊罁?jù)則主要是基于機(jī)艙布置圖?，F(xiàn)機(jī)艙布置圖的設(shè)計(jì)模式僅考慮了設(shè)備布置是否能夠滿足船舶的功能需要，布置圖中也僅僅只有設(shè)備，設(shè)備所連帶的舾裝件都沒有在布置圖中體現(xiàn)，故這樣的設(shè)計(jì)模式對(duì)于設(shè)備布置的合理性及后道單元如何劃分、如何進(jìn)行單元舾裝都沒有精細(xì)的考慮，在這樣設(shè)計(jì)模式下的機(jī)艙設(shè)備布置單元模塊化舾裝率也就不會(huì)太高。如圖2所示，方框中的設(shè)備布置的和上一層的船體結(jié)構(gòu)間隙過近，單元的舾裝一般是在上一層結(jié)構(gòu)吊裝前進(jìn)行的，間隙過近則影響了上層結(jié)構(gòu)的吊裝，從而無法制成單元在總段階段提前舾裝，只能在后道散裝，不但影響單元舾裝率，也增加了后道的舾裝工作量[1]。

圖2 某型船的機(jī)艙布置圖

2 基于現(xiàn)模塊化單元設(shè)計(jì)模式下的改善方案

2.1 模塊化單元的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)編制

模塊化單元設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范首先需要有模塊化單元的設(shè)計(jì)指導(dǎo)文件，這樣設(shè)計(jì)人員才能夠以此作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來進(jìn)行模塊化單元的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

根據(jù)船廠的模塊化單元舾裝施工條件（包含單元預(yù)舾裝場(chǎng)地條件、運(yùn)輸條件、吊裝條件）以及現(xiàn)場(chǎng)單元的施工工藝來確定模塊化單元的分類、模塊化單元的設(shè)計(jì)依據(jù)、模塊化單元的劃分原則，并總結(jié)以往單元設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定模塊化單元的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，形成模塊化單元?jiǎng)澐旨霸O(shè)計(jì)的指導(dǎo)性文件。

2.2 通過主機(jī)機(jī)型劃分及單元的通用化分析確定標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元的范圍

如表1所示，通過匯總船廠各船型的主機(jī)功率及選型，可發(fā)現(xiàn)船舶主機(jī)型號(hào)及功率影響著船舶機(jī)艙配套設(shè)備的各類參數(shù)及選型，進(jìn)而影響船舶管路系統(tǒng)的原理，如高、低溫淡水冷卻系統(tǒng)，海水冷卻系統(tǒng)，主滑油日用系統(tǒng)等。故標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元需按照主機(jī)型號(hào)進(jìn)行分檔，不同的主機(jī)功率對(duì)應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元，這樣才能保證無論何種船型都可應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元。

表1 某船廠現(xiàn)船型及其主機(jī)型號(hào)

通過各船型已設(shè)計(jì)的模塊化單元數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、總結(jié)及對(duì)比，可最終確認(rèn)哪些模塊化單元在船型間具有可通用性，適合設(shè)計(jì)成為標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元。如：中央板冷單元（6G60型、6G7O型、7G80型、11S90型）、主機(jī)缸套水冷卻器單元（6G60型、6G7O型、7G80型、11S90型）、主滑油冷卻器單元（6G60型、6G7O型、7G80型、11S90型）。這些單元幾乎在所有的船型中都設(shè)計(jì)成為了模塊化單元，且船型之間的原理設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、布置方式雖存在個(gè)性化的差異，但是大致相同[2]。

2.3 針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)原理固化和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備選型

將確定可設(shè)計(jì)成為標(biāo)準(zhǔn)模塊化的單元進(jìn)行各船型的原理對(duì)比，去除一切個(gè)性化的因素，充分考慮標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元原理的合理性，確認(rèn)設(shè)備參數(shù)的合理性，最終制定出標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元的設(shè)備選型及原理設(shè)計(jì)，并輸入條件及設(shè)計(jì)依據(jù)[3]。

2.4 將標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元模型輸入標(biāo)準(zhǔn)工程項(xiàng)，制定原理及外形的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)模塊

根據(jù)制定的標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元清單，按照標(biāo)準(zhǔn)模塊化的原理及設(shè)備選型在工程項(xiàng)內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元的三維模型建立。建立完畢后需進(jìn)行管材、管附件的準(zhǔn)確性檢查，管路布置合理性檢查，閥件、設(shè)備維修操作合理性檢查，模塊劃分合理性檢查，經(jīng)專業(yè)評(píng)審后最終確認(rèn)并輸入到數(shù)據(jù)庫中。

將標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元的三維模型按照1:1的比例導(dǎo)出二維的子圖塊，保存于CAD軟件中，成為標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元子圖塊。

將標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元的標(biāo)準(zhǔn)管路原理制成CAD的子圖塊，保存至CAD制圖軟件中。

3 標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元的應(yīng)用

3.1 標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元在前道綜布設(shè)計(jì)的應(yīng)用

在機(jī)艙布置圖設(shè)計(jì)或綜合舾裝布置中，通過導(dǎo)入匹配船型的標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元子圖塊，能夠使得機(jī)艙布置更加合理，綜合舾裝布置圖更具有指導(dǎo)意義，能夠提前排除設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)，在前期就開始考慮模塊化單元的設(shè)置并做優(yōu)化，以提高模塊化單元的舾裝率，如圖3所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元應(yīng)用于機(jī)艙舾裝綜合布置圖

3.2 標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元在管系原理設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元對(duì)應(yīng)的原理子圖塊在船舶管系原理設(shè)繪中可直接拆入引用，可將標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元作為一個(gè)設(shè)備單元的延伸來看，可提供標(biāo)準(zhǔn)的外接口，這樣可以極大地提高原理設(shè)繪的便捷性，提高原理設(shè)繪的質(zhì)量。隨著標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元的范圍不斷加大，原理設(shè)繪將變的越來越便捷，僅需要將標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元根據(jù)需求連接起來即可[4]。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元在三維建模中的應(yīng)用

新船三維模型建立過程中可直接拷貝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中相匹配的標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元三維模型，放置到位后進(jìn)行閥、附件更換等三維模型的微調(diào)整就可以達(dá)到單元模塊模型建立的效果，極大地提高設(shè)計(jì)效率，避免前船模塊化單元設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。如圖4所示，標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元的模型微調(diào)之后，可以成為某型散貨輪單元的模型。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元應(yīng)用于三維建模

4 標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元的優(yōu)化

標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元在實(shí)船應(yīng)用后應(yīng)及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷根據(jù)實(shí)際的使用情況及現(xiàn)場(chǎng)施工的反饋情況來完善標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元的設(shè)計(jì)指導(dǎo)文件，優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元的模型、原理。讓標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元能夠不斷與時(shí)俱進(jìn)，更好地應(yīng)用于船舶設(shè)計(jì)中。

5 結(jié)語

標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元設(shè)計(jì)作為一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段和方法，具有不斷吸收現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。但船舶設(shè)計(jì)中對(duì)此方面的研究還不夠深入，應(yīng)用也不夠廣泛，比如艙室布置標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)模塊化閥組單元設(shè)計(jì)都可以劃入以后的標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元設(shè)計(jì)范圍。標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元設(shè)計(jì)在船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用面廣，不但可以有效提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，更能夠降低現(xiàn)場(chǎng)舾裝難度，提高施工質(zhì)量，保證安全生產(chǎn)，降低成本。