趙建宇，袁 通

(中海工業(yè)(江蘇)有限公司，江蘇 江都 225200)

0 引言

在經(jīng)歷全球金融危機(jī)之后，造船訂單量銳減，如何提高生產(chǎn)效率，控制生產(chǎn)成本，縮短造船周期等問(wèn)題得到了越來(lái)越多船廠的重視。近幾年，在我國(guó)以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向，殼、舾、涂一體化，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理一體化的現(xiàn)代造船模式正逐步形成，而機(jī)艙區(qū)域?qū)嵭袉卧A(yù)裝已成了提高生產(chǎn)效率，推進(jìn)現(xiàn)代化造船模式的重要手段之一。

船舶機(jī)艙區(qū)域通?？臻g較小，設(shè)備布置集中，70%輪機(jī)系統(tǒng)近萬(wàn)米的管子布置于此，同時(shí)各專業(yè)交織在該區(qū)域，是整個(gè)船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)最復(fù)雜、難度最大的地方。在實(shí)際船舶生產(chǎn)過(guò)程中，該區(qū)域也是生產(chǎn)工種最集中、物料最集中、生產(chǎn)周期最長(zhǎng)的區(qū)域，所以對(duì)機(jī)艙區(qū)域生產(chǎn)設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)工藝的要求越來(lái)越高。進(jìn)一步研究機(jī)艙區(qū)域單元的設(shè)計(jì)，有利于提高造船生產(chǎn)效率，降低造船成本，同時(shí)對(duì)優(yōu)化工人作業(yè)條件，節(jié)約生產(chǎn)工時(shí)也有非常重要的意義。隨著數(shù)字化造船理念的提出，TRIBON系統(tǒng)在船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，該軟件系統(tǒng)將船體、舾裝、機(jī)電各專業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)集于一體，根據(jù)在計(jì)算機(jī)中建立數(shù)字模型，對(duì)各專業(yè)進(jìn)行同比例模型建立，實(shí)現(xiàn)了船舶模擬建造及專業(yè)間干涉檢查，為優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)設(shè)計(jì)質(zhì)量提供了基礎(chǔ)。本文對(duì)運(yùn)用TRIBON系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)艙區(qū)域單元生產(chǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，對(duì)單元的設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 單元設(shè)計(jì)的形成和概念

單元的概念是指將船上的管路、設(shè)備、鐵舾件、電裝件等按照不同的區(qū)域、不同的功能進(jìn)行分塊劃分、分塊設(shè)計(jì)，劃分好的每一塊相對(duì)獨(dú)立部分就是單元。作為一種工藝方法，單元設(shè)計(jì)的目的在于通過(guò)改變生產(chǎn)過(guò)程中的條件，運(yùn)用成組技術(shù)，將以往大量在船內(nèi)散裝的管路、設(shè)備、鐵舾件等，提前在地上或廠房里進(jìn)行組裝，形成一個(gè)個(gè)單元。

2 單元的成本組成

引進(jìn)單元的目的是為了降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。單元的建造成本組成分為直接成本和間接成本。直接成本包括:作業(yè)人員工資a·MH，場(chǎng)地使用費(fèi)b·Amax·T，吊車使用費(fèi)c·CL，焊接材料消耗，水、電等能源消耗。其中:MH為生產(chǎn)工時(shí)，A為占用面積，CL為吊車負(fù)荷，T為生產(chǎn)設(shè)計(jì)期限，a為工時(shí)工資系數(shù)，b場(chǎng)地費(fèi)用系數(shù)，c為吊車費(fèi)用系數(shù)，r為作業(yè)人員負(fù)荷，l為吊車負(fù)荷，d為焊材、水電能耗，Cost為單元生產(chǎn)成本。間接成本有管理費(fèi)等。

對(duì)于單元生產(chǎn)成本各因素用下式表示:

由上式可見(jiàn)，單元生產(chǎn)成本與生產(chǎn)工時(shí)、占用面積和吊車負(fù)荷有正比關(guān)系。機(jī)艙整體生產(chǎn)成本與生產(chǎn)工時(shí)、占用面積和吊車負(fù)荷也是正比關(guān)系。單元是指提前在內(nèi)場(chǎng)完成的成組管束或設(shè)備模塊，實(shí)際產(chǎn)生的生產(chǎn)工時(shí)和吊車負(fù)荷都遠(yuǎn)比區(qū)域散裝小得多，所以單元的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)對(duì)于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率有重要的作用。另外，單元應(yīng)用范圍越大，設(shè)計(jì)單元化程度越高，起到的降本增效的作用越大，這也是進(jìn)行機(jī)艙單元設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)。

3 單元的分類

通常將單元基本分2大類:功能性單元和區(qū)域性單元。功能性單元是包含一定的設(shè)備在內(nèi)，具備一定獨(dú)立功能，并圍繞著所包含的設(shè)備進(jìn)行。這類單元設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于機(jī)艙單元的設(shè)計(jì)中，如目前應(yīng)用較廣泛的分油機(jī)單元，通常將分油供給泵、分油機(jī)、加熱器、管路閥組和控制系統(tǒng)集成為具有獨(dú)立功能的分油機(jī)模塊;再如滑油冷卻系統(tǒng)中，將滑油冷卻器和濾器、管路、閥件、底座進(jìn)行組裝設(shè)計(jì)成一體，實(shí)現(xiàn)一定的功能。而在機(jī)艙單元的設(shè)計(jì)過(guò)程中除圍繞設(shè)備設(shè)計(jì)的功能單元外，還有部分按區(qū)域劃分的單元，常見(jiàn)的有機(jī)艙底部主機(jī)周圍花鋼板單元、發(fā)電機(jī)平臺(tái)單元、油艙柜加熱單元、分段反裝單元等。

4 機(jī)艙單元的設(shè)計(jì)流程

關(guān)于機(jī)艙單元的設(shè)計(jì)，目前應(yīng)用較廣泛的方法是設(shè)計(jì)前，根據(jù)設(shè)備布置情況進(jìn)行單元規(guī)劃，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)建模結(jié)束后，再由實(shí)際情況劃分單元。這種做法常常使單元設(shè)計(jì)不能充分考慮合理性，且后期單元修改也需花費(fèi)較多時(shí)間。經(jīng)過(guò)幾條船的生產(chǎn)設(shè)計(jì)實(shí)踐探索和總結(jié)，合理的機(jī)艙單元的生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

4.1 設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備階段

設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備階段主要是要做好圖紙準(zhǔn)備工作。開始設(shè)計(jì)前由輪機(jī)專業(yè)牽頭將以下詳細(xì)設(shè)計(jì)相關(guān)圖紙準(zhǔn)備好:管系原理圖、機(jī)艙布置圖、總布置圖、船體線型圖、肋骨線型圖、船體基本結(jié)構(gòu)圖、相關(guān)區(qū)域布置圖，同時(shí)主干電纜走向圖、通風(fēng)布置圖、機(jī)艙通道布置圖等也需在該階段準(zhǔn)備充分。

4.2 機(jī)艙整體規(guī)劃階段

機(jī)艙整體規(guī)劃階段工作重點(diǎn)是由管裝進(jìn)行機(jī)艙各層管路走向規(guī)劃。在規(guī)劃過(guò)程的同時(shí)核對(duì)設(shè)備外形，此過(guò)程可根據(jù)不同的情況對(duì)需規(guī)劃的管徑進(jìn)行規(guī)定，一般選擇DN50 mm以上進(jìn)行規(guī)劃。在規(guī)劃管路走向時(shí)，需注意設(shè)備布置的合理性，如同一系統(tǒng)設(shè)備布置盡可能近，同時(shí)注意管路走向的層次布置，與其他相關(guān)專業(yè)干涉情況，協(xié)調(diào)確定通道空間、設(shè)備布置、主要管路走向、電纜走向方案。

4.3 單元規(guī)劃階段

單元規(guī)劃階段是在機(jī)艙整體規(guī)劃結(jié)束后，對(duì)機(jī)艙功能單元、區(qū)域單元進(jìn)行規(guī)劃。其主要方法是對(duì)相近設(shè)備，或同系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行單元規(guī)劃。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)應(yīng)用成熟的機(jī)艙單元優(yōu)先考慮，如鍋爐供油單元、主機(jī)滑油冷卻單元、中央冷卻器單元等。一般對(duì)于機(jī)艙功能性單元具體規(guī)劃方法是，將相關(guān)設(shè)備根據(jù)管路走向調(diào)整布置位置，使管路設(shè)計(jì)最短，彎管最少;設(shè)計(jì)閥件布置密集的管路時(shí)應(yīng)進(jìn)行閥組設(shè)計(jì)。如設(shè)計(jì)46000 DWT散貨船的艙底泵組單元時(shí)，考慮到機(jī)艙底層空間狹小，而艙底系統(tǒng)是機(jī)艙底層系統(tǒng)最復(fù)雜的系統(tǒng)之一，泵進(jìn)出口的閥件多，管路復(fù)雜，所以在設(shè)計(jì)時(shí)考慮泵同向布置，使管路布置最短，閥件成組易操作。46000 DWT散貨船的艙底泵組單元圖如圖2所示。

圖2 46000 DWT散貨船的艙底泵組單元圖

主機(jī)兩側(cè)、發(fā)電機(jī)平臺(tái)等采用機(jī)艙區(qū)域性單元規(guī)劃。以機(jī)艙底層主機(jī)兩側(cè)單元為例，在進(jìn)行此類型單元規(guī)劃時(shí)，需清楚所有經(jīng)過(guò)該區(qū)域管路以及管路布置的空間，如標(biāo)出與主機(jī)的維護(hù)空間，標(biāo)出花鋼板與內(nèi)底板相對(duì)位置，將管路間距布置在法蘭距相鄰管子大于30 mm的空間。空間不允許的情況下，考慮布置兩排管路。對(duì)于管路的上下位置關(guān)系，可初步根據(jù)管路的走向?qū)⑼辖拥墓苈凡贾迷谳^高的位置，將往機(jī)艙內(nèi)底走向的管路布置在較低的位置。

4.4 生產(chǎn)設(shè)計(jì)建模階段

生產(chǎn)設(shè)計(jì)建模階段包括設(shè)備單元建模、區(qū)域單元建模和機(jī)艙完整性建模3個(gè)階段。應(yīng)用TRIBON軟件各專業(yè)模塊進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)建模工作。該階段主要是對(duì)單元規(guī)劃的檢查，通過(guò)建模布置，檢查規(guī)劃的正確性、合理性，確定單元的外接口位置。該階段的方法是先進(jìn)行已規(guī)劃單元的放樣、布置，再對(duì)剩余分散管路放樣，完成機(jī)艙管路完整性建模，最后完成本專業(yè)建模完整性的檢查及管路支架布置工作。

4.5 單元協(xié)調(diào)劃分階段

在舾裝、輪機(jī)、電氣專業(yè)均已完成生產(chǎn)設(shè)計(jì)建模工作后，經(jīng)過(guò)專業(yè)間協(xié)調(diào)消除碰撞、干涉等設(shè)計(jì)問(wèn)題，對(duì)照單元規(guī)劃，根據(jù)最終放樣情況，確定單元的數(shù)量和大小。同時(shí)，需要考慮單元制作尺寸滿足生產(chǎn)條件和吊裝條件，對(duì)管路模型、支架模型等進(jìn)行單元化命名。

對(duì)于支架的劃分，即在TRIBON軟件Structure Modelling模塊中將管路支架進(jìn)行優(yōu)化，組成單元組合支架，將管路支架與鐵舾平臺(tái)架子進(jìn)行合并優(yōu)化，盡可能充分利用單元的支架來(lái)固定管子，同時(shí)檢查支架強(qiáng)度，取消多余支架。

4.6 單元模型評(píng)審階段

單元模型評(píng)審階段是指對(duì)已劃分的單元進(jìn)行工藝性、合理性檢查分析。評(píng)審的主要內(nèi)容有單元?jiǎng)澐质欠駶M足生產(chǎn)條件及吊裝條件，是否方便施工和運(yùn)輸。如47500 DWT散貨船機(jī)艙底層船體分段劃分線在花鋼板以上，底層單元的安裝不會(huì)對(duì)分段合攏產(chǎn)生影響;而46000 DWT散貨船機(jī)艙底層船體分段劃分在內(nèi)底板上，若單元提前安裝將對(duì)船體合攏產(chǎn)生影響。

4.7 單元封閉出圖階段

經(jīng)過(guò)最終評(píng)審后，將單元模型在Assembly Planning模塊中進(jìn)行裝配計(jì)劃生成。根據(jù)生產(chǎn)需要提供單元物料托盤表、單元零件制作圖、單元支架制作圖、單元內(nèi)場(chǎng)安裝圖、單元外場(chǎng)安裝圖、單元吊裝圖等生產(chǎn)圖紙。

5 結(jié)語(yǔ)

單元的設(shè)計(jì)雖然增加了生產(chǎn)設(shè)計(jì)的工作量，特別是對(duì)鐵舾專業(yè)要求的提高。但單元圖紙?jiān)O(shè)計(jì)好后，生產(chǎn)和制造時(shí)間大為縮短，提高了生產(chǎn)效率，大大縮短了造船周期。如我廠自57000 DWT散貨船開始，引入單元預(yù)裝的方法后，船臺(tái)周期較以往傳統(tǒng)做法節(jié)省近十天。在日本、韓國(guó)等先進(jìn)造船企業(yè)，單元的設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)廣泛應(yīng)用，技術(shù)也相對(duì)成熟。

而我國(guó)船舶企業(yè)的單元設(shè)計(jì)理念還不夠先進(jìn)，應(yīng)用也不夠普及，這更需要加強(qiáng)對(duì)單元設(shè)計(jì)的研究，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量，推進(jìn)先進(jìn)單元設(shè)計(jì)技術(shù)和制造經(jīng)驗(yàn)在我國(guó)造船行業(yè)的應(yīng)用。

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