吳璇璇

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

管系放樣即為船舶管系生產(chǎn)設(shè)計，從現(xiàn)代造船業(yè)的船舶生產(chǎn)總流程的角度來看，管系放樣生產(chǎn)質(zhì)量的高低決定船舶建造的質(zhì)量，同時也是衡量建造時長的決定性因素。船舶生產(chǎn)廠商，作為以盈利為目的的經(jīng)營方，按照與船東簽約的訂單時效，如果能夠在船舶生產(chǎn)設(shè)計過程中有效縮短生產(chǎn)時長，就能夠有效協(xié)調(diào)造船生產(chǎn)計劃，相應(yīng)縮短船舶生產(chǎn)周期，從而增加船廠的經(jīng)濟(jì)效益。而傳統(tǒng)的“樣棒彎管法”由于其方式的機(jī)械性、效率的滯后性、更改制造的復(fù)雜性等缺點(diǎn)，除了在船體合攏階段現(xiàn)場放樣外，已經(jīng)大體上被計算機(jī)放樣所取代。文中提到的SB3DS放樣軟件就是這樣一款專門用于船舶放樣生產(chǎn)的集成性軟件系統(tǒng)工具[1]。

1 船舶管系計算機(jī)放樣

計算機(jī)放樣的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的：放樣過程精確，數(shù)據(jù)自動存儲、自上而下整體傳遞，設(shè)備模型可以直接調(diào)用，雖然前期設(shè)計周期較長，但加工預(yù)制過程短，現(xiàn)場工作量大大減少。且具備數(shù)據(jù)庫的優(yōu)越性在于不同的廠家和企業(yè)可以直接調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件庫內(nèi)數(shù)據(jù)，一旦有企業(yè)使用新型連接件，可以更改升級數(shù)據(jù)庫[2]。同時，計算機(jī)放樣軟件內(nèi)一般配備全套的實(shí)體庫模型，設(shè)計過程中的設(shè)備布置變得簡易且直觀，明顯降低了有關(guān)設(shè)備領(lǐng)域的圖形處理工作量，并且能夠直接打印小票圖。

常用的船舶生產(chǎn)設(shè)計軟件包括：航空航天企業(yè)廣泛應(yīng)用的CAD/CAE/CAM一體化軟件CATIA，模具行業(yè)三維設(shè)計的主流軟件UG，世界上銷量最大的三維建模及渲染軟件3D Studio Max，造船界應(yīng)用最為廣泛的Tribon M3，專門用于軍用艦船包括航空母艦、巡洋艦、驅(qū)逐艦、潛艇以及FPSO、海洋平臺的FORAN，滬東中華開發(fā)的SPD套料模塊以及文中用到的中船611開發(fā)的SB3DS船舶三維設(shè)計軟件。

2 船舶建造三維設(shè)計系統(tǒng)

SB3DS船舶三維設(shè)計軟件的功能主要包括：船體背景快速建模功能、管系三維建模功能、管支架三維設(shè)計功能、風(fēng)管三維建模與數(shù)據(jù)處理功能。其中船體快速背景模塊是以船體結(jié)構(gòu)二維圖為基礎(chǔ)，使用數(shù)據(jù)快速生成實(shí)體船體背景，以此作為船舶管系放樣的初始背景。而管子三維建模模塊作為管系放樣生產(chǎn)的主要模塊具備船舶管路創(chuàng)建、附件連接件的插入、管子編號、生成剖面圖等功能，完成管路布置及附件設(shè)計后能夠添加相應(yīng)的支架[3]。

該設(shè)計系統(tǒng)不僅能夠構(gòu)建管路并直接定義管路壁厚、材質(zhì)、表面處理方式、加工區(qū)域等管路基本數(shù)據(jù)，而且能夠直接在管路中間加設(shè)法蘭、套管、異徑接頭等連接件，同時還可以調(diào)用截止閥、閘閥、漏水口、海水濾器等附件，最明顯的優(yōu)點(diǎn)是：這些調(diào)用的附件及閥件的實(shí)體來自于系統(tǒng)自帶的數(shù)據(jù)庫，并不需要再次使用CAD建模繪制。該系統(tǒng)自帶三大數(shù)據(jù)庫，分別是標(biāo)準(zhǔn)件庫、實(shí)體庫及設(shè)計統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫。標(biāo)準(zhǔn)件庫采用的ACCESS關(guān)聯(lián)式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，不僅能夠滿足調(diào)用數(shù)據(jù)的功能，而且可以根據(jù)建模實(shí)體設(shè)備、附件的變化將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更改；實(shí)體庫的實(shí)用性能較好，能夠直接在管系設(shè)計中調(diào)用相應(yīng)實(shí)體，而且實(shí)體圖形的法蘭連接位置定位準(zhǔn)確，一一對應(yīng)船上設(shè)備法蘭安裝孔；在三大數(shù)據(jù)庫中，標(biāo)準(zhǔn)件庫與實(shí)體庫都是在設(shè)計開始前就存在的，只用統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫根據(jù)設(shè)計模型中涉及的管路系統(tǒng)的建模開始而自動生成，并且數(shù)據(jù)隨著模型的更改而變化，其自動傳遞數(shù)據(jù)的功能大大簡化了設(shè)計階段的數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作。

現(xiàn)階段，隨著數(shù)字化造船技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了無紙化造船技術(shù)。2019年3月22日中船集團(tuán)江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司為交通運(yùn)輸部東海航海保障中心建造的大型航標(biāo)船下水。該艘船舶作為全球首艘使用無紙化建造模式建造的船舶，其成功下水為數(shù)字化造船開啟了新的里程。而在船廠建造的整個流程建造中周期的13%～17%為管系的制造與安裝。一直以來制約船舶管系建造過程效率的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)的粗制化，安裝過程的數(shù)據(jù)誤差與定位彎曲的尺寸不準(zhǔn)確，尤其是對于管路系統(tǒng)復(fù)雜的艙室其管路整體布置的準(zhǔn)確性難以保障導(dǎo)致其生產(chǎn)周期較長。使用管系放樣軟件進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計，彌補(bǔ)了這些短板，盡管船舶管系計算機(jī)放樣設(shè)計的前期建模周期相對較長，但是其顯著提高了船舶管系的生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期。

3 放樣實(shí)例

放樣設(shè)計以4300DWT散貨船機(jī)艙燃油系統(tǒng)為例，使用SB3DS放樣軟件進(jìn)行無紙化造船。該放樣模式不僅設(shè)計精確，而且數(shù)據(jù)的存儲與傳遞可以隨著整個周期長時間存在，且更改與更新過程更為簡便。由于其統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫自動生成與更新的特性，船舶管系從生產(chǎn)設(shè)計到加工過程的數(shù)據(jù)系統(tǒng)且完整，可以作為指導(dǎo)其他相近船舶建造的母型船數(shù)據(jù)支撐。

3.1 放樣設(shè)計圖紙資料

4300DWT散貨船機(jī)艙燃油系統(tǒng)放樣設(shè)計所需的圖紙包括：4300DWT散貨船機(jī)艙總布置圖、4300DWT散貨船機(jī)艙燃油系統(tǒng)設(shè)計圖、4300DWT散貨船機(jī)艙分段船體結(jié)構(gòu)圖。圖1為4300DWT散貨船機(jī)艙總布置主視及左視圖、俯視圖。

圖1 4300DWT散貨船機(jī)艙總布置主視及左視圖

4300DWT散貨船機(jī)艙燃油系統(tǒng)設(shè)計圖均為船舶設(shè)計院在詳細(xì)設(shè)計階段設(shè)計生成的詳細(xì)設(shè)計圖紙，而4300DWT散貨船機(jī)艙分段結(jié)構(gòu)圖則為設(shè)計院在生產(chǎn)設(shè)計船體部分生成的船體零件結(jié)構(gòu)圖紙。這些圖紙是進(jìn)行船舶機(jī)艙放樣設(shè)計的前提和依據(jù)，在設(shè)計繪制這些圖紙的過程中，可以參考相近船型的設(shè)計數(shù)據(jù)，而設(shè)計完成的4300DWT散貨船設(shè)計圖紙及數(shù)據(jù)又可以作為儲備母型船設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行備選使用。

機(jī)艙布置圖選用左視圖、俯視圖的原因主要是為了確認(rèn)機(jī)艙內(nèi)的相關(guān)設(shè)備，保證主機(jī)、油泵、循環(huán)油柜等燃油系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備位于機(jī)艙的準(zhǔn)確位置，以便在考慮機(jī)艙實(shí)際空間與功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行下一步的放樣設(shè)計。

3.2 資料及相關(guān)說明書

在整個放樣實(shí)施案例的過程中，使用到的相關(guān)資料包括《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范（2018）—輪機(jī)分冊》 《船舶管系布置和安裝通用技術(shù)條件—管系分冊》、4300DWT散貨船《船舶主機(jī)說明書》等。

3.3 放樣步驟

步驟一：運(yùn)行SB3DS系統(tǒng)軟件，新建工程及用戶名，運(yùn)行AUTOCAD程序，在新建的的工程目錄下調(diào)入4300DWT散貨船機(jī)艙分段結(jié)構(gòu)圖的CAD模型。

步驟二：將4300DWT散貨船機(jī)艙分段船體結(jié)構(gòu)中除了復(fù)板零件結(jié)構(gòu)外均設(shè)為隱藏狀態(tài)，便于進(jìn)行機(jī)艙設(shè)備及燃油管路系統(tǒng)的布置設(shè)計。

步驟三：根據(jù)4300DWT散貨船總布置圖及機(jī)艙設(shè)備布置圖，參照《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范（2009）—輪機(jī)分冊》內(nèi)關(guān)于機(jī)艙設(shè)計的相應(yīng)要求，以及其船書要求，參考相應(yīng)母型船3900DWT散貨船設(shè)備布置特點(diǎn)在新船船體復(fù)板上導(dǎo)入設(shè)備實(shí)體，設(shè)備實(shí)體導(dǎo)入順序原則一般為從主機(jī)開始，接著導(dǎo)入機(jī)艙柴油發(fā)電機(jī)模型，然后導(dǎo)入燃油管路系統(tǒng)中的循環(huán)油柜、沉淀柜、分油機(jī)、澄油機(jī)，最后導(dǎo)入整套系統(tǒng)中的濾器、泵、閥等其他輔助機(jī)械。導(dǎo)入的設(shè)備模型為設(shè)備廠商提供的實(shí)體模型，模型與實(shí)際設(shè)備比例為1：1，一旦導(dǎo)入的設(shè)備與詳細(xì)設(shè)計生產(chǎn)預(yù)留的機(jī)艙設(shè)備尺寸不相符，及時更改選用的機(jī)艙燃油系統(tǒng)設(shè)備。輔機(jī)設(shè)備實(shí)體導(dǎo)入效果如圖2所示。

圖2 主機(jī)艙設(shè)備實(shí)體導(dǎo)入效果圖

步驟四：根據(jù)4300DWT散貨船機(jī)艙燃油系統(tǒng)原理圖及相應(yīng)規(guī)范要求，勾繪出管路系統(tǒng)的線型連接圖，其中所有的設(shè)備連接點(diǎn)選用位置必須為法蘭連接件的內(nèi)圓心，以方便下一步進(jìn)行燃油系統(tǒng)設(shè)計時的管線中心定位。

步驟五：按照要求運(yùn)行放樣工具條，確認(rèn)繪制作業(yè)項(xiàng)目，選擇使用選擇線條的方式運(yùn)行創(chuàng)建管路命令，進(jìn)行4300DWT散貨船船舶機(jī)艙燃油管系放樣設(shè)計。設(shè)計過程要求提前閱讀內(nèi)場彎管機(jī)彎頭規(guī)格，防止設(shè)計的管件因彎頭規(guī)格無法再企業(yè)制作。

步驟六：根據(jù)機(jī)艙燃油管系的放樣圖紙直接生成繪制304S區(qū)域管子支架，繪制設(shè)計前認(rèn)真閱讀管路支架設(shè)計書，按照位置要求繪制圖紙如圖3所示。

圖3 船舶機(jī)艙燃油管系放樣設(shè)計圖紙

步驟七：管路放樣軟件可以自動生成管路統(tǒng)計數(shù)據(jù)表、支架統(tǒng)計表，計算管子數(shù)據(jù)統(tǒng)計表并打印4300DWT散貨船該分段304S小票圖，打印圖紙如圖4所示。

圖4 304S分段零件圖

根據(jù)船舶生產(chǎn)實(shí)例，運(yùn)用SB3DS放樣軟件進(jìn)行機(jī)艙燃油系統(tǒng)管路的放樣設(shè)計，是船舶管系生產(chǎn)設(shè)計中典型的生產(chǎn)設(shè)計能力的實(shí)操應(yīng)用，對于船舶管路各系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)計具有一定的指導(dǎo)與借鑒意義。