陳鋅 黃華鋒

摘? ? 要：本文闡述了船舶開展先行工法設(shè)計的條件與時機，以某船廠成功建造的挖泥船、集裝箱船等產(chǎn)品在船舶詳細設(shè)計與生產(chǎn)設(shè)計銜接過程中發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合詳細設(shè)計數(shù)據(jù)和具體工法優(yōu)化設(shè)計案例，通過對比得出船廠開展先行工法設(shè)計有利于船舶建造精度控制、簡化生產(chǎn)流程、提高產(chǎn)品完整性;并提供了船舶設(shè)計與建造工藝、工法設(shè)計有機結(jié)合的前瞻性方法參考;同時，對開展先行工法設(shè)計的局限性及解決辦法進行討論。

關(guān)鍵詞：工法設(shè)計;詳細設(shè)計;生產(chǎn)設(shè)計

中圖分類號：U673.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： This paper states the conditions and timing of advance technical design. Taking the problems found in the connection between ship detailed design and production design of dredgers， container ships and other products successfully built by a shipyard as an example， combined with the detailed design data and the specific technique optimization design case， it is concluded that the shipyard's carrying out the advance technical design is beneficial to the precision control of ship construction， the simplification of production process and the improvement of product integrity， and provides a forward-looking method reference for the organic combination of ship design and construction technical design; at the same time， the limitation and solution of the advance technical design are discussed.

Key words： Shipbuilding technical design;? Detailed design;? Production design

1? ? ?前言

船舶設(shè)計分為：基本設(shè)計、詳細設(shè)計、生產(chǎn)設(shè)計。船廠主要負責生產(chǎn)設(shè)計，工法設(shè)計屬于生產(chǎn)設(shè)計的范疇。

船舶工法設(shè)計是指以船體結(jié)構(gòu)為主要對象、工藝為核心，在確保設(shè)計滿足規(guī)范要求、建造成本、施工質(zhì)量、生產(chǎn)安全性的前提下，綜合考慮機、電、舾各專業(yè)的協(xié)調(diào)，達到先進的設(shè)計和高效的建造技術(shù)。

對于大多數(shù)船廠，船舶的詳細設(shè)計主要由設(shè)計公司負責，船廠主要負責生產(chǎn)設(shè)計，其中包含了工法設(shè)計。分段（總段）劃分、基準線方案、建造精度方案、分段建造流程、總段建造流程、船臺快速搭載等都屬于工法設(shè)計內(nèi)容。工法設(shè)計是在詳細設(shè)計確定后開展的，我們稱為后行工法設(shè)計，這個階段工法設(shè)計的作用主要是施工流程規(guī)范化、標準化，讓每個流程有法可依。

如果原設(shè)計存在影響施工效率、增加成本的地方，需要對詳細設(shè)計進行優(yōu)化或者改進，就需要工法設(shè)計提前在詳細設(shè)計時介入，詳細設(shè)計階段介入的工法設(shè)計稱為先行工法設(shè)計。開展先行工法設(shè)計需具備一定的條件與時機，在詳細設(shè)計的哪個階段介入最佳、效果體現(xiàn)在哪些方面，以下將結(jié)合實際案例進行闡述。

2? ? 先行工法設(shè)計的條件與時機

2.1? ?前提條件

對于委外的詳細設(shè)計合同簽訂方式，主要分為兩大類：

（1）合同由船東與設(shè)計公司簽訂。由于詳細設(shè)計合同是船東與設(shè)計公司簽訂的，船廠介入機會不多，對于船廠提出的設(shè)計優(yōu)化建議，除了原設(shè)計與規(guī)范相矛盾的意見設(shè)計公司會采納，其它的優(yōu)化建議被接受的可能性極小;

（2）合同的船廠與設(shè)計公司簽訂。詳細設(shè)計合同由船廠與設(shè)計公司簽訂，是開展先行工法設(shè)計的前提。但并不是船廠提出的優(yōu)化建議，設(shè)計公司就會全部采納，詳細設(shè)計合同的主要內(nèi)容是總體性能方面的要求，以滿足設(shè)計規(guī)范及船東需求為主，在細節(jié)方面不可能逐一寫進合同。船廠主要是在供圖時間、計劃批次上爭取更多的主動權(quán)，間接給先行工法設(shè)計創(chuàng)造前提條件，船廠應(yīng)抓住這個有利條件提前介入。

2.2? ?介入時機

設(shè)計公司在詳細設(shè)計正式送船級社審圖前，會提前將預(yù)審版的圖紙發(fā)給船廠和船東提意見，其中船體結(jié)構(gòu)類的《典型橫剖面圖》會提前得更早。船廠在收到《詳細設(shè)計目錄》后必需安排好各類圖紙的預(yù)審人員，將預(yù)審圖紙轉(zhuǎn)發(fā)到各專業(yè)室收集意見匯總反饋給設(shè)計公司;工法設(shè)計人員同時進行預(yù)審，結(jié)合船廠的實際條件、施工便利性等方面提出意見。工法設(shè)計在詳細設(shè)計圖紙預(yù)審的時候同時介入，時機最佳。

3? ? 案例分析

結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計人員對于主要預(yù)審圖紙的信息完整性、內(nèi)容一致性，工法設(shè)計人員重點考慮該船建造方面相關(guān)內(nèi)容。工法設(shè)計人員需對船廠所有設(shè)施、設(shè)備條件、施工工藝、以往建造經(jīng)驗有充分的了解，對于船廠生產(chǎn)條件達不到的及時反饋給制造部門制定相應(yīng)措施。例如：特殊板材是否有對應(yīng)的WPS、厚板的加工是否滿足要求等;預(yù)審的重點還在于發(fā)現(xiàn)是否存在影響建造質(zhì)量、生產(chǎn)周期、需優(yōu)化的結(jié)構(gòu)節(jié)點。這些方面的優(yōu)化除了熟悉船廠生產(chǎn)條件之外，還需要工法設(shè)計人員對質(zhì)量、成本具備一定的敏感性。下面結(jié)合某船廠已交付產(chǎn)品的典型例子，從不同方面進行分析。

3.1? ?精度控制

精度控制貫穿于船舶建造整個過程。該船廠的船舶下水方式為滑道拉移下水，滑道布置在船臺中心線兩邊6 200 mm處，為固定式不能調(diào)整。船舶下水時，所有下水重量集中在兩條滑道上，因此滑道對應(yīng)船體結(jié)構(gòu)受力集中，曾因該處船體無強縱桁或下水加強構(gòu)件而導(dǎo)致部分外底板或內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形，需要進行校正甚至局部換板，增加成本并影響了生產(chǎn)周期。

如圖1所示為某挖泥船的《典型橫剖面圖》外底結(jié)構(gòu)。設(shè)計公司發(fā)來的預(yù)審圖中，距中6 200 mm附近為普通的外底縱骨，該船空船重量高達12 000多噸，結(jié)合以往經(jīng)驗并采用有限元計算分析，此處為變形的高危區(qū)域，需要進一步優(yōu)化;從圖中看到，距6200 mm最近的一檔縱向結(jié)構(gòu)為5 850 mm普通外板縱骨，強結(jié)構(gòu)為5 200 mm縱桁，同時5 200縱桁距3 900縱壁僅2檔，距7 800 mm縱桁為4檔，如能將距中5 200 mm縱桁移到距中5 850 mm處，將對下水的變形控制非常有利。據(jù)此，第一時間將此項優(yōu)化建議通知設(shè)計公司，設(shè)計公司采用有限元方法對全船進行有限元計算，確認該優(yōu)化方案，并在升級版的《典型橫剖面圖》中更新后送審（見圖2），該區(qū)域外板結(jié)構(gòu)在船舶下水過程中得到了有效的控制。

上述優(yōu)化方案，是設(shè)計公司與船廠互相結(jié)合的典型例子。不同船廠具備不同的生產(chǎn)條件，如果在詳細設(shè)計階段及時發(fā)現(xiàn)存在的精度、質(zhì)量隱患，及早做出優(yōu)化，后續(xù)生產(chǎn)將能減少更多的修改。

3.2? ?流程簡化

詳細設(shè)計主要側(cè)重于滿足規(guī)范要求，對于船廠建造流程細節(jié)不會過多考慮。下面這個例子同樣是挖泥船的優(yōu)化設(shè)計，截圖表達的是挖泥船的邊艙通道結(jié)構(gòu)：圖3為預(yù)審圖，從標記圖框看到甲板橫梁結(jié)構(gòu)形式為T型材加左右兩端部的T型肘板，外板肋骨也是T型材加下端的T型肘板。此類組合結(jié)構(gòu)集中在貨艙區(qū)域，全船左右舷共300處，僅小組立階段，就會帶來大量的T型板材預(yù)制工作：預(yù)審之后，向設(shè)計公司提出了將端部的T型肘板與T型桁材一體設(shè)計的優(yōu)化方案（見圖4），該方案很快得到設(shè)計公司的認可。

該方案通過化零為整的方法對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。以一個肋位為例，對優(yōu)化前后工作量進行對比：一個肋位通過優(yōu)化后，僅增加了10件扁鐵面板的加工，但零件數(shù)量減少了32件，小組立、中組立各減少了16件，數(shù)量的減少直接縮短相關(guān)的生產(chǎn)流程時間;此外，還有零件理料、自由邊打磨、工作流向等，全船有30個肋位，裝焊的工作量大大減少，同時也減輕了結(jié)構(gòu)重量。

上述相似的例子還有不少，如：板厚區(qū)劃分，詳細設(shè)計時某個區(qū)域會分出幾種不同的厚度，增加了訂貨規(guī)格，也增加了拼板工作量，并且拼板縫增多了精度控制難度也提高。這樣情況也可以進行優(yōu)化，化零為整將零碎的板塊整合，重量雖略有變化，但簡化了工序，相應(yīng)的制造成本也就下降了。

3.3? ?產(chǎn)品完整性

船舶建造過程中，分段、總段的完整性程度是衡量船廠生產(chǎn)集成化程度的一個標準。如前所述，工法設(shè)計主要以船體結(jié)構(gòu)為主，但生產(chǎn)設(shè)計為綜合性設(shè)計，與其它專業(yè)也息息相關(guān)。圖5為1 750TEU集裝箱船No.1艙823分段首向合攏口水平桁，原端部節(jié)點設(shè)計與上述第二種節(jié)點相似，對于能節(jié)省裝配流程。但此處FR201壁輪機專業(yè)垂向設(shè)計了4路管子，管子在分段階段預(yù)裝（見圖6），桁材端部穿插在管路支架當中，當823分段與首向分段805進行總組時，水平桁與管子存在干涉（見圖7）。首制船現(xiàn)場拆裝了四路管子后再進行總組，浪費了管子預(yù)裝工作，也影響了總組效率。發(fā)現(xiàn)問題后進行了專業(yè)協(xié)調(diào)，水平桁單舷僅有兩處而管子有4路，靠舷側(cè)布置是最優(yōu)的方案，從雙層底延伸二甲板管子在分段預(yù)裝效率遠高于在總組時安裝。因此，綜合考慮后決定優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，拆分端部結(jié)構(gòu)（見圖8），將端部改為肘板型式在總組階段安裝，既解決了干涉問題，同時確保了總段建造完整性。

從上述方案發(fā)現(xiàn)：結(jié)構(gòu)設(shè)計完成時管子還沒有布置;在進行管子設(shè)計階段，由于協(xié)調(diào)不及時或?qū)I(yè)限制不清楚總組流程，專業(yè)評審時也未能暴露問題，所以到了施工階段才發(fā)現(xiàn)這個問題，因此工法設(shè)計還需進一步深入到各專業(yè)，綜合協(xié)調(diào)，提前預(yù)判，減少給現(xiàn)場施工帶來困難。

以上幾種方法為典型的工法設(shè)計，常見的還有：工裝腳手架設(shè)計、大件設(shè)備進艙預(yù)開孔、臨時工藝孔提前設(shè)計等，在分段組立方面可以通過增加板縫減少施工難度，或者優(yōu)化結(jié)構(gòu)斷開與連續(xù)方式等。由此可見，設(shè)計優(yōu)化有利于船廠生產(chǎn)的各個方面，但優(yōu)化也存在一定的局限性。

4? ? 設(shè)計工法的局限性

船廠設(shè)計優(yōu)化不容易得到設(shè)計公司認可，設(shè)計公司主要會在以下幾個方面提出要求：

（1）時間：在收到預(yù)審圖后，船廠的預(yù)審時間不多，這時反饋給設(shè)計公司的優(yōu)化如涉及總體強度計算或整體圖紙改動，設(shè)計公司會告訴船廠需要多少時間，這個時間往往是船廠不能等待的，而船廠往往只能放棄;

（2）費用：改動肯定涉及設(shè)計費用，而無償優(yōu)化設(shè)計不可能在合同中備注，對于設(shè)計公司提出的增加費用，也是船廠考慮的因素，需對比增加的費用和優(yōu)化之后可減少的成本，權(quán)衡利弊迅速做出判斷;

（3）拒絕：沒有原因直接拒絕，特別是國外設(shè)計公司。

對于以上存在的局限性，船廠在判斷增加時間對生產(chǎn)設(shè)計不會帶來較大影響的情況下，可協(xié)同船東與設(shè)計公司一起溝通，本著提高產(chǎn)品質(zhì)量、及時完工的共同目標尋求解決方案，爭取方案通過的方法更多在于船廠與設(shè)計公司的友好合作基礎(chǔ)。

5? ? 結(jié)論

工法設(shè)計在詳細設(shè)計階段先行介入，有利于船舶整體建造精度控制、施工作業(yè)流程簡化、提高分段、總段預(yù)舾裝率及完整性等，這一切都將直接或間接給生產(chǎn)提速增效、降低建造成本，讓船廠在競爭日益激烈的船舶市場上爭取更多的主動權(quán)。