船舶電氣精益設計

徐國軍，董良志

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

由美國次貸危機所引發的經濟危機給世界經濟帶來了嚴重影響，造成了全球航運需求下降，船舶企業也深受其影響，新船訂單減少，船廠間競爭愈加激烈;船東要求越來越高，船廠交船更加困難。面對這種嚴峻局面，船舶企業若要成功應對，唯有苦練內功，提升自身競爭力，首先要建立一支強大的研發和設計團隊，開發節能環保、質量可靠、性能優良受船東歡迎的產品;其次要具有嚴密的產品成本控制體系，降低船舶建造成本;第三，具有一套嚴格的產品質量保證體系，保證船舶建造質量，只有做到以上3點企業才能在激烈市場競爭中處于不敗之地。要使船舶制造達到低成本高質量的目標，需要重視船舶精益設計，通過設計手段保證船舶建造質量，縮短船舶周期，降低船舶建造成本。

船舶電氣系統服務于船舶的正常安全航行，是現代船舶不可缺少的重要組成部分，它包含了船舶電力系統、照明系統、通訊導航系統、控制和監測報警系統。船舶電氣設計內容較多，設備接口繁瑣，在設計過程中有很多細節問題需要注意，所以精益設計在船舶電氣設計中具有較大的實際意義。

1 船舶電氣精益設計的內涵

在設計階段從設備選型到出圖整個設計過程，每個環節都要做到精益設計，如選用質量可靠、性能滿足規格書要求的設備;按照船級社要求精心配置系統;同其他專業精心協調、精心布置設備;精心出施工圖，使圖紙能全面完整、詳細正確地反映采購、領料和施工信息，讓施工人員能夠方便快捷地完成領料、設備安裝、設備接線、設備調試和設備提交工作。目標是以最低的設備和材料采購成本，以最低的人力成本和最少的材料和能源消耗成本建造出質量可靠、性能優良的船舶，以獲取最大的利潤。電氣系統的精益設計過程涵蓋了設備訂貨、設備間接口協調、系統設計、電氣專業與輪機及其他專業間協調、電氣設備布置、電氣設備外接線圖出圖的整個過程。

2 船舶電氣系統設計

2.1 設備的選型和采購

1)根據建造規格書和規范的要求編寫設備定購的技術要求，設備的功能不要有冗余，設備的性能和規格不高于建造規格書的要求，以控制設備采購成本。

2)技術協議簽署，根據建造規格書對設備的功能、容量、材料和設備的工作環境條件要求等進行核對，對設備的電制、電壓、頻率、功率、輸入控制信號接口及輸出運行和報警接口等要在技術協議里全部反映出來，避免遺漏，以免后期產生額外加帳費用。

3)設備認可圖退審，根據建造規格書和技術協議對設備的材料、油漆顏色、防護等級、安裝形式、外形尺寸、電制、電壓、頻率、功率、輸入控制信號接口及輸出運行和報警接口等逐一進行核對，把設備退審意見和設備廠家配填料函所需要的電纜外徑數據一同反饋給設備廠家，并做好留底備份，以便后期與廠家進行核對。

2.2 精心選用電纜，降低電纜的采購成本

1)根據電纜敷設區域合理選擇電纜類型，如敷設在上建區域的照明系統電纜 (兩端都在上建區域)可選用不帶鎧裝二芯+接地類型，這樣既滿足該區域對敷設電纜的要求，降低了電纜采購成本，又省掉了鎧裝電纜的保護接地，同時又能保證照明設備能安全接地。又比如有些電氣設計過多的選用防火電纜，按照規范要求只有穿越高失火區域的電纜才需要選用防火電纜。

2)多根芯數少的電纜用1根多芯電纜代替，節約電纜成本。例如，原來5根2芯電纜從船首的水手長儲藏室到在上建的監測報警系統信號采集箱，改成5根2芯電纜先進安裝在水手長儲藏室內的接線箱，再用1根10芯電纜從接線箱連接到信號采集箱。

3)改善電纜安裝方式，提升電纜載流系數。電纜成束敷設，電纜的載流系數為0.85，通過改善電纜敷設的散熱條件，將電纜成束敷設，改為單根平鋪敷設，那么電纜載流系數就可上升為1。例如，從發電機到主配電板的電纜，1臺1300kW的發電機載流系數如果按0.85計算需要11根3×120的電纜，因為發電機到主配電板的電纜為單根平鋪，所以載流系數可按1進行計算，實際只需要10根3×120的電纜。

2.3 設備與設備之間和系統與系統之間的接口匹配

1艘現代民用船舶由幾十個系統和上百種設備組成，要使這些設備和系統能相互協調正常工作，發揮正常功能，就需要解決好設備之間的信號接口問題，這也就是精益設計核心內容。在設計階段能否解決好設備與設備間和系統與系統間的接口匹配，對船舶的建造周期影響很大，尤其是對首制船，如果這個問題不能在設計階段解決好，把它放在船舶設備調試階段等設備廠家服務工程師來解決，那么接口問題可以解決但調試進度就無法控制，比如，1艘船在調試舵機系統時發現自動操舵儀與舵機不匹配，自動操舵儀廠家送給舵機卸荷電磁閥的電壓為交流220 V，而舵機廠家配的卸荷電磁閥的工作電壓為交流110 V，結果只能把舵機的卸荷閥換掉，重新購買1只工作電壓為交流220 V的卸荷閥，最終問題得到解決，但花費了時間又浪費了錢。

又比如，設備調試時設備缺某個信號輸入，需要增加電纜，這樣既費人工和材料，還需要花費時間，增加造船周期，如果在設計階段就解決好這個接口問題就不會產生這種情況。所以設備間和系統間的接口問題放在調試階段解決，由于1艘首制船存在多少個接口問題不知道，解決這些接口問題要花多少時間不知道，勢必造成船舶建造周期無法控制。

像造船大國韓國和日本有些船廠1年要造五六十艘船，為什么他們的造船計劃能安排如此緊湊，其中有2個原因:①韓、日船廠建造一種船型的設備配置相對固定，一般不會接受船東更改設備的要求。②韓、日兩國的造船工業非常發達，船舶的設備配套能力很強，船廠采用國產設備，設備間的接口問題都已由設備廠家間協調解決好，對船廠來講在設計階段設備間的接口問題已經全部解決了，只要把詳細信息反映在圖紙里面，施工人員按圖施工，就能保證每個設備正常工作，所以船廠造船周期控制得很好，韓、日兩國的船舶建造模式已經朝著汽車流水線生產模式方向發展。

相比韓國和日本，國內建造的同一種船型由于不同的船東，設備配置就有可能不同，我國的船舶設備配套能力較弱，船上大部分設備還需要從國外進口，其中有來自歐洲的，有來自日本和韓國的。要保證來自不同國家的設備組成的各個系統能正常運行，就要求船廠做好精益設計，解決好設備間信號接口問題。仔細核對每個設備同其他設備間的輸入、輸出信號是否有遺漏，輸入、輸出信號類型(模擬量或開關量)是否匹配，如發現有問題，要及時通知設備廠家作修改，在施工圖紙圖下發前解決好所有接口問題，確保這些設備安裝工作完成后能正常工作，從而保證造船周期。

3 電氣設計出圖

電氣系統設計完成后，需要通過圖紙把船上各個電氣系統的信息全面詳細地反映出來，滿足電氣生產設計需要;滿足物資部門設備采購和倉庫發貨需要;滿足生產管理部門生產計劃制定和生產工時計算的需要;滿足品質保障部門作為系統完整性和設備功能檢驗依據的需要;滿足電氣施工人員準備設備托盤和進行施工的需要;滿足電氣調試人員作為調試參考的需要，還要滿足船東、船檢審圖的需要。電氣圖紙所反映的信息應正確、清晰、全面，這些信息需要通過電氣系統圖 (電力系統圖、照明系統圖、通導系統圖、自動化系統和消防安全系統)、電氣設備布置圖和電氣設備外部接線圖來反映。

3.1 電氣系統圖繪制

電氣系統圖主要反映系統里的電氣設備和連接電纜，為了確保生產設計能正確編制電纜冊和統計電纜長度，必須做到:①每根電纜的編號和每個設備的編號是唯一的。②同1根電纜在相關的系統圖里以實線形式表示只能出現1次，其余只能以虛線出現，避免編制電纜冊時重復統計。③由設備廠家提供船廠敷設的電纜和設備廠已接好的電纜要有明顯的標志。④應標明系統所選用的電纜型號，并附上電纜的載流量表，以便系統內設備功率變更后，重新確定電纜規格。⑤系統的電纜編號應為系統序號+系統圖頁碼+該頁的電纜序號，以確保電纜編號唯一性。⑥系統圖中的每個設備都標明甲板、肋骨號和左右舷。在系統圖下發之前應把船檢、船東意見和生產設計反饋的意見全部反映在圖紙里。

3.2 材料表的編制

系統圖材料表應列全系統里設備，標明設備名稱、規格、型號、數量和供應商，以設備圖形+電纜編號表示該設備，確保設備的唯一性，避免重復統計。

3.3 電氣設備布置圖繪制

1)機帶電氣設備 (如泵帶的電動機、貨艙里的液位開關、遙控閥和錨絞機等甲板機械上的電動機)的布置，這些設備布置時要與輪機專業和舾裝專業 (錨絞機等甲板機械上的電動機)進行協調，按照輪機專業和舾裝專業的布置圖進行布置，并進行跟蹤，一旦這2個專業的布置圖有變化要及時修改電氣設備布置圖。

2)電氣控制箱和啟動箱的布置，運用人體工程學原理，進行人性化設計，設備布置要使船員平時操作和維修保養方便，還要考慮設備通風和避潮、避震和避開熱源，保證電氣設備能在良好的環境下正常運行。

3)設備在布置圖里以設備圖形符號+進設備的電纜編號表示，方便查找。

3.4 電氣設備外部接線圖繪制

電氣設備外部接線圖是反映全船每個電氣設備的外接線端子同相對應電纜芯線的連接，電纜在電氣系統中承擔輸送電能和傳遞控制信息，為了保證施工人員能正確接好每個電氣設備外接線，使全船的電氣設備能相互協調正常運行，發揮應有的功能，所以電氣設備外部接線圖應該正確反映全船每根電纜兩端每根芯線所連接設備的端子。電氣設備外接線圖是以設備工作為依據設繪的，在圖紙下發前應根據設備完工圖校對1遍，以確保下發的圖紙絕對正確。

4 結束語

1)做好電氣精益設計需要設計人員熟悉各種電氣設備原理，平時要加強對設計人員的培訓，提高設計人員的技術水平。

2)設計人員要定期對不同的電氣設備使用情況進行交流，對好的經驗進行積累，讓大家共享，共同提高，不斷提升設計質量。

3)同國內船舶設備供應商建立長期的戰略合作伙伴關系，優先選用國產船用設備，促進國內船用設備行業發展和船用設備質量的提高，增強國內船舶設備配套能力，提高船用設備國產化率，降低造船成本。

4)應用電氣輔助設計軟件，提高設計質量和設計效率。