大型液化氣船船體結構生產設計優化方案

王 彥， 薛鴻祥， 朱錦標

(1.上海交通大學 海洋工程國家重點實驗室， 上海 200240； 2.江南造船(集團)有限責任公司， 上海 201913)

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大型液化氣船船體結構生產設計優化方案

王 彥1， 薛鴻祥1， 朱錦標2

(1.上海交通大學 海洋工程國家重點實驗室， 上海 200240； 2.江南造船(集團)有限責任公司， 上海 201913)

以縮短造船周期為最終目的，結合企業實際情況，從搭載階段貼附件編碼管理、永久性吊碼設計、分段劃分設計、分道套料設計等4個方面對84 000 m3液化氣船進行生產設計優化，并總結得出優化方案對分段制作效率和船塢搭載效率有明顯提升作用。通過該項研究，為后續同類型船舶在縮短船塢周期方面提供實踐基礎。

造船周期；設計優化；液化氣船

0 引言

造船周期長短是反映造船企業的生產能力、科技開發、設備設施以及管理水平的重要指標。造船周期過長，勢必導致工時增多、工時費用上升、貸款周期長、資金周轉緩慢、銀行利息增加。此外，能源、動力消耗增大，船臺、船塢、碼頭、吊運費等專用設施費用下跌。建立現代造船模式是造船企業縮短造船周期、提高效率效益的有效手段[1]。

對船廠而言，建立現代造船模式需通過解決設計、經營、生產、采購以及體制、機制、勞動組織等一系列相互配合和協調的問題,在動態的、發展的過程中不斷尋求最佳狀態。在設備設施方面，可以采用新型自動化的焊接設備，布置合理的能源通道，優化船塢的起重能力和布置等。在管理方面，需減少無效生產環節，采用精度造船，合理分配人力、物力，提高船塢的利用率等。由于船廠的硬件配置和管理層面的要求在很多情況下都是固定的，很難在現有的條件下和短時間內改變。本文以在建的某84 000 m3液化氣船為例，結合企業實際情況，從設計角度出發，研究如何預判并縮短船舶建造周期，盡可能地使工序合理化、簡單化。

1 優化方案分析

1.1 散裝件過程控制

在施工過程中由于分段劃分或者焊縫布置的限制，造成很多構架不能在組立階段及時安裝，必須將其作為散裝件流向總組搭載階段以后才能進行焊接，這將占用較多的管理工時和施工工時，因此散裝件的流程優化尤其必要。

現狀：目前國內造船廠對散裝件的管理模式較為固定。對流向總組搭載階段的散裝件采用直接配送方式，由制造部切割后統一流進搭載部散裝件作業區，然后搭載部統一劃分區域管理，并在施工階段由散裝件倉庫轉入施工現場進行施工。若零件位置過高，則還需要用獨臂吊運至施工工位，既增加了流程控制難度，也增加了施工中吊運風險。施工流程如圖1所示。

圖1 現行散裝件施工流程

優化方案：散裝件貼附，對需要流進總組搭載階段施工的散裝件在組立階段采用馬板貼附或定位焊貼附[2]。依據就近貼附原則，在最近的施工工位處進行貼附。貼附完成后散裝件跟隨整個分段流向總組搭載。在總組搭載階段正式施工工位處將散貼件拆除，進行最后的施工焊接。施工流程及貼附示意如圖2和圖3所示。

圖2 散裝件優化后施工流程

圖3 散裝件貼附

此方案的實施關鍵是設計過程中需明確散裝件貼附的位置以及在馬板割除過程中需注意保護母材和涂層。該方案不需要對散裝件單獨規定流程，并減少了搭載部散裝件管理工序和吊裝工序，但對于大型散裝件(如油柜、密閉艙室等)無法在分段階段貼附，則需要單獨流向搭載，總體上利遠大于弊，具備實際操作的可行性。

1.2 永久性吊馬設計

對搭載吊馬的割除是搭載階段工作量占比較大的環節[3]，因此在工藝設計階段，可將盡可能多的整吊吊馬設計成永久性吊馬，作為主船體結構的一部分，在吊裝完成后免于割除工序。

現狀：目前搭載部存在著大量需要割除的吊馬，吊馬割除過程中有可能會損傷母材，并占據較多的割除和打磨時間。

優化方案：對盡可能多的整吊吊馬進行優化，設計為結構性吊馬。例如，液貨艙整吊吊馬與頂部支撐構架合二為一，在液貨艙頂部構架上加入吊馬眼板和反面加強，并作為結構的一部分。對上層建筑頂部擋風板或翼板根部艙壁區域設置永久性吊馬，將吊馬眼板和艙壁板合二為一，如圖4所示。該設計方案不影響美觀，且滿足結構強度要求，同時可減少吊馬割除、打磨工時，適合實際應用與推廣。

圖4 液罐頂部整吊吊馬和支撐座結構合并效果

1.3 分段劃分優化設計

船舶快速搭載是縮短船塢(臺)周期的關鍵,是縮短整船建造周期的重要環節。近年來,國內船廠加強對日韓等國先進船廠采用新一代精度管理系統、總組范圍等各項與快速搭載相關工藝的研究[4]。對于船塢利用率來說，最初的分段劃分是決定搭載工作量的最重要因素之一。分段的斷開位置、搭載順序布置、分段重量劃分、分段翻身次數、總段整吊次數等將直接影響搭載的工作效率。

現狀：目前某船廠4號塢僅有一臺800 t的龍門吊，極大地限制了分段的吊裝重量。根據目前在制液化氣船的分段劃分，包含水密艙壁所有分段的大接縫都布置在了水密艙壁附近300 mm范圍內，這對于控制分段對接處的精度是有一定好處的，但是與此同時水密艙壁附近的縱向加強筋和疲勞肘板(一般長度在500～1 000 mm)必須斷開以后流向搭載階段散裝。這些零件的裝配將耗費大量的搭載工時。圖5為現行分段劃分處引起的搭載干涉及散裝件增多。

圖5 現行分段接頭位置

優化方案：在對包含水密艙壁的分段進行劃分時，大接縫盡量遠離水密艙壁疲勞肘板軟趾200 mm以上，這樣可避免搭載干涉，同時可減少散裝件數量和仰角焊數量。圖6為優化后的分段劃分。

圖6 優化后的分段接頭位置

該優化設計方案可大量減少散裝件干涉情況，降低搭載階段施工工時和施工難度。

1.4 分道套料設計

構成船體結構的各種零件具有功能、形狀、尺寸、精度和材質的相似性，同時又具有相似的工藝流程。具有相似工藝流程的零件形成批量，聚集一起按照流程順序進行套料，即為分道套料[5]。分道套料是船體分道建造技術在零件層面上的具體體現。

現狀：目前套料雖然對零件類別有所區分，但并不細致，零件切割完成后理料仍然十分困難，托盤歸放工作量大。同時，同一分段內一次切割完成，托盤歸放之后短期內無法流向下一個階段使用，帶來了場地和時間上的浪費。目前套料的類別區分如表1和表2所示。

表1 零件板材分類

所有T類型的板條單獨套料切割，以控制切割變形。所有需要加工的板材單獨套料切割，然后送加工作業區加工。除以上2種類型外，其余板材統一套料切割。

表2 零件型材分類

優化方法：采用分道套料，對零件的流程加工類別進一步細化，并區分切割優先級，對同一分段進行分批套料[6]。優化后的分道套料類別如表3和表4所示。

表3 零件板材分道原則

單獨歸于一類套料切割，方便現場管理配送。

表4 零件型材分道原則

對零件的類別進一步區分可提高理料效率，減少理料工時。切割優先級的劃分，進一步提高材料利用率，減輕場地壓力，時間安排也更加合理。

2 結束語

縮短造船周期是造船業的永恒主題，需要在各方面進行探索。本文以某84 000 m3液化氣船為研究對象，結合企業實際情況，對搭載階段貼附件編碼管理、永久性吊碼設計、分段劃分設計、分道套料設計等4個環節的現狀和優化設計方案進行了分析，旨在提高分段裝焊效率、縮短船塢周期，本文相關研究工作可為今后其他類型船舶的工藝設計提供一定的參考。

[1] 周振柏. 建立現代造船模式是造船企業永恒的主題[J].上海造船, 2005，1:31-35.

[2] 于超，田越含. 散貨船貼附件標準研究[J]. 科研，2016，7：82-85.

[3] 吳金斌，鄭小慧，謝露霞. 37 500 dwt船吊碼優化設計[J]. 廣船科技,2013,4：23-27.

[4] 丁偉康.船舶快速搭載有效地縮短了造船周期[C]// 中國造船工程學會造船工藝學術委員會2011造船企業精益生產學術研討會，2011.

[5] 劉傳茂. 船體分道建造技術應用與發展[J]. 造船技術, 2003,1:12-15.

[6] 許蓉，王素清，錢霞. 船體分道建造技術的研究與應用[C]//CAD/CAM學術交流會議，2015.

Analysis of Optimizing Production Design on Large LPG Structure

WANG Yan1, XUE Hongxiang1, ZHU Jinbiao2

(1.State Key Laboratory of Ocean Engineering， Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China；2. Jiangnan Shipbuilding Group Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

To shorten the shipbuilding period as the ultimate purpose,combined with the actual situation of enterprises from the design of the production is optimized for a 84 000 m3liquified gas carrier(LPG) from four aspects as erecting parts code management, marine lug design, block division plan design and nesting plan design. It concludes that optimization scheme makes significant improvement on block production efficiency and the dock carrying efficiency.This research provides practice basis in shortening the period of the dock for subsequent similar ships.

shipbuilding cycle; optimizing design; LPG

王 彥(1986-)，男，工程師，研究方向為船體建造工藝設計

1000-3878(2017)02-0047-05

U673

A