淺談生產(chǎn)導向的船體結構設計研究及應用分析

鄭文濤

摘 要：對于船體結構設計而言，三維設計是重要方向。從專業(yè)角度講，船體結構設計與船舶安全息息相關，是關鍵性環(huán)節(jié)，在質(zhì)量方面要求較高。在船舶制造領域，在船體結構設計方法的應用下，船舶制造質(zhì)量顯著增強，生產(chǎn)效率得以提高，對整個船舶制造行業(yè)的發(fā)展意義深遠。在此基礎上，本文介紹了生產(chǎn)導向設計的概念，并分析和探討了船體結構的設計，提出了相關的優(yōu)化措施。

關鍵詞：生產(chǎn)導向；船體；設計

通過合理地組合并連接各種構件，船體達成了力的有效傳遞目的。所以，船體結構本身的強度是其結構設計的基礎，而成本和現(xiàn)場施工的安全性等都很重要。因為為了在國際市場上取得成功，具有競爭力，船廠企業(yè)必須縮短建造周期并降低成本。因此，應基于生產(chǎn)導向，對節(jié)約型設計進行大力推廣，引入先進的造船技術，提高施工效率，降低施工成本。針對以上現(xiàn)象，下文進行了有關論述。

一、介紹生產(chǎn)導向設計的概念

生產(chǎn)導向設計的主旨為在節(jié)約的前提下，通過提高生產(chǎn)效率，以實現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低。

二、優(yōu)化船體結構設計的措施

1.采用先進的模塊化建造模式

隨著信息技術的飛速發(fā)展，船舶行業(yè)通過數(shù)字化造船技術的運用，與此同時，船舶設計、建造、管理的數(shù)字化水平也成為造船業(yè)提高自身核心競爭力的關鍵因素。數(shù)字模塊化造船技術能夠進一步降低生產(chǎn)成本，同時在很大程度上提高生產(chǎn)效率，從而加快了造船業(yè)的發(fā)展，模塊化造船技術在未來將具有更加廣闊的應用范圍。

通過部件和組件的特定結合產(chǎn)生模塊，船舶模塊化的含義為，按分段或者片體分解船舶為很多個獨立的建造單元，同時將這些分解的獨立模塊進行系統(tǒng)的建造并和其它的單元一起組成一個整體的系統(tǒng)過程的技術。通過模塊化設計，可以在很大程度上縮短設計周期，節(jié)約船舶建造費用。船舶模塊化設計的具體過程，與搭積木來的過程很相似，它需要結合不同的需要和要求，來完成裝配組合。目前，主要有以下幾種模塊化造船模式：

（1）結構模塊化的造船模式：在船舶設計中，融合各類自成體系，同時又能進行相互銜接的模式，基于先期測試和組裝，是船殼結構集成化，從而能縮短制造時間和并減少費用開支。比如，這種模式在“海狼”號潛艇及“弗吉尼亞”級潛艇中，就得到了很好的應用，在他們成型之前，就使結構模塊化得以導入了；

（2）功能模塊化的造船模式：進行設計前，按艦艇的不同功能，對他們進行分類劃分，形成具有各種功能的模塊，進行同一部位的建造過程中，應結合各種需要，來建造具有各種功能、尺度相同的各類的模塊，比如服役后艦船需要具有能進行特種、混合作戰(zhàn)的要求，結合各種任務要求，應在設計前，就裝備各類相對應的模塊模式，以便使一艦多能的要求得以確保。在這種標準建造模式的基礎上，進行船舶的批量化生產(chǎn)，將變得具有可行性，比如典型的MEKO船舶生產(chǎn)技術，就實現(xiàn)了該目標；

（3）任務模塊化的造船模式：基于船舶設計，并對各種任務，采用相關配置，具體體現(xiàn)為，在建造不同模塊的后期，實施填充或事后的模塊改進，比如典型的Stanflex造船技術；

（4）技術模塊化的造船模式：將子系統(tǒng)在適合開放結構的部件中，進行合理的配置，從而有利于新技術的開發(fā)及后期的維護開展。

在進行船舶的實際建造過程中，常常不會僅僅只選擇一種模塊化造船模式，通常都會結合幾種模塊化造船模式，該種方法在造船行業(yè)和使用人員中，已經(jīng)得到了廣泛的認可。

2.采用AVEVA MARINE 12.1 設計軟件

通過現(xiàn)代化的模塊化造船模式，船廠得到總布置圖和初步的結構圖紙，按照船廠的建造能力和標準劃分分段布置圖，同時設計公司拿到船廠提供的圖紙后，可結合初步的結構圖紙，進行詳細設計，從而實現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低。船舶設計階段的劃分與生產(chǎn)設計的銜接把生產(chǎn)設計納入船舶設計工作范圍，并認為生產(chǎn)設計是船舶設計的擴展或其中的一個階段。在這種認識下，船舶設計始于船舶總體功能和系統(tǒng)設計，最終是按區(qū)域/階段/類型完成的生產(chǎn)設計。

在AM系統(tǒng)中每個專業(yè)領域都能使用本專業(yè)專用的應用程序來最高效地完成建模工作，通過模型的建立發(fā)現(xiàn)設計圖紙中隱藏的局部存在干涉的問題，通過船體、舾裝（管系&設備&電氣）等相關專業(yè)的協(xié)調(diào)解決圖紙中隱藏的問題，船舶結構設計人員通過模型的建立發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的解決方案進行結構的局部優(yōu)化，從而提高生產(chǎn)效率，避免后期建造過程中的補救措施。

采用AM軟件對圖形的開發(fā)，主要是進行輸出施工圖、制作圖及安裝圖的二次開發(fā)，保證輸出的所有圖紙均能滿足船舶詳設、施工圖紙方面的要求。已經(jīng)開發(fā)的自動標注圖形的功能，能節(jié)省設計人員的出圖時間，以便他們有時間進行相關的設計檢查，從而促進設計質(zhì)量的提高。已經(jīng)開發(fā)的零件圖紙表，使圖像的信息內(nèi)容更加全面，從而方便了施工的進行，從而提高施工效率。通過裝配、焊接模塊的使用，使裝配的相關內(nèi)容得以方便的進行，同時減少焊接的工作量，從而提高生產(chǎn)效率，使造船的船體結構更加精益化。

三、尋找最優(yōu)的船體結構設計

目前，船廠對造船質(zhì)量提出了越來越高的要求，舊的的方法已無法滿足現(xiàn)在的質(zhì)量要求，所以應優(yōu)化原標準節(jié)點的設計。通過數(shù)字化的造船理念完善船舶模型的建造，通過軟件導出船舶建造過程中的施工圖紙來替代靠老舊的出圖方式無縫過渡到詳細設計，能1：1的還原船舶建造的所需的材料和空間問題，使船舶性能計算和結構計算能更貼近建造船舶性能的要求。

四、 結語

總之，應不斷地學習先進的造船技術，優(yōu)化船體結構設計，同時通過生產(chǎn)導向思想的引入，改變了船體設計人員的設計理念，他們會更加積極主動地去探究船體結構節(jié)點優(yōu)化措施，很大程度上調(diào)動了其主觀能動性，從而能設計出具有最優(yōu)結構的船舶。與此同時，在進行現(xiàn)場施工中，如果遇到問題，相關人員會主動進行實驗，從而找到相應的解決方法，極大地提高了現(xiàn)場施工的質(zhì)量及效率。因此，生產(chǎn)導向的船體結構設計值得推廣應用。

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