論模塊化設計在船舶工程中的應用

□ 張 斌

湖南常德達門船舶有限公司 湖南常德 415001

1 模塊化設計概述

模塊化設計理念產(chǎn)生于新時代,船舶工程采用模塊化設計,能夠縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期,提高效率。

建造經(jīng)濟性是船舶設計工作的重要課題。船舶的建造經(jīng)濟性涉及三個基本因素:建造成本、運營開支、運營收入。設計中的技術(shù)措施是否恰當,決策正確與否,對船舶的建造經(jīng)濟性會產(chǎn)生很大影響。設計時必須把建造經(jīng)濟性放在十分重要的地位來考慮。縱觀現(xiàn)代船舶的發(fā)展,新船型的出現(xiàn)和新技術(shù)的采用無一不是受經(jīng)濟因素的刺激。經(jīng)濟是技術(shù)發(fā)展的基礎和動力,技術(shù)是實現(xiàn)經(jīng)濟目的的手段和工具,兩者互相滲透,互相推動。

模塊化設計工作所需的技術(shù)資料是保證設計工作順利開展和進行的必要條件,也是保證設計質(zhì)量的重要因素。船舶是一個復雜的系統(tǒng),設計中的矛盾很多,船舶模塊化設計工作的一項重要內(nèi)容就是通過系統(tǒng)分析、綜合考慮,提出合理的解決方案。在船舶模塊化設計工作中,無論是全局總體設計還是某項局部設計,出現(xiàn)問題都不能就事論事予以修改,不顧前后左右的影響,否則會給設計帶來更多的矛盾和問題。因此,在進行船舶模塊化設計之前,作為一名設計人員,需要對輸入的信息做到心中有數(shù),具體包括系統(tǒng)原理圖、整船基本布置圖、人孔布置圖、艙室布置圖等。對模塊化系統(tǒng)管件、支撐件,需要有合理的布置。通常船舶模塊化設計遵循的思路為:定義系統(tǒng)設備模塊,設計機艙地板模塊,管道分層布置, 完成管道設計,設計基座支撐架,在三維軟件中進行管道布置,對管道添加支撐架。

2 系統(tǒng)設備模塊化設計

根據(jù)船廠的特點和條件,按照船舶建造的技術(shù)、設備、設施方案、工藝要求、流程、生產(chǎn)管理等情況,設計和繪制施工圖紙。生產(chǎn)設計的詳細程度要求很高,要能反映組裝和管理的要求。因此,生產(chǎn)設計相當于在計算機上預演完成船舶建造的全過程。生產(chǎn)設計的詳細、完整、深入程度對提高船舶建造質(zhì)量、縮短船舶建造周期、提高生產(chǎn)效率有很大影響。

系統(tǒng)設備模塊化設計是為了使生產(chǎn)部門得到詳細的生產(chǎn)圖紙,以提高生產(chǎn)效率,節(jié)約成本。在進行系統(tǒng)設備模塊化設計時,要考慮盡可能將更多的泵、管道、閥門等部件組合在一起,最終形成一個便于運輸和安裝的緊湊單元。鑒于很多管道在安裝之前就已經(jīng)進行了模塊化安裝,生產(chǎn)部門可以規(guī)避船上安裝空間狹小帶來的困擾,同時也能夠減少現(xiàn)場測量、安裝的工作量,大大提高安裝效率。模塊化設計的系統(tǒng)設備如圖1所示。

3 機艙地板模塊化設計

設計是一種技術(shù)實踐活動,目的是解決所面臨的問題,使生產(chǎn)具有可操作性和簡便性。設計同時也是施工前的模擬和檢驗。因此,設計除需要科學知識外,還需要工藝和技巧知識,同時還需要結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況,否則設計的圖紙不具有可操作性。在進行機艙地板模塊化設計之前,設計人員需要結(jié)合設計特點與生產(chǎn)部門進行技術(shù)交流。

機艙地板模塊化設計包括機艙區(qū)域和機艙地板下管道兩方面,是船舶模塊化設計中難度最大的部分,直接關系到生產(chǎn)效率和建造周期。

▲圖1 模塊化設計系統(tǒng)設備

(1) 機艙區(qū)域模塊化設計。機艙區(qū)域是整個船舶的核心,是設備、管道、閥門等部件布置最為密集的區(qū)域。機艙區(qū)域在進行模塊化設計時,要綜合考慮所有相關的管道布置。機艙區(qū)域模塊化設計包括:① 定義地板層的高度,地板層之間的臺階高度一般保持為250 mm,機艙地板之上的凈空距應大于2 200 mm;② 根據(jù)機艙布置圖定義整個機艙區(qū)域模塊的主要輪廓;③ 定義縱向的框架,此處應注意設計人孔和需要進行維護操作的區(qū)域,設計為可拆、可移動的結(jié)構(gòu)形式;④ 定義橫向的框架,為了提高地板材料的利用率,橫向尺寸應該和地板尺寸匹配,機艙地板采用鋁制防滑花紋地板,橫向框架需要和縱向框架保持同一高度,在人孔和需要維護操作的區(qū)域,橫向框架也需要設計為可拆、可移動結(jié)構(gòu)形式;⑤ 定義地板,為了提高地板利用率,減少地板裁剪,避免形狀復雜,通常從機艙中間或者機艙艙壁處開始布置。

(2)機艙地板下管道模塊化設計。在進行管道系統(tǒng)模塊化設計時,對機艙地板下管道進行分層布置。通常情況分為三層。最下面一層為尺寸較大的管道,如艙底水管、冷卻水管等。第二層為尺寸中等的管道,如注入管、測深管、透氣管等。最上面一層布置小管道和一些可選系統(tǒng)的管道,如燃油、潤滑油、液壓、加熱等管道。分層布置可以使管道在機艙內(nèi)有序布置,在進行地板模塊化設計時能夠合理提供管道支撐。

機艙地板模塊化設計不僅能很好地協(xié)調(diào)相關系統(tǒng)的合理布置,而且可以提高船舶的舾裝率,降低工人的勞動強度,減少船舶在建造過程中的重復修復工作,節(jié)約勞動成本。管道系統(tǒng)分層布置如圖2所示。

4 結(jié)束語

船舶工程模塊化設計是模塊化造船的要求,在船舶設計領域具有先進性和可操作性,以計算機輔助設計為依托,以模塊化總裝為目的。對系統(tǒng)設備等進行模塊化設計,可以避免生產(chǎn)過程中的盲目性,在很大程度上提高設計質(zhì)量和生產(chǎn)效率,給船廠帶來較大的經(jīng)濟效益。

▲圖2 管道系統(tǒng)分層布置