基于TRIBON系統(tǒng)的船舶機艙單元生產(chǎn)設計

趙建宇，袁 通

(中海工業(yè)(江蘇)有限公司，江蘇 江都 225200)

0 引言

在經(jīng)歷全球金融危機之后，造船訂單量銳減，如何提高生產(chǎn)效率，控制生產(chǎn)成本，縮短造船周期等問題得到了越來越多船廠的重視。近幾年，在我國以中間產(chǎn)品為導向，殼、舾、涂一體化，設計、生產(chǎn)、管理一體化的現(xiàn)代造船模式正逐步形成，而機艙區(qū)域?qū)嵭袉卧A裝已成了提高生產(chǎn)效率，推進現(xiàn)代化造船模式的重要手段之一。

船舶機艙區(qū)域通常空間較小，設備布置集中，70%輪機系統(tǒng)近萬米的管子布置于此，同時各專業(yè)交織在該區(qū)域，是整個船舶生產(chǎn)設計最復雜、難度最大的地方。在實際船舶生產(chǎn)過程中，該區(qū)域也是生產(chǎn)工種最集中、物料最集中、生產(chǎn)周期最長的區(qū)域，所以對機艙區(qū)域生產(chǎn)設計質(zhì)量和設計工藝的要求越來越高。進一步研究機艙區(qū)域單元的設計，有利于提高造船生產(chǎn)效率，降低造船成本，同時對優(yōu)化工人作業(yè)條件，節(jié)約生產(chǎn)工時也有非常重要的意義。隨著數(shù)字化造船理念的提出，TRIBON系統(tǒng)在船舶設計領域得到了廣泛應用，該軟件系統(tǒng)將船體、舾裝、機電各專業(yè)生產(chǎn)設計集于一體，根據(jù)在計算機中建立數(shù)字模型，對各專業(yè)進行同比例模型建立，實現(xiàn)了船舶模擬建造及專業(yè)間干涉檢查，為優(yōu)化生產(chǎn)設計，提高生產(chǎn)設計質(zhì)量提供了基礎。本文對運用TRIBON系統(tǒng)進行機艙區(qū)域單元生產(chǎn)設計進行研究，對單元的設計流程、設計方法和設計要點進行分析。

1 單元設計的形成和概念

單元的概念是指將船上的管路、設備、鐵舾件、電裝件等按照不同的區(qū)域、不同的功能進行分塊劃分、分塊設計，劃分好的每一塊相對獨立部分就是單元。作為一種工藝方法，單元設計的目的在于通過改變生產(chǎn)過程中的條件，運用成組技術，將以往大量在船內(nèi)散裝的管路、設備、鐵舾件等，提前在地上或廠房里進行組裝，形成一個個單元。

2 單元的成本組成

引進單元的目的是為了降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。單元的建造成本組成分為直接成本和間接成本。直接成本包括:作業(yè)人員工資a·MH，場地使用費b·Amax·T，吊車使用費c·CL，焊接材料消耗，水、電等能源消耗。其中:MH為生產(chǎn)工時，A為占用面積，CL為吊車負荷，T為生產(chǎn)設計期限，a為工時工資系數(shù)，b場地費用系數(shù)，c為吊車費用系數(shù)，r為作業(yè)人員負荷，l為吊車負荷，d為焊材、水電能耗，Cost為單元生產(chǎn)成本。間接成本有管理費等。

對于單元生產(chǎn)成本各因素用下式表示:

由上式可見，單元生產(chǎn)成本與生產(chǎn)工時、占用面積和吊車負荷有正比關系。機艙整體生產(chǎn)成本與生產(chǎn)工時、占用面積和吊車負荷也是正比關系。單元是指提前在內(nèi)場完成的成組管束或設備模塊，實際產(chǎn)生的生產(chǎn)工時和吊車負荷都遠比區(qū)域散裝小得多，所以單元的設計和生產(chǎn)對于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率有重要的作用。另外，單元應用范圍越大，設計單元化程度越高，起到的降本增效的作用越大，這也是進行機艙單元設計的基本出發(fā)點。

3 單元的分類

通常將單元基本分2大類:功能性單元和區(qū)域性單元。功能性單元是包含一定的設備在內(nèi)，具備一定獨立功能，并圍繞著所包含的設備進行。這類單元設計主要應用于機艙單元的設計中，如目前應用較廣泛的分油機單元，通常將分油供給泵、分油機、加熱器、管路閥組和控制系統(tǒng)集成為具有獨立功能的分油機模塊;再如滑油冷卻系統(tǒng)中，將滑油冷卻器和濾器、管路、閥件、底座進行組裝設計成一體，實現(xiàn)一定的功能。而在機艙單元的設計過程中除圍繞設備設計的功能單元外，還有部分按區(qū)域劃分的單元，常見的有機艙底部主機周圍花鋼板單元、發(fā)電機平臺單元、油艙柜加熱單元、分段反裝單元等。

4 機艙單元的設計流程

關于機艙單元的設計，目前應用較廣泛的方法是設計前，根據(jù)設備布置情況進行單元規(guī)劃，在生產(chǎn)設計建模結(jié)束后，再由實際情況劃分單元。這種做法常常使單元設計不能充分考慮合理性，且后期單元修改也需花費較多時間。經(jīng)過幾條船的生產(chǎn)設計實踐探索和總結(jié)，合理的機艙單元的生產(chǎn)設計流程如圖1所示。

4.1 設計資料準備階段

設計資料準備階段主要是要做好圖紙準備工作。開始設計前由輪機專業(yè)牽頭將以下詳細設計相關圖紙準備好:管系原理圖、機艙布置圖、總布置圖、船體線型圖、肋骨線型圖、船體基本結(jié)構(gòu)圖、相關區(qū)域布置圖，同時主干電纜走向圖、通風布置圖、機艙通道布置圖等也需在該階段準備充分。

4.2 機艙整體規(guī)劃階段

機艙整體規(guī)劃階段工作重點是由管裝進行機艙各層管路走向規(guī)劃。在規(guī)劃過程的同時核對設備外形，此過程可根據(jù)不同的情況對需規(guī)劃的管徑進行規(guī)定，一般選擇DN50 mm以上進行規(guī)劃。在規(guī)劃管路走向時，需注意設備布置的合理性，如同一系統(tǒng)設備布置盡可能近，同時注意管路走向的層次布置，與其他相關專業(yè)干涉情況，協(xié)調(diào)確定通道空間、設備布置、主要管路走向、電纜走向方案。

4.3 單元規(guī)劃階段

單元規(guī)劃階段是在機艙整體規(guī)劃結(jié)束后，對機艙功能單元、區(qū)域單元進行規(guī)劃。其主要方法是對相近設備，或同系統(tǒng)設備進行單元規(guī)劃。根據(jù)以往經(jīng)驗，對應用成熟的機艙單元優(yōu)先考慮，如鍋爐供油單元、主機滑油冷卻單元、中央冷卻器單元等。一般對于機艙功能性單元具體規(guī)劃方法是，將相關設備根據(jù)管路走向調(diào)整布置位置，使管路設計最短，彎管最少;設計閥件布置密集的管路時應進行閥組設計。如設計46000 DWT散貨船的艙底泵組單元時，考慮到機艙底層空間狹小，而艙底系統(tǒng)是機艙底層系統(tǒng)最復雜的系統(tǒng)之一，泵進出口的閥件多，管路復雜，所以在設計時考慮泵同向布置，使管路布置最短，閥件成組易操作。46000 DWT散貨船的艙底泵組單元圖如圖2所示。

圖2 46000 DWT散貨船的艙底泵組單元圖

主機兩側(cè)、發(fā)電機平臺等采用機艙區(qū)域性單元規(guī)劃。以機艙底層主機兩側(cè)單元為例，在進行此類型單元規(guī)劃時，需清楚所有經(jīng)過該區(qū)域管路以及管路布置的空間，如標出與主機的維護空間，標出花鋼板與內(nèi)底板相對位置，將管路間距布置在法蘭距相鄰管子大于30 mm的空間。空間不允許的情況下，考慮布置兩排管路。對于管路的上下位置關系，可初步根據(jù)管路的走向?qū)⑼辖拥墓苈凡贾迷谳^高的位置，將往機艙內(nèi)底走向的管路布置在較低的位置。

4.4 生產(chǎn)設計建模階段

生產(chǎn)設計建模階段包括設備單元建模、區(qū)域單元建模和機艙完整性建模3個階段。應用TRIBON軟件各專業(yè)模塊進行生產(chǎn)設計建模工作。該階段主要是對單元規(guī)劃的檢查，通過建模布置，檢查規(guī)劃的正確性、合理性，確定單元的外接口位置。該階段的方法是先進行已規(guī)劃單元的放樣、布置，再對剩余分散管路放樣，完成機艙管路完整性建模，最后完成本專業(yè)建模完整性的檢查及管路支架布置工作。

4.5 單元協(xié)調(diào)劃分階段

在舾裝、輪機、電氣專業(yè)均已完成生產(chǎn)設計建模工作后，經(jīng)過專業(yè)間協(xié)調(diào)消除碰撞、干涉等設計問題，對照單元規(guī)劃，根據(jù)最終放樣情況，確定單元的數(shù)量和大小。同時，需要考慮單元制作尺寸滿足生產(chǎn)條件和吊裝條件，對管路模型、支架模型等進行單元化命名。

對于支架的劃分，即在TRIBON軟件Structure Modelling模塊中將管路支架進行優(yōu)化，組成單元組合支架，將管路支架與鐵舾平臺架子進行合并優(yōu)化，盡可能充分利用單元的支架來固定管子，同時檢查支架強度，取消多余支架。

4.6 單元模型評審階段

單元模型評審階段是指對已劃分的單元進行工藝性、合理性檢查分析。評審的主要內(nèi)容有單元劃分是否滿足生產(chǎn)條件及吊裝條件，是否方便施工和運輸。如47500 DWT散貨船機艙底層船體分段劃分線在花鋼板以上，底層單元的安裝不會對分段合攏產(chǎn)生影響;而46000 DWT散貨船機艙底層船體分段劃分在內(nèi)底板上，若單元提前安裝將對船體合攏產(chǎn)生影響。

4.7 單元封閉出圖階段

經(jīng)過最終評審后，將單元模型在Assembly Planning模塊中進行裝配計劃生成。根據(jù)生產(chǎn)需要提供單元物料托盤表、單元零件制作圖、單元支架制作圖、單元內(nèi)場安裝圖、單元外場安裝圖、單元吊裝圖等生產(chǎn)圖紙。

5 結(jié)語

單元的設計雖然增加了生產(chǎn)設計的工作量，特別是對鐵舾專業(yè)要求的提高。但單元圖紙設計好后，生產(chǎn)和制造時間大為縮短，提高了生產(chǎn)效率，大大縮短了造船周期。如我廠自57000 DWT散貨船開始，引入單元預裝的方法后，船臺周期較以往傳統(tǒng)做法節(jié)省近十天。在日本、韓國等先進造船企業(yè)，單元的設計和制造已經(jīng)廣泛應用，技術也相對成熟。

而我國船舶企業(yè)的單元設計理念還不夠先進，應用也不夠普及，這更需要加強對單元設計的研究，提高設計的質(zhì)量，推進先進單元設計技術和制造經(jīng)驗在我國造船行業(yè)的應用。

［1］鐘宏才，等.造船專業(yè)化生產(chǎn)單元模型及其作業(yè)安排優(yōu)化［J］.中國造船，2004，45(2):7 －13.

［2］鄭忠，徐鑫.船舶機艙區(qū)域單元模塊化設計的探討［J］.江蘇船舶，2006，23(4):7 －8.

［3］王華榮，池建文.模塊化造船技術發(fā)展研究［J］.艦船科學技術，2003，25(4):31 －33.