生產導向的船體結構設計研究及應用分析

毛棟亮

摘要：在船體結構設計中，三維設計是一個重要的方向。從專業的角度看，船體結構設計與船舶安全密切相關，是質量要求方面的關鍵環節。在造船領域，隨著船體結構設計方法的應用，造船質量得到了顯著提高，生產效率得到了提高，對整個造船業的發展具有深遠的意義。在此基礎上，介紹了面向生產設計的概念，對船體結構設計進行了分析和探討，并提出了相應的優化措施。

關鍵詞：生產導向；船體；設計

1介紹生產導向設計的概念

生產導向設計的主旨為在節約的前提下，通過提高生產效率，以實現生產成本的降低。

2采用先進的模塊化建造模式優化船體結構設計

隨著信息技術的飛速發展，造船業采用了數字化造船技術。同時，船舶設計、建造和管理的數字化水平已成為提高其核心競爭力的關鍵因素。數字模塊化造船技術可以進一步降低生產成本，同時大大提高生產效率，從而加快造船業的發展，模塊化造船技術在未來將有更廣泛的應用。

船舶模塊化的含義是將船舶分段或分段分解成多個獨立的建筑單元，并將這些分解后的獨立模塊系統地與其他單元一起構成一個完整的系統過程技術日志。通過模塊化設計，大大縮短了設計周期，節約了船舶建造成本。船舶模塊化設計的具體過程與積木的設計過程非常相似。它需要結合不同的需求和要求來完成裝配。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。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。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和使用人員中，已經得到了廣泛的認可。

3生產導向的設計在船體結構設計中的應用

3.1船體結構分 段的劃分

（1）舯剖面設計的分段劃分考慮。船體結構設計通常在生產設計開始前才考慮分段劃分。生產導向的船體結構設計則在第一份舯制面結構圖的設計開始時就要考慮到分段的劃分，根據生產現場實際情況做縝密的考慮。50500DWT化學品/成品油船的設計較以往設計的29000DWT化學品/威品油船和51800DWT冰級IA化學品/成品油船更注重在基本設計和詳細設計階段就結合生產現場實際情況考慮分段劃分。因此在設計中就根據分段重量、分段尺寸、分段結構剛性、吊車的能力和場地限制等基本因素不斷調整板寬和板厚的區域設置來達到最優的設計。另外詳細設計中咨詢放樣人員對結構排板的建議，反饋到詳細設計送審的圖紙中，這種方式對提高鋼材利用率很有好處，這樣的設計方式只有本公司自已承擔船體結構詳細設計時才能做到。

（2）舭部內側板大接縫考慮。50 500DWT化學品/成品油船的底部分段和舭部分段的分段劃分在詳細設計階段就考慮大接縫的連接和布置，以前是將邊縱桁帶在底部分段上，現在新的分段劃分將邊縱桁帶在舭部分段上。以往在內殼斜板、內底板、邊縱桁的連接處采用在大合攏時增加補板的形式，而在50500 DWT化學品/成品油船上設計成開切口的形式，這樣大合攏時可以直接焊接，減少了工作量。下平臺與內殼及內殼斜板的連接，50 500 DWT化學品/成品油船設計時船檢要求設計成下平臺伸出與內殼進行角焊縫的連接，以往的船都是設計成內殼連續的形式，同施工部門商量還是采用內殼連續的形式，寧愿增加肘板作適當的加強。這種設計方式能減少一條縱向的深溶焊，另外也能減少貨油艙特涂時對焊縫的打磨工作量，還有就是減少了現場的結構對接校準I作量，因此綜合效益比較明顯。

（3）縱橫壁墩相交處十字板的處理?？v橫壁墩相交處的十字板，以往設計是將其作為大合攏嵌人板考慮。這樣大合攏時的工作量和施工環境都非常差。50 500 DWT化學品/成品油船設計時，根據結構尺寸的計算結果在詳細設計階段就考慮板寬和板縫的位置，盡量保證該十字板板寬最少，同時又能在中合攏階段就完成十字板的裝配工作，并最終達到預期的結果。

（4）機艙底部桁材結構形式改進。

50 500 DWT化學品/成品油船機艙底部分段的劃分在詳細設計階段，施工部門根據初步的分段劃分圖提出部分狹窄位置的開孔桁材不利于現場施工，希望改進，由于在詳細設計階段提出，就可以根據實際的情況修改原來的開孔板結構形式，重新設計成型材加肘板的形式以滿足施工的要求。

（5）分段結構剛性和臨時加強考慮。

50 500 DWT化學品/成品油船在詳細設計階段提前綜合考慮了分段的剛性和臨時加強的問題，采用對分段重量增加不是很多但對提高分段的剛性作用很大的結構形式。

3.2綜合性的生產 導向設計運用

（1）貫穿孔補板設計。船體結構設計中的補板單塊重量雖然很小，但整條船補板的數量很多，施工的工作量很大，因此對補板的設計也需給予關注。50 500 DWT化學品/成品油船詳細設計階段就考慮補板是否需要增加或者采用替代的結構形式來減少補板的數量。

（2）通焊孔設計。盡可能將通焊孔設計為切角的形式或者采用不帶通焊孔形式的貫穿孔也是應對PSPC的- -種有效措施，這樣可以提高涂層達標的要求，同時這種設計也能減少現場施工包角焊的工作量。

（3）扶強材端部形式考慮。扶強材端部不與其他構件產生聯系，能夠極大減少構件對接的工作量和減少電焊的工作量，方便現場的施工。船體結構開孔的加強和船體結構板的屈曲加強等，盡量采用扁鐵兩端削斜的形式。詳細設計階段要有這種方便現場施工的意識。

（4）肘板標準化和統-化的設計。肘板的作用是增加構件端部的剛性并起到連接作用，此外肘板也能增加兩個構件結合部強度并且可納人所附構件有效跨距的計算。一條船肘板的數量也是非常多，因此怎樣合理使用和設計肘板非常重要。50500DWT化學品/成品油船是要滿足其同規范的船舶。共同規范對肘板的要求比以前更加高，除了以往的板厚和自由邊加強及尺寸的要求外，對肘板的屈曲強度提出了更高的要求。50 500DWT化學品/成品油船的設計中，根據計算公式，采用適當增加肘板的厚度來代替肘板增加面板和自由邊扶強，這種設計節約了制作時間和簡化了結構設計；肘板的自由邊最好設計成弧形，這種設計可以適當調整肘板圓弧的半徑大小來滿足肘板的強度要求，另外可以起到減少結構重量的目的。

結語

生產導向的船體結構設計很切實地結合生產現場建造慣例和工藝要求，相對來說只有本公司自已承擔詳細設計的船舶更有條件在詳細設計階段去考慮這些問題，這與我們在生產設計階段考慮的問題是不同的。生產設計的重點是提高設計圖紙的現場完整性，努力將現場的設計修改降低到最低水平，減少現場的損失。因此我們應該有不斷改進和不斷提高設計水平的意識來減少材料費和人工費用，以提高造船綜合競爭力。

參考文獻

[1]胡杰.基于模塊化設計的艦船結構模塊劃分方法及仿真研究[D].江蘇科技大學，2010.

[2]容術昌，朱成平.船體結構節點優化設計[J].廣船科技，2012（2）：4-9.

（作者單位：大連中遠海運重工有限公司）