船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)在分段制作中的處理運(yùn)用

杭昊

摘 要：船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造是一個(gè)非常復(fù)雜而且工程量龐大的過程，而船體分段制作則是龐大工程中最基礎(chǔ)的部分，分段制作質(zhì)量以及效率直接影響到整船的建造周期。本文就船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)在分段制作階段的處理運(yùn)用淺談下自己的理解，希望能夠促進(jìn)設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)更好的融合，真正做到設(shè)計(jì)指導(dǎo)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)設(shè)計(jì);分段制作;處理運(yùn)用

1船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要分為三個(gè)階段：基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)。

1.1基本設(shè)計(jì)

基本設(shè)計(jì)即預(yù)算報(bào)告的生成，這是船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第一步，需要將最初的規(guī)劃方案呈現(xiàn)出來，主要包括設(shè)計(jì)框架的構(gòu)建和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的分析。首先要做出船體結(jié)構(gòu)的草圖，在草圖的基礎(chǔ)上根據(jù)預(yù)案和技術(shù)水平選擇各部件的材料、型號(hào)，并形成一個(gè)相對(duì)成熟的預(yù)算報(bào)告。

1.2詳細(xì)設(shè)計(jì)

詳細(xì)設(shè)計(jì)主要是對(duì)船體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)出的船體結(jié)構(gòu)符合實(shí)際需求，明確所需材料的具體型號(hào)，形成一個(gè)符合要求并具有安全性、實(shí)用性的方案，并報(bào)船級(jí)社審批。

1.3生產(chǎn)設(shè)計(jì)

最后的生產(chǎn)設(shè)計(jì)即將詳細(xì)設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)換為滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的指導(dǎo)性文件以及施工圖的過程，即設(shè)計(jì)語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)語(yǔ)言，使得施工順利進(jìn)行并充分的完成預(yù)想的設(shè)計(jì)方案。

2船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段圖紙的主要構(gòu)成

主要分為指導(dǎo)性文件和施工圖兩大類，其中指導(dǎo)性文件包含分段劃分圖、分段搭載網(wǎng)絡(luò)圖、分段余量檢驗(yàn)線分布圖、船體節(jié)點(diǎn)手冊(cè)等;施工圖包含分段工作圖、分段型材下料圖、分段板材套料圖、分段零件明細(xì)表、分段拼板圖、分段加工圖、分段材料清單、分段焊材定額表、分段組立圖、分段焊縫追溯圖、分段預(yù)密性試驗(yàn)圖等。總的來說，各船廠結(jié)合自身的工位特點(diǎn)，按工位出圖，實(shí)現(xiàn)流水劃分段制作是大勢(shì)所趨。

3船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)在分段制作流程中的運(yùn)用

3.1分段的裝配制作流程策劃

生產(chǎn)設(shè)計(jì)開始出圖之前，設(shè)計(jì)主管會(huì)根據(jù)分段劃分圖對(duì)分段進(jìn)行分類，并對(duì)不同類型分段進(jìn)行制作流程策劃，包含小組立、中/大組立階段的片體劃分以及安裝順序，擬出策劃初稿并召集生產(chǎn)部門相關(guān)人員進(jìn)行開會(huì)討論并形成會(huì)議紀(jì)要，修改分段模型并繪制分段裝配流程圖，此圖包含在分段工作圖中下發(fā)，同時(shí)也作為設(shè)計(jì)員進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)出圖的指導(dǎo)文件，設(shè)計(jì)員根據(jù)裝配流程圖的要求在設(shè)計(jì)軟件中編寫對(duì)應(yīng)船體結(jié)構(gòu)的流向代碼并在下料圖紙中進(jìn)行生成。

3.2分段結(jié)構(gòu)零部件流向化管理

生產(chǎn)設(shè)計(jì)結(jié)合船廠的實(shí)際資源以及工位布置，將分段制作的涉及的每道工序轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的代碼，在分段制作板材以及型材下料階段，根據(jù)下料圖上顯示的零件流向代碼，在對(duì)應(yīng)零件上進(jìn)行代碼標(biāo)識(shí)，集配人員根據(jù)零件上標(biāo)識(shí)的流向代碼將零件流入分段制作的各個(gè)工序，

根據(jù)代碼標(biāo)識(shí)的排列順序?qū)崿F(xiàn)各工序間的轉(zhuǎn)序?qū)印?/p>

3.3分段板材套料合理性優(yōu)化

板材套料切割作為分段制作的先行工序，包含零件數(shù)控切割以及坡口過渡斜開設(shè)等零件端部邊緣的處理加工作業(yè)。從前板材切割多數(shù)注重材料利用率而忽視的材料的切割效率以及零件下料質(zhì)量，導(dǎo)致大量的過橋切割造成的零件損傷，超長(zhǎng)的切割行程，導(dǎo)致板材在切割過程中產(chǎn)生變形，大大的降低了零件切割的精度，為后道工序的制作留下隱患。生產(chǎn)設(shè)計(jì)鑒于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)以及跟現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的有效溝通與反復(fù)試驗(yàn)，提出了“小件套料”的優(yōu)化方案，即板材套料圖中基本只套主要構(gòu)架板材零件，分段結(jié)構(gòu)中常規(guī)的肘板、補(bǔ)板等小規(guī)格零件不直接參與主板套料，將主板套料后產(chǎn)生的余料進(jìn)行編號(hào)，選取合適的編號(hào)余料用小型切割機(jī)進(jìn)行小規(guī)格零件的切割，這樣大大提升了分段板材套料切割的效率，同時(shí)也提高了零件的下料質(zhì)量與精度，減少后道工序的返工。

3.4分段制作板縫的合理化布置與坡口形式設(shè)計(jì)

前面提到，詳細(xì)設(shè)計(jì)是針對(duì)船體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，但對(duì)于結(jié)構(gòu)板縫的布置，詳細(xì)設(shè)計(jì)基本上還只局限于區(qū)分板厚區(qū)間，顯示有具體板厚差位置的焊縫，生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段則是對(duì)分段各板架進(jìn)行整體板縫排板布置，還考慮到如下幾點(diǎn)：

（1）排板縫的寬度盡可能做到統(tǒng)一，或者減少不同寬度的種類，提高鋼材的請(qǐng)購(gòu)效率以及板材的利用率。

（2）減少或避免T字型拼板縫，確保拼板縫焊后可以均勻收縮。若確實(shí)要布置多處T字型拼板縫，可以將整塊板架分成多部分進(jìn)行預(yù)拼，將T字型接頭位置板縫最后拼接，對(duì)應(yīng)拼接縫開設(shè)C02氣體保護(hù)焊打底埋弧自動(dòng)焊填充蓋面的坡口形式，減少拼板翻身次數(shù)，同時(shí)也盡可能的使用高效設(shè)備進(jìn)行焊接。

（3）針對(duì)厚板區(qū)域，盡可能減少板縫布置，若確實(shí)要布置拼板縫，需要考慮雙面坡口的設(shè)計(jì)，根據(jù)船廠的實(shí)際焊接設(shè)備參數(shù)，選取合理的坡口角度和正反坡口深度及其留根大小，在保證焊縫質(zhì)量的前提下盡可能的降低焊接填充量和焊接變形。

（4）中/大組立階段片體組裝板/結(jié)構(gòu)接縫，需要根據(jù)分段的裝配流程圖，確定坡口的開設(shè)形式，原則上要減少仰焊，盡量采用平焊以及橫焊的坡口形式。

3.5曲面加工件的數(shù)據(jù)優(yōu)化

在船體分段劃分中，有相當(dāng)比重的線型分段，其大多分布在船體首尾以及舭部舷側(cè)等部位，曲面加工的類型也按加工方法主要分為型材肋骨冷彎加工，筒體三/四星輥卷圓，單曲外、面板液壓機(jī)利用加工樣冷加工，雙/三曲線型外板液壓機(jī)利用加工樣冷加工+火工處理。按照不同的加工方法生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員提供不同的加工數(shù)據(jù)。

（1）型材肋骨冷彎加工，設(shè)計(jì)人員主要提供逆直線數(shù)據(jù)，根據(jù)肋骨的線型變化幅度，確定逆直線的段數(shù)以及型值間隔，確保現(xiàn)場(chǎng)劃出的肋骨曲線與盡可能與肋骨實(shí)際線型貼合。

（2）筒體卷圓主要考慮到加工設(shè)備對(duì)卷圓板寬度內(nèi)徑板厚等參數(shù)的制約，生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員需提前深入生產(chǎn)調(diào)研加工能力，優(yōu)化加工件規(guī)格，壓頭的加放量等參數(shù)，盡量確保現(xiàn)場(chǎng)加工能力的最大化利用。

（3）單曲外、面板的加工，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)前期優(yōu)化模型的時(shí)候，需盡可能的將單曲的曲線優(yōu)化成規(guī)格不多的近似內(nèi)徑，根據(jù)船廠的經(jīng)驗(yàn)積累，提前準(zhǔn)備相應(yīng)規(guī)格內(nèi)徑的加工樣，這樣可以大大提高單曲板的加工精度和加工效率。

（4）雙/三曲線型外板的加工，設(shè)計(jì)人員一般考慮提供加工樣箱數(shù)據(jù)，模擬出外板加工后的曲面扭勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)利用加工樣箱進(jìn)行外板加工，優(yōu)先冷加工扭勢(shì)大的方向，后利用火工加工扭勢(shì)小的方向。針對(duì)雙/三曲扭勢(shì)特別大的，設(shè)計(jì)人員需要考慮將板片劃小加工，減少單塊板的加工線型，降低其加工難度。

3.6組件/分段吊裝耳板嵌入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

分段制作以及安裝過程離不開吊裝作業(yè)，一般做法為吊耳設(shè)計(jì)，隨著分段制作節(jié)奏加快以及制作質(zhì)量的要求的不斷提高，一部吊耳可以以分段框架開孔貼重磅板的形式來實(shí)現(xiàn)，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)已經(jīng)固化的分段裝配流程，結(jié)合生產(chǎn)資源，考慮分段片體的吊裝方案并在結(jié)構(gòu)上開孔布置吊點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求考慮后期是否封堵。這種做法的好處可以大大降低吊耳的安裝成本，減少后續(xù)拆除吊耳對(duì)分段油漆的破壞，提高了艙室結(jié)構(gòu)施工的完整性。

3.7關(guān)于線型分段的建造方法以及相應(yīng)方法需要的設(shè)計(jì)支持

根據(jù)分段外板線型可以簡(jiǎn)單將分段劃為平面分段和曲面分段，其中曲面分段的制作難度從零件加工，曲面板骨材劃線裝配，還是后續(xù)中、大組階段片體的安裝精度與焊接等方面，都大大高于平面分段，目前關(guān)于曲面分段有如下幾種建造方法。

（1）制作正切胎架，此方法根據(jù)分段正切狀態(tài)外板型值確定支撐豎直高度并按照1米*1米間距（一般情況）分布支撐位置完成胎架制作，此方法優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)安裝吊線定位方便，技術(shù)只需要提供相應(yīng)胎架型值，利于精度控制;缺點(diǎn)是胎架制作型值較高，制作人工花費(fèi)較多，除活絡(luò)胎架外，一般不可重復(fù)利用，分段制作成本大。

（2）另外一種方法，主要是針對(duì)帶甲板的曲面分段，可以利用甲板為基面反造，先安裝分段內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)，最后外板散貼或者預(yù)拼成若干片后逐個(gè)散貼，此方法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約的胎架的制作成本，技術(shù)需要提供相應(yīng)主框架的地樣數(shù)據(jù)，主框架定位難度低;缺點(diǎn)是外板散貼后與內(nèi)部結(jié)構(gòu)多為仰焊，焊接難度大，外板線型精度不易控制，分段制作收尾時(shí)間長(zhǎng)。

（3）制作斜切/雙斜切胎架，此方法根據(jù)分段外板曲面線型走勢(shì)，將曲面分段盡可能平躺制作，此方法優(yōu)點(diǎn)是利于分段外板線型的精度控制，同時(shí)有能降低胎架的型值，降低胎架的制作工作量，且利于人員施工安全;此方法的難點(diǎn)在于需要技術(shù)提供詳盡的結(jié)構(gòu)劃線數(shù)據(jù)以及安裝角度，準(zhǔn)確的分段投影地樣數(shù)據(jù)，主框架板角以及硬檔位置的現(xiàn)場(chǎng)吊線控制數(shù)據(jù)以及控制方法，要求設(shè)計(jì)人員對(duì)于精度控制的理解要求能力較高。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)細(xì)化到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，本文僅僅是個(gè)人一些工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。結(jié)合船廠各自的特定，從設(shè)計(jì)走進(jìn)生產(chǎn)，再?gòu)纳a(chǎn)回歸設(shè)計(jì)，需要長(zhǎng)期的實(shí)踐總結(jié)與沉淀，才能逐漸形成適合船廠自身的生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程。

參考文獻(xiàn)：

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