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

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

建造經濟性是船舶設計工作的重要課題。船舶的建造經濟性涉及三個基本因素:建造成本、運營開支、運營收入。設計中的技術措施是否恰當,決策正確與否,對船舶的建造經濟性會產生很大影響。設計時必須把建造經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)和新技術的采用無一不是受經濟因素的刺激。經濟是技術發(fā)展的基礎和動力,技術是實現(xiàn)經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,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

根據船廠的特點和條件,按照船舶建造的技術、設備、設施方案、工藝要求、流程、生產管理等情況,設計和繪制施工圖紙。生產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,生產設計相當于在計算機上預演完成船舶建造的全過程。生產設計的詳細、完整、深入程度對提高船舶建造質量、縮短船舶建造周期、提高生產效率有很大影響。

系統(tǒng)設備模塊化設計是為了使生產部門得到詳細的生產圖紙,以提高生產效率,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進行了模塊化安裝,生產部門可以規(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

設計是一種技術實踐活動,目的是解決所面臨的問題,使生產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,同時還需要結合生產現(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,設計人員需要結合設計特點與生產部門進行技術交流。

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、可移動的結構形式;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、可移動結構形式;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,可以避免生產過程中的盲目性,在很大程度上提高設計質量和生產效率,給船廠帶來較大的經濟效益。

▲圖2 管道系統(tǒng)分層布置