船舶电气精益设计

徐国军，董良志

(上海外高桥造船有限公司，上海 200137)

由美国次贷危机所引发的经济危机给世界经济带来了严重影响，造成了全球航运需求下降，船舶企业也深受其影响，新船订单减少，船厂间竞争愈加激烈;船东要求越来越高，船厂交船更加困难。面对这种严峻局面，船舶企业若要成功应对，唯有苦练内功，提升自身竞争力，首先要建立一支强大的研发和设计团队，开发节能环保、质量可靠、性能优良受船东欢迎的产品;其次要具有严密的产品成本控制体系，降低船舶建造成本;第三，具有一套严格的产品质量保证体系，保证船舶建造质量，只有做到以上3点企业才能在激烈市场竞争中处于不败之地。要使船舶制造达到低成本高质量的目标，需要重视船舶精益设计，通过设计手段保证船舶建造质量，缩短船舶周期，降低船舶建造成本。

船舶电气系统服务于船舶的正常安全航行，是现代船舶不可缺少的重要组成部分，它包含了船舶电力系统、照明系统、通讯导航系统、控制和监测报警系统。船舶电气设计内容较多，设备接口繁琐，在设计过程中有很多细节问题需要注意，所以精益设计在船舶电气设计中具有较大的实际意义。

1 船舶电气精益设计的内涵

在设计阶段从设备选型到出图整个设计过程，每个环节都要做到精益设计，如选用质量可靠、性能满足规格书要求的设备;按照船级社要求精心配置系统;同其他专业精心协调、精心布置设备;精心出施工图，使图纸能全面完整、详细正确地反映采购、领料和施工信息，让施工人员能够方便快捷地完成领料、设备安装、设备接线、设备调试和设备提交工作。目标是以最低的设备和材料采购成本，以最低的人力成本和最少的材料和能源消耗成本建造出质量可靠、性能优良的船舶，以获取最大的利润。电气系统的精益设计过程涵盖了设备订货、设备间接口协调、系统设计、电气专业与轮机及其他专业间协调、电气设备布置、电气设备外接线图出图的整个过程。

2 船舶电气系统设计

2.1 设备的选型和采购

1)根据建造规格书和规范的要求编写设备定购的技术要求，设备的功能不要有冗余，设备的性能和规格不高于建造规格书的要求，以控制设备采购成本。

2)技术协议签署，根据建造规格书对设备的功能、容量、材料和设备的工作环境条件要求等进行核对，对设备的电制、电压、频率、功率、输入控制信号接口及输出运行和报警接口等要在技术协议里全部反映出来，避免遗漏，以免后期产生额外加帐费用。

3)设备认可图退审，根据建造规格书和技术协议对设备的材料、油漆颜色、防护等级、安装形式、外形尺寸、电制、电压、频率、功率、输入控制信号接口及输出运行和报警接口等逐一进行核对，把设备退审意见和设备厂家配填料函所需要的电缆外径数据一同反馈给设备厂家，并做好留底备份，以便后期与厂家进行核对。

2.2 精心选用电缆，降低电缆的采购成本

1)根据电缆敷设区域合理选择电缆类型，如敷设在上建区域的照明系统电缆 (两端都在上建区域)可选用不带铠装二芯+接地类型，这样既满足该区域对敷设电缆的要求，降低了电缆采购成本，又省掉了铠装电缆的保护接地，同时又能保证照明设备能安全接地。又比如有些电气设计过多的选用防火电缆，按照规范要求只有穿越高失火区域的电缆才需要选用防火电缆。

2)多根芯数少的电缆用1根多芯电缆代替，节约电缆成本。例如，原来5根2芯电缆从船首的水手长储藏室到在上建的监测报警系统信号采集箱，改成5根2芯电缆先进安装在水手长储藏室内的接线箱，再用1根10芯电缆从接线箱连接到信号采集箱。

3)改善电缆安装方式，提升电缆载流系数。电缆成束敷设，电缆的载流系数为0.85，通过改善电缆敷设的散热条件，将电缆成束敷设，改为单根平铺敷设，那么电缆载流系数就可上升为1。例如，从发电机到主配电板的电缆，1台1300kW的发电机载流系数如果按0.85计算需要11根3×120的电缆，因为发电机到主配电板的电缆为单根平铺，所以载流系数可按1进行计算，实际只需要10根3×120的电缆。

2.3 设备与设备之间和系统与系统之间的接口匹配

1艘现代民用船舶由几十个系统和上百种设备组成，要使这些设备和系统能相互协调正常工作，发挥正常功能，就需要解决好设备之间的信号接口问题，这也就是精益设计核心内容。在设计阶段能否解决好设备与设备间和系统与系统间的接口匹配，对船舶的建造周期影响很大，尤其是对首制船，如果这个问题不能在设计阶段解决好，把它放在船舶设备调试阶段等设备厂家服务工程师来解决，那么接口问题可以解决但调试进度就无法控制，比如，1艘船在调试舵机系统时发现自动操舵仪与舵机不匹配，自动操舵仪厂家送给舵机卸荷电磁阀的电压为交流220 V，而舵机厂家配的卸荷电磁阀的工作电压为交流110 V，结果只能把舵机的卸荷阀换掉，重新购买1只工作电压为交流220 V的卸荷阀，最终问题得到解决，但花费了时间又浪费了钱。

又比如，设备调试时设备缺某个信号输入，需要增加电缆，这样既费人工和材料，还需要花费时间，增加造船周期，如果在设计阶段就解决好这个接口问题就不会产生这种情况。所以设备间和系统间的接口问题放在调试阶段解决，由于1艘首制船存在多少个接口问题不知道，解决这些接口问题要花多少时间不知道，势必造成船舶建造周期无法控制。

像造船大国韩国和日本有些船厂1年要造五六十艘船，为什么他们的造船计划能安排如此紧凑，其中有2个原因:①韩、日船厂建造一种船型的设备配置相对固定，一般不会接受船东更改设备的要求。②韩、日两国的造船工业非常发达，船舶的设备配套能力很强，船厂采用国产设备，设备间的接口问题都已由设备厂家间协调解决好，对船厂来讲在设计阶段设备间的接口问题已经全部解决了，只要把详细信息反映在图纸里面，施工人员按图施工，就能保证每个设备正常工作，所以船厂造船周期控制得很好，韩、日两国的船舶建造模式已经朝着汽车流水线生产模式方向发展。

相比韩国和日本，国内建造的同一种船型由于不同的船东，设备配置就有可能不同，我国的船舶设备配套能力较弱，船上大部分设备还需要从国外进口，其中有来自欧洲的，有来自日本和韩国的。要保证来自不同国家的设备组成的各个系统能正常运行，就要求船厂做好精益设计，解决好设备间信号接口问题。仔细核对每个设备同其他设备间的输入、输出信号是否有遗漏，输入、输出信号类型(模拟量或开关量)是否匹配，如发现有问题，要及时通知设备厂家作修改，在施工图纸图下发前解决好所有接口问题，确保这些设备安装工作完成后能正常工作，从而保证造船周期。

3 电气设计出图

电气系统设计完成后，需要通过图纸把船上各个电气系统的信息全面详细地反映出来，满足电气生产设计需要;满足物资部门设备采购和仓库发货需要;满足生产管理部门生产计划制定和生产工时计算的需要;满足品质保障部门作为系统完整性和设备功能检验依据的需要;满足电气施工人员准备设备托盘和进行施工的需要;满足电气调试人员作为调试参考的需要，还要满足船东、船检审图的需要。电气图纸所反映的信息应正确、清晰、全面，这些信息需要通过电气系统图 (电力系统图、照明系统图、通导系统图、自动化系统和消防安全系统)、电气设备布置图和电气设备外部接线图来反映。

3.1 电气系统图绘制

电气系统图主要反映系统里的电气设备和连接电缆，为了确保生产设计能正确编制电缆册和统计电缆长度，必须做到:①每根电缆的编号和每个设备的编号是唯一的。②同1根电缆在相关的系统图里以实线形式表示只能出现1次，其余只能以虚线出现，避免编制电缆册时重复统计。③由设备厂家提供船厂敷设的电缆和设备厂已接好的电缆要有明显的标志。④应标明系统所选用的电缆型号，并附上电缆的载流量表，以便系统内设备功率变更后，重新确定电缆规格。⑤系统的电缆编号应为系统序号+系统图页码+该页的电缆序号，以确保电缆编号唯一性。⑥系统图中的每个设备都标明甲板、肋骨号和左右舷。在系统图下发之前应把船检、船东意见和生产设计反馈的意见全部反映在图纸里。

3.2 材料表的编制

系统图材料表应列全系统里设备，标明设备名称、规格、型号、数量和供应商，以设备图形+电缆编号表示该设备，确保设备的唯一性，避免重复统计。

3.3 电气设备布置图绘制

1)机带电气设备 (如泵带的电动机、货舱里的液位开关、遥控阀和锚绞机等甲板机械上的电动机)的布置，这些设备布置时要与轮机专业和舾装专业 (锚绞机等甲板机械上的电动机)进行协调，按照轮机专业和舾装专业的布置图进行布置，并进行跟踪，一旦这2个专业的布置图有变化要及时修改电气设备布置图。

2)电气控制箱和启动箱的布置，运用人体工程学原理，进行人性化设计，设备布置要使船员平时操作和维修保养方便，还要考虑设备通风和避潮、避震和避开热源，保证电气设备能在良好的环境下正常运行。

3)设备在布置图里以设备图形符号+进设备的电缆编号表示，方便查找。

3.4 电气设备外部接线图绘制

电气设备外部接线图是反映全船每个电气设备的外接线端子同相对应电缆芯线的连接，电缆在电气系统中承担输送电能和传递控制信息，为了保证施工人员能正确接好每个电气设备外接线，使全船的电气设备能相互协调正常运行，发挥应有的功能，所以电气设备外部接线图应该正确反映全船每根电缆两端每根芯线所连接设备的端子。电气设备外接线图是以设备工作为依据设绘的，在图纸下发前应根据设备完工图校对1遍，以确保下发的图纸绝对正确。

4 结束语

1)做好电气精益设计需要设计人员熟悉各种电气设备原理，平时要加强对设计人员的培训，提高设计人员的技术水平。

2)设计人员要定期对不同的电气设备使用情况进行交流，对好的经验进行积累，让大家共享，共同提高，不断提升设计质量。

3)同国内船舶设备供应商建立长期的战略合作伙伴关系，优先选用国产船用设备，促进国内船用设备行业发展和船用设备质量的提高，增强国内船舶设备配套能力，提高船用设备国产化率，降低造船成本。

4)应用电气辅助设计软件，提高设计质量和设计效率。