船体生产设计在分段制作中的处理运用

杭昊

摘 要：船体的结构设计和建造是一个非常复杂而且工程量庞大的过程，而船体分段制作则是庞大工程中最基础的部分，分段制作质量以及效率直接影响到整船的建造周期。本文就船体生产设计在分段制作阶段的处理运用浅谈下自己的理解，希望能够促进设计与现场更好的融合，真正做到设计指导生产。

关键词：生产设计;分段制作;处理运用

1船体结构设计的基本内容

船体结构设计的主要分为三个阶段：基本设计、详细设计和生产设计。

1.1基本设计

基本设计即预算报告的生成，这是船体结构设计的第一步，需要将最初的规划方案呈现出来，主要包括设计框架的构建和技术标准的分析。首先要做出船体结构的草图，在草图的基础上根据预案和技术水平选择各部件的材料、型号，并形成一个相对成熟的预算报告。

1.2详细设计

详细设计主要是对船体结构细节的设计，使设计出的船体结构符合实际需求，明确所需材料的具体型号，形成一个符合要求并具有安全性、实用性的方案，并报船级社审批。

1.3生产设计

最后的生产设计即将详细设计方案转换为满足实际生产需要的指导性文件以及施工图的过程，即设计语言转化为生产语言，使得施工顺利进行并充分的完成预想的设计方案。

2船体结构生产设计阶段图纸的主要构成

主要分为指导性文件和施工图两大类，其中指导性文件包含分段划分图、分段搭载网络图、分段余量检验线分布图、船体节点手册等;施工图包含分段工作图、分段型材下料图、分段板材套料图、分段零件明细表、分段拼板图、分段加工图、分段材料清单、分段焊材定额表、分段组立图、分段焊缝追溯图、分段预密性试验图等。总的来说，各船厂结合自身的工位特点，按工位出图，实现流水划分段制作是大势所趋。

3船体生产设计在分段制作流程中的运用

3.1分段的装配制作流程策划

生产设计开始出图之前，设计主管会根据分段划分图对分段进行分类，并对不同类型分段进行制作流程策划，包含小组立、中/大组立阶段的片体划分以及安装顺序，拟出策划初稿并召集生产部门相关人员进行開会讨论并形成会议纪要，修改分段模型并绘制分段装配流程图，此图包含在分段工作图中下发，同时也作为设计员进行生产设计出图的指导文件，设计员根据装配流程图的要求在设计软件中编写对应船体结构的流向代码并在下料图纸中进行生成。

3.2分段结构零部件流向化管理

生产设计结合船厂的实际资源以及工位布置，将分段制作的涉及的每道工序转化为对应的代码，在分段制作板材以及型材下料阶段，根据下料图上显示的零件流向代码，在对应零件上进行代码标识，集配人员根据零件上标识的流向代码将零件流入分段制作的各个工序，

根据代码标识的排列顺序实现各工序间的转序对接。

3.3分段板材套料合理性优化

板材套料切割作为分段制作的先行工序，包含零件数控切割以及坡口过渡斜开设等零件端部边缘的处理加工作业。从前板材切割多数注重材料利用率而忽视的材料的切割效率以及零件下料质量，导致大量的过桥切割造成的零件损伤，超长的切割行程，导致板材在切割过程中产生变形，大大的降低了零件切割的精度，为后道工序的制作留下隐患。生产设计鉴于现场生产的经验教训以及跟现场生产的有效沟通与反复试验，提出了“小件套料”的优化方案，即板材套料图中基本只套主要构架板材零件，分段结构中常规的肘板、补板等小规格零件不直接参与主板套料，将主板套料后产生的余料进行编号，选取合适的编号余料用小型切割机进行小规格零件的切割，这样大大提升了分段板材套料切割的效率，同时也提高了零件的下料质量与精度，减少后道工序的返工。

3.4分段制作板缝的合理化布置与坡口形式设计

前面提到，详细设计是针对船体结构细节的设计，但对于结构板缝的布置，详细设计基本上还只局限于区分板厚区间，显示有具体板厚差位置的焊缝，生产设计阶段则是对分段各板架进行整体板缝排板布置，还考虑到如下几点：

（1）排板缝的宽度尽可能做到统一，或者减少不同宽度的种类，提高钢材的请购效率以及板材的利用率。

（2）减少或避免T字型拼板缝，确保拼板缝焊后可以均匀收缩。若确实要布置多处T字型拼板缝，可以将整块板架分成多部分进行预拼，将T字型接头位置板缝最后拼接，对应拼接缝开设C02气体保护焊打底埋弧自动焊填充盖面的坡口形式，减少拼板翻身次数，同时也尽可能的使用高效设备进行焊接。

（3）针对厚板区域，尽可能减少板缝布置，若确实要布置拼板缝，需要考虑双面坡口的设计，根据船厂的实际焊接设备参数，选取合理的坡口角度和正反坡口深度及其留根大小，在保证焊缝质量的前提下尽可能的降低焊接填充量和焊接变形。

（4）中/大组立阶段片体组装板/结构接缝，需要根据分段的装配流程图，确定坡口的开设形式，原则上要减少仰焊，尽量采用平焊以及横焊的坡口形式。

3.5曲面加工件的数据优化

在船体分段划分中，有相当比重的线型分段，其大多分布在船体首尾以及舭部舷侧等部位，曲面加工的类型也按加工方法主要分为型材肋骨冷弯加工，筒体三/四星辊卷圆，单曲外、面板液压机利用加工样冷加工，双/三曲线型外板液压机利用加工样冷加工+火工处理。按照不同的加工方法生产设计人员提供不同的加工数据。

（1）型材肋骨冷弯加工，设计人员主要提供逆直线数据，根据肋骨的线型变化幅度，确定逆直线的段数以及型值间隔，确保现场划出的肋骨曲线与尽可能与肋骨实际线型贴合。

（2）筒体卷圆主要考虑到加工设备对卷圆板宽度内径板厚等参数的制约，生产设计人员需提前深入生产调研加工能力，优化加工件规格，压头的加放量等参数，尽量确保现场加工能力的最大化利用。

（3）单曲外、面板的加工，在生产设计前期优化模型的時候，需尽可能的将单曲的曲线优化成规格不多的近似内径，根据船厂的经验积累，提前准备相应规格内径的加工样，这样可以大大提高单曲板的加工精度和加工效率。

（4）双/三曲线型外板的加工，设计人员一般考虑提供加工样箱数据，模拟出外板加工后的曲面扭势，现场利用加工样箱进行外板加工，优先冷加工扭势大的方向，后利用火工加工扭势小的方向。针对双/三曲扭势特别大的，设计人员需要考虑将板片划小加工，减少单块板的加工线型，降低其加工难度。

3.6组件/分段吊装耳板嵌入结构设计

分段制作以及安装过程离不开吊装作业，一般做法为吊耳设计，随着分段制作节奏加快以及制作质量的要求的不断提高，一部吊耳可以以分段框架开孔贴重磅板的形式来实现，需要设计人员根据已经固化的分段装配流程，结合生产资源，考虑分段片体的吊装方案并在结构上开孔布置吊点，根据设计要求考虑后期是否封堵。这种做法的好处可以大大降低吊耳的安装成本，减少后续拆除吊耳对分段油漆的破坏，提高了舱室结构施工的完整性。

3.7关于线型分段的建造方法以及相应方法需要的设计支持

根据分段外板线型可以简单将分段划为平面分段和曲面分段，其中曲面分段的制作难度从零件加工，曲面板骨材划线装配，还是后续中、大组阶段片体的安装精度与焊接等方面，都大大高于平面分段，目前关于曲面分段有如下几种建造方法。

（1）制作正切胎架，此方法根据分段正切状态外板型值确定支撑竖直高度并按照1米*1米间距（一般情况）分布支撑位置完成胎架制作，此方法优点是结构安装吊线定位方便，技术只需要提供相应胎架型值，利于精度控制;缺点是胎架制作型值较高，制作人工花费较多，除活络胎架外，一般不可重复利用，分段制作成本大。

（2）另外一种方法，主要是针对带甲板的曲面分段，可以利用甲板为基面反造，先安装分段内部框架结构，最后外板散贴或者预拼成若干片后逐个散贴，此方法的优点是节约的胎架的制作成本，技术需要提供相应主框架的地样数据，主框架定位难度低;缺点是外板散贴后与内部结构多为仰焊，焊接难度大，外板线型精度不易控制，分段制作收尾时间长。

（3）制作斜切/双斜切胎架，此方法根据分段外板曲面线型走势，将曲面分段尽可能平躺制作，此方法优点是利于分段外板线型的精度控制，同时有能降低胎架的型值，降低胎架的制作工作量，且利于人员施工安全;此方法的难点在于需要技术提供详尽的结构划线数据以及安装角度，准确的分段投影地样数据，主框架板角以及硬档位置的现场吊线控制数据以及控制方法，要求设计人员对于精度控制的理解要求能力较高。

结语：综上所述，船体生产设计细化到现场生产的各个环节，本文仅仅是个人一些工作经验的总结。结合船厂各自的特定，从设计走进生产，再从生产回归设计，需要长期的实践总结与沉淀，才能逐渐形成适合船厂自身的生产设计流程。

参考文献：

[1]杨丽荣，顾庆，王莹.试论船体结构设计中生产工艺性问题及应对研究[J].山东工业技术，2018（17）：71.

[2]张现普.浅谈船体结构设计及建造的细节处理[J].科技风，2018（20）：110.