论模块化设计在船舶工程中的应用

□ 张 斌

湖南常德达门船舶有限公司 湖南常德 415001

1 模块化设计概述

模块化设计理念产生于新时代,船舶工程采用模块化设计,能够缩短产品生产周期,提高效率。

建造经济性是船舶设计工作的重要课题。船舶的建造经济性涉及三个基本因素:建造成本、运营开支、运营收入。设计中的技术措施是否恰当,决策正确与否,对船舶的建造经济性会产生很大影响。设计时必须把建造经济性放在十分重要的地位来考虑。纵观现代船舶的发展,新船型的出现和新技术的采用无一不是受经济因素的刺激。经济是技术发展的基础和动力,技术是实现经济目的的手段和工具,两者互相渗透,互相推动。

模块化设计工作所需的技术资料是保证设计工作顺利开展和进行的必要条件,也是保证设计质量的重要因素。船舶是一个复杂的系统,设计中的矛盾很多,船舶模块化设计工作的一项重要内容就是通过系统分析、综合考虑,提出合理的解决方案。在船舶模块化设计工作中,无论是全局总体设计还是某项局部设计,出现问题都不能就事论事予以修改,不顾前后左右的影响,否则会给设计带来更多的矛盾和问题。因此,在进行船舶模块化设计之前,作为一名设计人员,需要对输入的信息做到心中有数,具体包括系统原理图、整船基本布置图、人孔布置图、舱室布置图等。对模块化系统管件、支撑件,需要有合理的布置。通常船舶模块化设计遵循的思路为:定义系统设备模块,设计机舱地板模块,管道分层布置, 完成管道设计,设计基座支撑架,在三维软件中进行管道布置,对管道添加支撑架。

2 系统设备模块化设计

根据船厂的特点和条件,按照船舶建造的技术、设备、设施方案、工艺要求、流程、生产管理等情况,设计和绘制施工图纸。生产设计的详细程度要求很高,要能反映组装和管理的要求。因此,生产设计相当于在计算机上预演完成船舶建造的全过程。生产设计的详细、完整、深入程度对提高船舶建造质量、缩短船舶建造周期、提高生产效率有很大影响。

系统设备模块化设计是为了使生产部门得到详细的生产图纸,以提高生产效率,节约成本。在进行系统设备模块化设计时,要考虑尽可能将更多的泵、管道、阀门等部件组合在一起,最终形成一个便于运输和安装的紧凑单元。鉴于很多管道在安装之前就已经进行了模块化安装,生产部门可以规避船上安装空间狭小带来的困扰,同时也能够减少现场测量、安装的工作量,大大提高安装效率。模块化设计的系统设备如图1所示。

3 机舱地板模块化设计

设计是一种技术实践活动,目的是解决所面临的问题,使生产具有可操作性和简便性。设计同时也是施工前的模拟和检验。因此,设计除需要科学知识外,还需要工艺和技巧知识,同时还需要结合生产现场实际情况,否则设计的图纸不具有可操作性。在进行机舱地板模块化设计之前,设计人员需要结合设计特点与生产部门进行技术交流。

机舱地板模块化设计包括机舱区域和机舱地板下管道两方面,是船舶模块化设计中难度最大的部分,直接关系到生产效率和建造周期。

▲图1 模块化设计系统设备

(1) 机舱区域模块化设计。机舱区域是整个船舶的核心,是设备、管道、阀门等部件布置最为密集的区域。机舱区域在进行模块化设计时,要综合考虑所有相关的管道布置。机舱区域模块化设计包括:① 定义地板层的高度,地板层之间的台阶高度一般保持为250 mm,机舱地板之上的净空距应大于2 200 mm;② 根据机舱布置图定义整个机舱区域模块的主要轮廓;③ 定义纵向的框架,此处应注意设计人孔和需要进行维护操作的区域,设计为可拆、可移动的结构形式;④ 定义横向的框架,为了提高地板材料的利用率,横向尺寸应该和地板尺寸匹配,机舱地板采用铝制防滑花纹地板,横向框架需要和纵向框架保持同一高度,在人孔和需要维护操作的区域,横向框架也需要设计为可拆、可移动结构形式;⑤ 定义地板,为了提高地板利用率,减少地板裁剪,避免形状复杂,通常从机舱中间或者机舱舱壁处开始布置。

(2)机舱地板下管道模块化设计。在进行管道系统模块化设计时,对机舱地板下管道进行分层布置。通常情况分为三层。最下面一层为尺寸较大的管道,如舱底水管、冷却水管等。第二层为尺寸中等的管道,如注入管、测深管、透气管等。最上面一层布置小管道和一些可选系统的管道,如燃油、润滑油、液压、加热等管道。分层布置可以使管道在机舱内有序布置,在进行地板模块化设计时能够合理提供管道支撑。

机舱地板模块化设计不仅能很好地协调相关系统的合理布置,而且可以提高船舶的舾装率,降低工人的劳动强度,减少船舶在建造过程中的重复修复工作,节约劳动成本。管道系统分层布置如图2所示。

4 结束语

船舶工程模块化设计是模块化造船的要求,在船舶设计领域具有先进性和可操作性,以计算机辅助设计为依托,以模块化总装为目的。对系统设备等进行模块化设计,可以避免生产过程中的盲目性,在很大程度上提高设计质量和生产效率,给船厂带来较大的经济效益。

▲图2 管道系统分层布置