王 彥， 薛鴻祥， 朱錦標(biāo)

(1.上海交通大學(xué) 海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200240； 2.江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 上海 201913)

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大型液化氣船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

王 彥1， 薛鴻祥1， 朱錦標(biāo)2

(1.上海交通大學(xué) 海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200240； 2.江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 上海 201913)

以縮短造船周期為最終目的，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，從搭載階段貼附件編碼管理、永久性吊碼設(shè)計(jì)、分段劃分設(shè)計(jì)、分道套料設(shè)計(jì)等4個(gè)方面對(duì)84 000 m3液化氣船進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化，并總結(jié)得出優(yōu)化方案對(duì)分段制作效率和船塢搭載效率有明顯提升作用。通過(guò)該項(xiàng)研究，為后續(xù)同類型船舶在縮短船塢周期方面提供實(shí)踐基礎(chǔ)。

造船周期；設(shè)計(jì)優(yōu)化；液化氣船

0 引言

造船周期長(zhǎng)短是反映造船企業(yè)的生產(chǎn)能力、科技開(kāi)發(fā)、設(shè)備設(shè)施以及管理水平的重要指標(biāo)。造船周期過(guò)長(zhǎng)，勢(shì)必導(dǎo)致工時(shí)增多、工時(shí)費(fèi)用上升、貸款周期長(zhǎng)、資金周轉(zhuǎn)緩慢、銀行利息增加。此外，能源、動(dòng)力消耗增大，船臺(tái)、船塢、碼頭、吊運(yùn)費(fèi)等專用設(shè)施費(fèi)用下跌。建立現(xiàn)代造船模式是造船企業(yè)縮短造船周期、提高效率效益的有效手段[1]。

對(duì)船廠而言，建立現(xiàn)代造船模式需通過(guò)解決設(shè)計(jì)、經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)、采購(gòu)以及體制、機(jī)制、勞動(dòng)組織等一系列相互配合和協(xié)調(diào)的問(wèn)題,在動(dòng)態(tài)的、發(fā)展的過(guò)程中不斷尋求最佳狀態(tài)。在設(shè)備設(shè)施方面，可以采用新型自動(dòng)化的焊接設(shè)備，布置合理的能源通道，優(yōu)化船塢的起重能力和布置等。在管理方面，需減少無(wú)效生產(chǎn)環(huán)節(jié)，采用精度造船，合理分配人力、物力，提高船塢的利用率等。由于船廠的硬件配置和管理層面的要求在很多情況下都是固定的，很難在現(xiàn)有的條件下和短時(shí)間內(nèi)改變。本文以在建的某84 000 m3液化氣船為例，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，研究如何預(yù)判并縮短船舶建造周期，盡可能地使工序合理化、簡(jiǎn)單化。

1 優(yōu)化方案分析

1.1 散裝件過(guò)程控制

在施工過(guò)程中由于分段劃分或者焊縫布置的限制，造成很多構(gòu)架不能在組立階段及時(shí)安裝，必須將其作為散裝件流向總組搭載階段以后才能進(jìn)行焊接，這將占用較多的管理工時(shí)和施工工時(shí)，因此散裝件的流程優(yōu)化尤其必要。

現(xiàn)狀：目前國(guó)內(nèi)造船廠對(duì)散裝件的管理模式較為固定。對(duì)流向總組搭載階段的散裝件采用直接配送方式，由制造部切割后統(tǒng)一流進(jìn)搭載部散裝件作業(yè)區(qū)，然后搭載部統(tǒng)一劃分區(qū)域管理，并在施工階段由散裝件倉(cāng)庫(kù)轉(zhuǎn)入施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工。若零件位置過(guò)高，則還需要用獨(dú)臂吊運(yùn)至施工工位，既增加了流程控制難度，也增加了施工中吊運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)。施工流程如圖1所示。

圖1 現(xiàn)行散裝件施工流程

優(yōu)化方案：散裝件貼附，對(duì)需要流進(jìn)總組搭載階段施工的散裝件在組立階段采用馬板貼附或定位焊貼附[2]。依據(jù)就近貼附原則，在最近的施工工位處進(jìn)行貼附。貼附完成后散裝件跟隨整個(gè)分段流向總組搭載。在總組搭載階段正式施工工位處將散貼件拆除，進(jìn)行最后的施工焊接。施工流程及貼附示意如圖2和圖3所示。

圖2 散裝件優(yōu)化后施工流程

圖3 散裝件貼附

此方案的實(shí)施關(guān)鍵是設(shè)計(jì)過(guò)程中需明確散裝件貼附的位置以及在馬板割除過(guò)程中需注意保護(hù)母材和涂層。該方案不需要對(duì)散裝件單獨(dú)規(guī)定流程，并減少了搭載部散裝件管理工序和吊裝工序，但對(duì)于大型散裝件(如油柜、密閉艙室等)無(wú)法在分段階段貼附，則需要單獨(dú)流向搭載，總體上利遠(yuǎn)大于弊，具備實(shí)際操作的可行性。

1.2 永久性吊馬設(shè)計(jì)

對(duì)搭載吊馬的割除是搭載階段工作量占比較大的環(huán)節(jié)[3]，因此在工藝設(shè)計(jì)階段，可將盡可能多的整吊吊馬設(shè)計(jì)成永久性吊馬，作為主船體結(jié)構(gòu)的一部分，在吊裝完成后免于割除工序。

現(xiàn)狀：目前搭載部存在著大量需要割除的吊馬，吊馬割除過(guò)程中有可能會(huì)損傷母材，并占據(jù)較多的割除和打磨時(shí)間。

優(yōu)化方案：對(duì)盡可能多的整吊吊馬進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)性吊馬。例如，液貨艙整吊吊馬與頂部支撐構(gòu)架合二為一，在液貨艙頂部構(gòu)架上加入吊馬眼板和反面加強(qiáng)，并作為結(jié)構(gòu)的一部分。對(duì)上層建筑頂部擋風(fēng)板或翼板根部艙壁區(qū)域設(shè)置永久性吊馬，將吊馬眼板和艙壁板合二為一，如圖4所示。該設(shè)計(jì)方案不影響美觀，且滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，同時(shí)可減少吊馬割除、打磨工時(shí)，適合實(shí)際應(yīng)用與推廣。

圖4 液罐頂部整吊吊馬和支撐座結(jié)構(gòu)合并效果

1.3 分段劃分優(yōu)化設(shè)計(jì)

船舶快速搭載是縮短船塢(臺(tái))周期的關(guān)鍵,是縮短整船建造周期的重要環(huán)節(jié)。近年來(lái),國(guó)內(nèi)船廠加強(qiáng)對(duì)日韓等國(guó)先進(jìn)船廠采用新一代精度管理系統(tǒng)、總組范圍等各項(xiàng)與快速搭載相關(guān)工藝的研究[4]。對(duì)于船塢利用率來(lái)說(shuō)，最初的分段劃分是決定搭載工作量的最重要因素之一。分段的斷開(kāi)位置、搭載順序布置、分段重量劃分、分段翻身次數(shù)、總段整吊次數(shù)等將直接影響搭載的工作效率。

現(xiàn)狀：目前某船廠4號(hào)塢僅有一臺(tái)800 t的龍門(mén)吊，極大地限制了分段的吊裝重量。根據(jù)目前在制液化氣船的分段劃分，包含水密艙壁所有分段的大接縫都布置在了水密艙壁附近300 mm范圍內(nèi)，這對(duì)于控制分段對(duì)接處的精度是有一定好處的，但是與此同時(shí)水密艙壁附近的縱向加強(qiáng)筋和疲勞肘板(一般長(zhǎng)度在500～1 000 mm)必須斷開(kāi)以后流向搭載階段散裝。這些零件的裝配將耗費(fèi)大量的搭載工時(shí)。圖5為現(xiàn)行分段劃分處引起的搭載干涉及散裝件增多。

圖5 現(xiàn)行分段接頭位置

優(yōu)化方案：在對(duì)包含水密艙壁的分段進(jìn)行劃分時(shí)，大接縫盡量遠(yuǎn)離水密艙壁疲勞肘板軟趾200 mm以上，這樣可避免搭載干涉，同時(shí)可減少散裝件數(shù)量和仰角焊數(shù)量。圖6為優(yōu)化后的分段劃分。

圖6 優(yōu)化后的分段接頭位置

該優(yōu)化設(shè)計(jì)方案可大量減少散裝件干涉情況，降低搭載階段施工工時(shí)和施工難度。

1.4 分道套料設(shè)計(jì)

構(gòu)成船體結(jié)構(gòu)的各種零件具有功能、形狀、尺寸、精度和材質(zhì)的相似性，同時(shí)又具有相似的工藝流程。具有相似工藝流程的零件形成批量，聚集一起按照流程順序進(jìn)行套料，即為分道套料[5]。分道套料是船體分道建造技術(shù)在零件層面上的具體體現(xiàn)。

現(xiàn)狀：目前套料雖然對(duì)零件類別有所區(qū)分，但并不細(xì)致，零件切割完成后理料仍然十分困難，托盤(pán)歸放工作量大。同時(shí)，同一分段內(nèi)一次切割完成，托盤(pán)歸放之后短期內(nèi)無(wú)法流向下一個(gè)階段使用，帶來(lái)了場(chǎng)地和時(shí)間上的浪費(fèi)。目前套料的類別區(qū)分如表1和表2所示。

表1 零件板材分類

所有T類型的板條單獨(dú)套料切割，以控制切割變形。所有需要加工的板材單獨(dú)套料切割，然后送加工作業(yè)區(qū)加工。除以上2種類型外，其余板材統(tǒng)一套料切割。

表2 零件型材分類

優(yōu)化方法：采用分道套料，對(duì)零件的流程加工類別進(jìn)一步細(xì)化，并區(qū)分切割優(yōu)先級(jí)，對(duì)同一分段進(jìn)行分批套料[6]。優(yōu)化后的分道套料類別如表3和表4所示。

表3 零件板材分道原則

單獨(dú)歸于一類套料切割，方便現(xiàn)場(chǎng)管理配送。

表4 零件型材分道原則

對(duì)零件的類別進(jìn)一步區(qū)分可提高理料效率，減少理料工時(shí)。切割優(yōu)先級(jí)的劃分，進(jìn)一步提高材料利用率，減輕場(chǎng)地壓力，時(shí)間安排也更加合理。

2 結(jié)束語(yǔ)

縮短造船周期是造船業(yè)的永恒主題，需要在各方面進(jìn)行探索。本文以某84 000 m3液化氣船為研究對(duì)象，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，對(duì)搭載階段貼附件編碼管理、永久性吊碼設(shè)計(jì)、分段劃分設(shè)計(jì)、分道套料設(shè)計(jì)等4個(gè)環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，旨在提高分段裝焊效率、縮短船塢周期，本文相關(guān)研究工作可為今后其他類型船舶的工藝設(shè)計(jì)提供一定的參考。

[1] 周振柏. 建立現(xiàn)代造船模式是造船企業(yè)永恒的主題[J].上海造船, 2005，1:31-35.

[2] 于超，田越含. 散貨船貼附件標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 科研，2016，7：82-85.

[3] 吳金斌，鄭小慧，謝露霞. 37 500 dwt船吊碼優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 廣船科技,2013,4：23-27.

[4] 丁偉康.船舶快速搭載有效地縮短了造船周期[C]// 中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)造船工藝學(xué)術(shù)委員會(huì)2011造船企業(yè)精益生產(chǎn)學(xué)術(shù)研討會(huì)，2011.

[5] 劉傳茂. 船體分道建造技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展[J]. 造船技術(shù), 2003,1:12-15.

[6] 許蓉，王素清，錢(qián)霞. 船體分道建造技術(shù)的研究與應(yīng)用[C]//CAD/CAM學(xué)術(shù)交流會(huì)議，2015.

Analysis of Optimizing Production Design on Large LPG Structure

WANG Yan1, XUE Hongxiang1, ZHU Jinbiao2

(1.State Key Laboratory of Ocean Engineering， Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China；2. Jiangnan Shipbuilding Group Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

To shorten the shipbuilding period as the ultimate purpose,combined with the actual situation of enterprises from the design of the production is optimized for a 84 000 m3liquified gas carrier(LPG) from four aspects as erecting parts code management, marine lug design, block division plan design and nesting plan design. It concludes that optimization scheme makes significant improvement on block production efficiency and the dock carrying efficiency.This research provides practice basis in shortening the period of the dock for subsequent similar ships.

shipbuilding cycle; optimizing design; LPG

王 彥(1986-)，男，工程師，研究方向?yàn)榇w建造工藝設(shè)計(jì)

1000-3878(2017)02-0047-05

U673

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