造船先行工法設(shè)計(jì)探討

陳鋅 黃華鋒

摘? ? 要：本文闡述了船舶開展先行工法設(shè)計(jì)的條件與時(shí)機(jī)，以某船廠成功建造的挖泥船、集裝箱船等產(chǎn)品在船舶詳細(xì)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)設(shè)計(jì)銜接過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合詳細(xì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和具體工法優(yōu)化設(shè)計(jì)案例，通過(guò)對(duì)比得出船廠開展先行工法設(shè)計(jì)有利于船舶建造精度控制、簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程、提高產(chǎn)品完整性;并提供了船舶設(shè)計(jì)與建造工藝、工法設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合的前瞻性方法參考;同時(shí)，對(duì)開展先行工法設(shè)計(jì)的局限性及解決辦法進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：工法設(shè)計(jì);詳細(xì)設(shè)計(jì);生產(chǎn)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U673.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper states the conditions and timing of advance technical design. Taking the problems found in the connection between ship detailed design and production design of dredgers， container ships and other products successfully built by a shipyard as an example， combined with the detailed design data and the specific technique optimization design case， it is concluded that the shipyard's carrying out the advance technical design is beneficial to the precision control of ship construction， the simplification of production process and the improvement of product integrity， and provides a forward-looking method reference for the organic combination of ship design and construction technical design; at the same time， the limitation and solution of the advance technical design are discussed.

Key words： Shipbuilding technical design;? Detailed design;? Production design

1? ? ?前言

船舶設(shè)計(jì)分為：基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)。船廠主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)設(shè)計(jì)，工法設(shè)計(jì)屬于生產(chǎn)設(shè)計(jì)的范疇。

船舶工法設(shè)計(jì)是指以船體結(jié)構(gòu)為主要對(duì)象、工藝為核心，在確保設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求、建造成本、施工質(zhì)量、生產(chǎn)安全性的前提下，綜合考慮機(jī)、電、舾各專業(yè)的協(xié)調(diào)，達(dá)到先進(jìn)的設(shè)計(jì)和高效的建造技術(shù)。

對(duì)于大多數(shù)船廠，船舶的詳細(xì)設(shè)計(jì)主要由設(shè)計(jì)公司負(fù)責(zé)，船廠主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)設(shè)計(jì)，其中包含了工法設(shè)計(jì)。分段（總段）劃分、基準(zhǔn)線方案、建造精度方案、分段建造流程、總段建造流程、船臺(tái)快速搭載等都屬于工法設(shè)計(jì)內(nèi)容。工法設(shè)計(jì)是在詳細(xì)設(shè)計(jì)確定后開展的，我們稱為后行工法設(shè)計(jì)，這個(gè)階段工法設(shè)計(jì)的作用主要是施工流程規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，讓每個(gè)流程有法可依。

如果原設(shè)計(jì)存在影響施工效率、增加成本的地方，需要對(duì)詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化或者改進(jìn)，就需要工法設(shè)計(jì)提前在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)介入，詳細(xì)設(shè)計(jì)階段介入的工法設(shè)計(jì)稱為先行工法設(shè)計(jì)。開展先行工法設(shè)計(jì)需具備一定的條件與時(shí)機(jī)，在詳細(xì)設(shè)計(jì)的哪個(gè)階段介入最佳、效果體現(xiàn)在哪些方面，以下將結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行闡述。

2? ? 先行工法設(shè)計(jì)的條件與時(shí)機(jī)

2.1? ?前提條件

對(duì)于委外的詳細(xì)設(shè)計(jì)合同簽訂方式，主要分為兩大類：

（1）合同由船東與設(shè)計(jì)公司簽訂。由于詳細(xì)設(shè)計(jì)合同是船東與設(shè)計(jì)公司簽訂的，船廠介入機(jī)會(huì)不多，對(duì)于船廠提出的設(shè)計(jì)優(yōu)化建議，除了原設(shè)計(jì)與規(guī)范相矛盾的意見設(shè)計(jì)公司會(huì)采納，其它的優(yōu)化建議被接受的可能性極小;

（2）合同的船廠與設(shè)計(jì)公司簽訂。詳細(xì)設(shè)計(jì)合同由船廠與設(shè)計(jì)公司簽訂，是開展先行工法設(shè)計(jì)的前提。但并不是船廠提出的優(yōu)化建議，設(shè)計(jì)公司就會(huì)全部采納，詳細(xì)設(shè)計(jì)合同的主要內(nèi)容是總體性能方面的要求，以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范及船東需求為主，在細(xì)節(jié)方面不可能逐一寫進(jìn)合同。船廠主要是在供圖時(shí)間、計(jì)劃批次上爭(zhēng)取更多的主動(dòng)權(quán)，間接給先行工法設(shè)計(jì)創(chuàng)造前提條件，船廠應(yīng)抓住這個(gè)有利條件提前介入。

2.2? ?介入時(shí)機(jī)

設(shè)計(jì)公司在詳細(xì)設(shè)計(jì)正式送船級(jí)社審圖前，會(huì)提前將預(yù)審版的圖紙發(fā)給船廠和船東提意見，其中船體結(jié)構(gòu)類的《典型橫剖面圖》會(huì)提前得更早。船廠在收到《詳細(xì)設(shè)計(jì)目錄》后必需安排好各類圖紙的預(yù)審人員，將預(yù)審圖紙轉(zhuǎn)發(fā)到各專業(yè)室收集意見匯總反饋給設(shè)計(jì)公司;工法設(shè)計(jì)人員同時(shí)進(jìn)行預(yù)審，結(jié)合船廠的實(shí)際條件、施工便利性等方面提出意見。工法設(shè)計(jì)在詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙預(yù)審的時(shí)候同時(shí)介入，時(shí)機(jī)最佳。

3? ? 案例分析

結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)于主要預(yù)審圖紙的信息完整性、內(nèi)容一致性，工法設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)考慮該船建造方面相關(guān)內(nèi)容。工法設(shè)計(jì)人員需對(duì)船廠所有設(shè)施、設(shè)備條件、施工工藝、以往建造經(jīng)驗(yàn)有充分的了解，對(duì)于船廠生產(chǎn)條件達(dá)不到的及時(shí)反饋給制造部門制定相應(yīng)措施。例如：特殊板材是否有對(duì)應(yīng)的WPS、厚板的加工是否滿足要求等;預(yù)審的重點(diǎn)還在于發(fā)現(xiàn)是否存在影響建造質(zhì)量、生產(chǎn)周期、需優(yōu)化的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)。這些方面的優(yōu)化除了熟悉船廠生產(chǎn)條件之外，還需要工法設(shè)計(jì)人員對(duì)質(zhì)量、成本具備一定的敏感性。下面結(jié)合某船廠已交付產(chǎn)品的典型例子，從不同方面進(jìn)行分析。

3.1? ?精度控制

精度控制貫穿于船舶建造整個(gè)過(guò)程。該船廠的船舶下水方式為滑道拉移下水，滑道布置在船臺(tái)中心線兩邊6 200 mm處，為固定式不能調(diào)整。船舶下水時(shí)，所有下水重量集中在兩條滑道上，因此滑道對(duì)應(yīng)船體結(jié)構(gòu)受力集中，曾因該處船體無(wú)強(qiáng)縱桁或下水加強(qiáng)構(gòu)件而導(dǎo)致部分外底板或內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形，需要進(jìn)行校正甚至局部換板，增加成本并影響了生產(chǎn)周期。

如圖1所示為某挖泥船的《典型橫剖面圖》外底結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)公司發(fā)來(lái)的預(yù)審圖中，距中6 200 mm附近為普通的外底縱骨，該船空船重量高達(dá)12 000多噸，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)并采用有限元計(jì)算分析，此處為變形的高危區(qū)域，需要進(jìn)一步優(yōu)化;從圖中看到，距6200 mm最近的一檔縱向結(jié)構(gòu)為5 850 mm普通外板縱骨，強(qiáng)結(jié)構(gòu)為5 200 mm縱桁，同時(shí)5 200縱桁距3 900縱壁僅2檔，距7 800 mm縱桁為4檔，如能將距中5 200 mm縱桁移到距中5 850 mm處，將對(duì)下水的變形控制非常有利。據(jù)此，第一時(shí)間將此項(xiàng)優(yōu)化建議通知設(shè)計(jì)公司，設(shè)計(jì)公司采用有限元方法對(duì)全船進(jìn)行有限元計(jì)算，確認(rèn)該優(yōu)化方案，并在升級(jí)版的《典型橫剖面圖》中更新后送審（見圖2），該區(qū)域外板結(jié)構(gòu)在船舶下水過(guò)程中得到了有效的控制。

上述優(yōu)化方案，是設(shè)計(jì)公司與船廠互相結(jié)合的典型例子。不同船廠具備不同的生產(chǎn)條件，如果在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的精度、質(zhì)量隱患，及早做出優(yōu)化，后續(xù)生產(chǎn)將能減少更多的修改。

3.2? ?流程簡(jiǎn)化

詳細(xì)設(shè)計(jì)主要側(cè)重于滿足規(guī)范要求，對(duì)于船廠建造流程細(xì)節(jié)不會(huì)過(guò)多考慮。下面這個(gè)例子同樣是挖泥船的優(yōu)化設(shè)計(jì)，截圖表達(dá)的是挖泥船的邊艙通道結(jié)構(gòu)：圖3為預(yù)審圖，從標(biāo)記圖框看到甲板橫梁結(jié)構(gòu)形式為T型材加左右兩端部的T型肘板，外板肋骨也是T型材加下端的T型肘板。此類組合結(jié)構(gòu)集中在貨艙區(qū)域，全船左右舷共300處，僅小組立階段，就會(huì)帶來(lái)大量的T型板材預(yù)制工作：預(yù)審之后，向設(shè)計(jì)公司提出了將端部的T型肘板與T型桁材一體設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案（見圖4），該方案很快得到設(shè)計(jì)公司的認(rèn)可。

該方案通過(guò)化零為整的方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。以一個(gè)肋位為例，對(duì)優(yōu)化前后工作量進(jìn)行對(duì)比：一個(gè)肋位通過(guò)優(yōu)化后，僅增加了10件扁鐵面板的加工，但零件數(shù)量減少了32件，小組立、中組立各減少了16件，數(shù)量的減少直接縮短相關(guān)的生產(chǎn)流程時(shí)間;此外，還有零件理料、自由邊打磨、工作流向等，全船有30個(gè)肋位，裝焊的工作量大大減少，同時(shí)也減輕了結(jié)構(gòu)重量。

上述相似的例子還有不少，如：板厚區(qū)劃分，詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)某個(gè)區(qū)域會(huì)分出幾種不同的厚度，增加了訂貨規(guī)格，也增加了拼板工作量，并且拼板縫增多了精度控制難度也提高。這樣情況也可以進(jìn)行優(yōu)化，化零為整將零碎的板塊整合，重量雖略有變化，但簡(jiǎn)化了工序，相應(yīng)的制造成本也就下降了。

3.3? ?產(chǎn)品完整性

船舶建造過(guò)程中，分段、總段的完整性程度是衡量船廠生產(chǎn)集成化程度的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。如前所述，工法設(shè)計(jì)主要以船體結(jié)構(gòu)為主，但生產(chǎn)設(shè)計(jì)為綜合性設(shè)計(jì)，與其它專業(yè)也息息相關(guān)。圖5為1 750TEU集裝箱船No.1艙823分段首向合攏口水平桁，原端部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與上述第二種節(jié)點(diǎn)相似，對(duì)于能節(jié)省裝配流程。但此處FR201壁輪機(jī)專業(yè)垂向設(shè)計(jì)了4路管子，管子在分段階段預(yù)裝（見圖6），桁材端部穿插在管路支架當(dāng)中，當(dāng)823分段與首向分段805進(jìn)行總組時(shí)，水平桁與管子存在干涉（見圖7）。首制船現(xiàn)場(chǎng)拆裝了四路管子后再進(jìn)行總組，浪費(fèi)了管子預(yù)裝工作，也影響了總組效率。發(fā)現(xiàn)問題后進(jìn)行了專業(yè)協(xié)調(diào)，水平桁單舷僅有兩處而管子有4路，靠舷側(cè)布置是最優(yōu)的方案，從雙層底延伸二甲板管子在分段預(yù)裝效率遠(yuǎn)高于在總組時(shí)安裝。因此，綜合考慮后決定優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，拆分端部結(jié)構(gòu)（見圖8），將端部改為肘板型式在總組階段安裝，既解決了干涉問題，同時(shí)確保了總段建造完整性。

從上述方案發(fā)現(xiàn)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成時(shí)管子還沒有布置;在進(jìn)行管子設(shè)計(jì)階段，由于協(xié)調(diào)不及時(shí)或?qū)I(yè)限制不清楚總組流程，專業(yè)評(píng)審時(shí)也未能暴露問題，所以到了施工階段才發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題，因此工法設(shè)計(jì)還需進(jìn)一步深入到各專業(yè)，綜合協(xié)調(diào)，提前預(yù)判，減少給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)困難。

以上幾種方法為典型的工法設(shè)計(jì)，常見的還有：工裝腳手架設(shè)計(jì)、大件設(shè)備進(jìn)艙預(yù)開孔、臨時(shí)工藝孔提前設(shè)計(jì)等，在分段組立方面可以通過(guò)增加板縫減少施工難度，或者優(yōu)化結(jié)構(gòu)斷開與連續(xù)方式等。由此可見，設(shè)計(jì)優(yōu)化有利于船廠生產(chǎn)的各個(gè)方面，但優(yōu)化也存在一定的局限性。

4? ? 設(shè)計(jì)工法的局限性

船廠設(shè)計(jì)優(yōu)化不容易得到設(shè)計(jì)公司認(rèn)可，設(shè)計(jì)公司主要會(huì)在以下幾個(gè)方面提出要求：

（1）時(shí)間：在收到預(yù)審圖后，船廠的預(yù)審時(shí)間不多，這時(shí)反饋給設(shè)計(jì)公司的優(yōu)化如涉及總體強(qiáng)度計(jì)算或整體圖紙改動(dòng)，設(shè)計(jì)公司會(huì)告訴船廠需要多少時(shí)間，這個(gè)時(shí)間往往是船廠不能等待的，而船廠往往只能放棄;

（2）費(fèi)用：改動(dòng)肯定涉及設(shè)計(jì)費(fèi)用，而無(wú)償優(yōu)化設(shè)計(jì)不可能在合同中備注，對(duì)于設(shè)計(jì)公司提出的增加費(fèi)用，也是船廠考慮的因素，需對(duì)比增加的費(fèi)用和優(yōu)化之后可減少的成本，權(quán)衡利弊迅速做出判斷;

（3）拒絕：沒有原因直接拒絕，特別是國(guó)外設(shè)計(jì)公司。

對(duì)于以上存在的局限性，船廠在判斷增加時(shí)間對(duì)生產(chǎn)設(shè)計(jì)不會(huì)帶來(lái)較大影響的情況下，可協(xié)同船東與設(shè)計(jì)公司一起溝通，本著提高產(chǎn)品質(zhì)量、及時(shí)完工的共同目標(biāo)尋求解決方案，爭(zhēng)取方案通過(guò)的方法更多在于船廠與設(shè)計(jì)公司的友好合作基礎(chǔ)。

5? ? 結(jié)論

工法設(shè)計(jì)在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段先行介入，有利于船舶整體建造精度控制、施工作業(yè)流程簡(jiǎn)化、提高分段、總段預(yù)舾裝率及完整性等，這一切都將直接或間接給生產(chǎn)提速增效、降低建造成本，讓船廠在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的船舶市場(chǎng)上爭(zhēng)取更多的主動(dòng)權(quán)。