船舶制造单元组装的设计

【摘 要】单元组装/模块技术是我国近二十多年来造船业长足发展过程中所建立起来的新的设计理念和工法技术,它是提高造船舾装技术水平的有力举措,也是加大先行工程比重、组织平行作业,从而提升生产效率和缩短造船周期的有效措施.

【关 键 词】单元；组装单元；模块设计；壳舾一体化

引言

推进现代造船,单元/模块的策划是产品设计的重要取向,单元/模块的设计是生产设计的重要内容.通过单元/模块技术的应用,来大力提升舾装技术的水平,积极推行平行制造的建造策略,从而提升造船企业的竞争能力.

船舶工业的生产过程是一个复杂的有机的整体大系统,随着计算机技术、信息技术的工业中广泛应用,造船行业正经历着又一次新的技术革命,其目标是通过现代集成制造技术带来造船业更高的经济效益,其主要的特征是由区域导向型造船走向中间产品导向型造船.这其中核心技术是基于设计制造一体化的船舶单元模块化建造技术的发展.从本质上讲,单元/模块制造技术完全改变了传统的舾装方法：舾装作业先从造船主流程上脱离而在与其平行的舾装副流程上先期进行制造,然后择期在分段/总段和搭载的合理节点上予以组合和融入,经过合理的施工排序,实施壳舾一体化作业,从而缩短了主流程的建造周期,这对于提高造船生产效率、优化舾装作业环境、加快船舶建造进度有着重要的意义.

1单元/模块设计的策划应该起始于产品详细设计

单元/模块设计的前期策划工作,建议在产品详细设计起始时就需要做好二个方面的工作：一方面在总体布置尤其机舱区域内的设备、装置、箱柜等的综合布置工作,要为单元/模块选择取向创造环境,要为具体设计提供方便,即上道工作为下道工作提供机会和条件.另一方面在分段/总段科学、合理划分的基础上,预先作好单元/模块设计的总体规划,经过综合审议和评估之后予以成立,以此指导生产设计关于单元/模块相关内容的顺利进行,体现产品设计前后二个阶段工作的良好接.

2单元/模块设计的基本指导思想

单元/模块设计的基本指导思想是,在详细设计所作的总体规划统筹下,依托分段/总段科学、合理的划分,按照以中间产品为导向的工程分解原则,在全船各个区域进行综合布置的过程中,可以选择设备、装置、管路、铁舾件及其它舾装件等综合布置相对比较密集的局部区域设计为单元组装乃至舾装模块,即将该局部区域的相关工程内容从总体综合布置中剥离出来,形成一个具有良好接口的独立完整体,它既便于制作,也方便吊运安装,又可以在不同建造阶段实施造船主流程和舾装副流程上并行生产.在此基础上,还朝着舾装工程与船体结构相结合的综合模块的方向发展,进一步实现模块化造船.单元/模块技术的推行,有利于提升造船工程分解的能力和水平,调整作业排序,新工法技术,以缩短船舶建造周期.

3单元设计的选择.

目前选择使用单元类型最多的主要是管束单元、功能单元以及区域综合单元等三种.现分别叙述如下：（1）管束单元成束成排（含阀件、附件）敷设并以组合支架合成的多路管段的整合体是管束单元,它适用于机舱内、甲板上、房舱内外等全船区域有成束管路的场合.（2）功能单元以含一台（组）及以上的设备或装置为中心并包含周边相关的管路、阀件、附件、铁舾件及电舾件等在内的组合体是功能单元,它适用于机舱各个平台甲板上采用,也适用于舱房内及主甲板上有关的设备或装置来采用.（3）区域综合单元在大面积的机电设备等综合布置密集的区域内,对其整个大区域工程进行科学和合理的分解,成为若干个较小的、相互依附且制作方便的单元的有机合成体,而这些较小单元是按照区域划分原则分解成的,也实属综合性单元.它特别适用于机舱包含花钢板上下在内的整个底层区域,也适用于油船主甲板上管路系统综合布置的区域.

4艏、艉部区域结构内的单元选择取向

艏部和艉部区域的结构内布置有锚、舵设备装置及相关的管路、铁舾、电舾等附件,对于这种综合性布置,可以考虑连同船体结构在内的整个空间,融合成一个综合模块.即在船体分段或总段组立基本结束时就提前进行舾装作业,在舾装作业前移之后,成为一个综合建造相对比较完整的最高等级的中间产品.但也值得注意的是,由于目前造船建造精度控制方面的原因,整个模块制造还或将可能会遇到某些风险,所以一定要仔细研究和逐步实施的基础上造条件扎实推进.

5机舱底层区域综合单元之间分割的要点

对于机舱区域综合单元,尤其是针对较大面积综合布置的情况,要充分注意其相互分割的科学性和合理性.对此,一般的要求概述如下：（1）机舱底层区域综含单元的分割,要仔细研究其整体框架结构分解的可行性.它们的分解和合拢是否有操作性,对整体结构强度是否有不良影响,在起吊运输、定位安装及焊接作业时是否可靠方便,它们的体积和重量大小是否过分悬殊.（2）机舱底层区域综合单元的分割,要仔细研究其组合安装的方便性.单元之间的相互接口,一般应采用其设置在前后左右的垂直法兰连接方式,并让它们连接位置适当的岔开,以方便组装操作,注意尽可能避免法兰上下的连接方式或者斜面的连接方式.（3）机舱底层区域综合单元的分割,还需要注意吊运作业操作和安装位置调整空间的可能性.即当最后的一个单元吊入及单元制造或许存在某些误差时,应考虑预先留有一定的空间位置便于调整操作,避免造成不必要的返工和损失,这是区域综合单元设计时必须要注意的重要实项.（4）机舱底层区域综合单元的框架结构必须保证牢固.若有必要,在组合框架的分割之处进行适当的局部加强,框架的高度有调整的可能可能.在研究管件固定时,要充分考虑利用框架的部分结构来支撑管件.此外,单元框架结构应该保持完整性,包刮其中的格栅板也尽可能保持完整.（5）机舱底层区域综合单元内的所有管件必须注意用支架紧固可靠.应使整个框架结构与设备及其周边的阀件、附件、铁舾件、电舾件等连接成为一个整体,确保单元结构的牢固,以便于吊运的可靠和安全.具体办法可采用类如公共基座、公共平台以及增加必要的连接构件等予以强.（6）机舱底层区域综合单元整体对外接口的连接,一般可以采用调整管方式来处理.单元内部管件与设备接口之间的连接,一般可以采用预先组合校管的方式来解决.

6功能单元、管束单元设计的内容

功能单元的内容,应该包含设备基座、相关的箱柜、附件以及周边的管路等,最好还有相关的电舾件.管束单元一般要求采用若干个组合支架予以固定,单元内除了成束管件之外,还可包含若干阀件、附件等.

7单元设计的完整性

各类单元设计时,应该注意单元所包含的综合布置内容尽可能保持完整,不应该在单元安装结束后再去对其内部进行二次施工.考虑到船体结构和单元制造可能发生局部的误差,为了定位和安装的方便,区域综合单元的框架某些支撑尽可能设计为其高度可调整的.具体结构应视实际情况而确定.

8单元设计信息的提供.

每个单元/模块的设计,都应该按时提供它们的布置图、安装图、组装图以及与其相关的制作图,还需要提供准确物量信息和工艺信息的整套托盘表.

9结论

经过对船厂的实际考察和深入研究.单元/模块技术的推行,有利于提升造船工程分解的能力和水平；有利于确保船舶建造质量和生产效率的提高,建造周期的缩短,以及生产成本的控制.这种模式也已成为现代造船行之有效的一种造船模式.