论模块化设计在船舶工程中的应用

论模块化设计在船舶工程中的应用

崔双堂 谢伟

南通惠尔海事服务有限公司 江苏南通 226000

摘要：目前，我国的经济在迅猛发展，社会在不断进步，模块化设计能够缩短产品生产周期，提高产品生产效率。对模块化设计进行了论述，从系统设备和机舱地板两方面对模块化设计在船舶工程中的应用进行了介绍。

关键词：船舶；模块化设计；应用

引言

造船业在我国有着悠久的历史，早在3000年前就已经有木板船了。进入新世纪以来，我国的船舶工业进入了快速发展轨道，产业规模不断扩大，造船产量大幅提升。但是相比于船舶产业发达国家，我国的船舶设计制造仍然处于初级阶段。在第四次工业革命的时代背景下，计算机技术已经应用于各行各业，船舶设计与制造也呈现出全新的模式。传统的船舶设计与制造技术已经难以适应行业发现要求，正逐渐被边缘化甚至彻底淘汰。在计算机技术的辅助下，现代船舶设计与制造日益精细化，准确性越来越高。现代船舶设计的核心技术之一是船舶设计模块化，纵观西方发达国家的大型船舶设计制造企业都对船舶模块化设计进入了深入的探索研究，现已取得了较为丰硕的成果，对于创新行业技术工艺、推动行业发展、提升行业经济收益都有着重要的推动作用。因此，我国船舶行业的各级主管部门和相关从业人员应该加强对于船舶模块化设计的探究。

1模块化造船的国内外发展状况

船舶的发展已经经历了很长的一段时间，随着技术与科技的发展，世界上的造船技术已经经历的三个大的发展历史阶段，我们目前的发展状况正处于不同以往的第四个历史阶段，而且正在形成第五个历史阶段。在第一个阶段汇中，造船是系统导向型的，具体的表现就是船台散装与码头舾装，以及整船涂装。在第二个阶段就成为了系统和区域导向性的了，具体的表现就是分段建造与预舾装以及预涂装。到了第三个阶段就是区域、类型和阶段型造船具体的表现就是总段建造和区域舾装以及区域涂装。目前的第四阶段就成为了中间产品导向型，生产中成为了壳舾涂一体化。正在形成的第五个阶段就将发展成产品导向型，实现了设计与制造的一体化。而船舶模块化设计的概念主要是在二战时期的美国形成的，当时由于需要大量的建造船舶，使得造船的分段建造技术得到了很大程度上的提高，也同样的使得焊接技术也得到了长远的进展。在这之后这些造船的技术又在日本得到了发展，一直到六十年代时就形成了如今的模块化设计与制造的雏形，之后由前苏联正式的提出了模块化造船。我国正式的引入这一概念还是在八十年代的中期，正式开始了模块化造船的进程，现在我们的模块化设计主要包括着三个阶段的设计分别是设计的初步设计、详细设计与生产设计每个阶段的产品数据也是不同的有着不同的考虑要素与维度。

2模块化设计在船舶工程中的应用

2.1船舶可拆卸模块设计的编码与成组技术

为了提高船舶模块化设计与可拆卸设计的生产效率，保证零部件在安装过程中的精确性，首先结合成组技术对船舶的零部件进行编码和分组。产品的编码过程是指对某一事物进行概括和规范，赋予具有一定规律性的符号或图形，方便工作人员或计算机系统进行识别。产品编码的实质是赋予产品独特的信息标记，方便产品的采购管理和生产过程。在船舶可拆卸和模块化设计过程的产品编码时，主要对船体和舾装进行编码操作，可以根据所需的生产资源或按作业流程分类，编码过程包括模块的分解和组合。

2.2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定义甲板层的高度，甲板层之间的台阶高度一般保持为250mm，机舱地板之上的净空距应大于2200mm;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，此处应注意设计通道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，横向尺寸应该和甲板尺寸匹配，机舱甲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。

2.3船舶的管系设计

在船舶的设计过程中进行管系设计是一项复杂的工作，有着工作量大、工作内容复杂且繁琐的特点。在原先的设计中往往是先通过设计人员先形成关于船舶设计的思路，形成一个对于船舶的三维构思，在通过图纸的方式将其基本的视图从不同的角度进行管路布置与管子加工的表达。表达出来，但是这样一来就容易使得表达不清晰，不准确。但是在近些年来，计算机技术的应用推动了设计的数字化发展与智能化的发展，使得船舶的管路设计变得更加的准确，构图更加的立体与准确。也极大的提升了设计的各个方面，减少了设计的时间与故障概率、提高了设计的效率。

2.4创建舱壁和甲板

船壳曲面建好之后，需要在F-surf模块中检查曲面建模的质量，包括关键曲线的曲率、曲面之间的连接位置质量等。确定船壳曲面没有问题之后，在此基础上建立船舶的舱壁结构。在F-surf模块提供了多种甲板建模方式，比如最常见的平面甲板、拱顶甲板等，只需要选取船壳上的关键点和甲板形式就能够实现甲板的快速建模。4）船舶可拆卸模块和设备建模根据船舶的可拆卸设计理论，在进行船舶总体装配过程中，需要对许多可拆卸的结构模块和设备进行装配，因此，需要对这些模块建模。在Foran软件中，可以通过defin功能模块进行其他格式的模型导入，既省略了复杂设计的建模时间，也提高了船舶整体建模的效率。defin模块不仅支持常规的软件建模，还能进行参数化建模，用户可以自己定义标准件，生成所需的零件。5）可拆卸模块和船舶设备的整体装配。

3船舶模块化设计与制造的发展方向

随着第四次工业革命时代的到来，利用信息化技术促进产业变革已经成为大势所趋。我国政府提出“中国智造2025”，部署全面推进实施制造强国战略。造船业作为我国工业的重要组成部分，应该积极响应国家政策，与时俱进，充分利用信息化技术实现产业升级。模块化能够帮助各船舶企业实现大规模批量化生产，并根据不同的需求及时调整设计方案，完善设备功能，设计能够适用于不同船型的通用模块，真正实现船舶业的“智造”。

结语

船舶的模块化设计和可拆卸设计是近年来逐渐兴起的造船理念。目前，世界各国的大型船舶制造企业都在探索高效、高质量的精益造船方式。船舶模块化和可拆卸设计既能够节省船舶生产时间，也能够提高船体的装配效率，使船舶企业具有更高的利润率。本文介绍船舶模块化和可拆卸设计的基本原理，结合编码技术和成组技术建立船舶海量零部件的成组模型，并结合三维船舶设计软件Foran进行了船舶的三维建模和装配仿真。本文研究对于改善当前船舶的生产、制造、装配工艺具有重要作用。

参考文献

［1］杨国兵．我国造船业模块化制造网络研究［D］．哈尔滨:哈尔滨工程大学，2008．

［2］徐小东，韩颖．工程机械产品模块化设计的研究［J］．机械制造，2016，54(11):34－37．

［3］王琦，谭家华．模块造船法的现状及发展趋势［J］．造船技术．1996(8):10－15，47．

［4］陈宾康，董元胜．计算机辅助船舶设计［M］．北京:国防工业出版社，1994．

［5］童时中．模块化原理设计方法及应用［M］．北京:中国标准出版社，2000．