船舶管系设计系统的应用和发展

船舶管系设计系统的应用和发展

南岩 付培新

江南造船（集团）有限责任公司 上海 201913

摘要：船舶管系的设计、加工和安装是造船工程中的一项重要内容。据统计，管系加工与安装所耗费的工时，约占整个造船工程工时的12%以上。由于其工作性质的复杂性，产品的单件性，因此长期以来一直处于落后的地步。随着国际船舶市场竞争的加剧，各国都在致力于降低船舶的总造价，缩短造船周期。除了想方设法降低船体建造的周期和造价以外，降低管系的周期和造价，已成为造船工业的重要发展目标。

关键词：船舶；管系设计系统；应用；发展；

引言

近年来，随着经济发展水平的提升，国际船舶市场和以往的时间相比，其竞争也变得越来越激烈。如今各国家都在致力于降低船舶总造价，缩短造船周期，以便赢得更多的竞争优势。其中降低船舶管系设计周期和造价，成为造船行业所共同拥有的一个重点研究目标。采用集成安装方式降低管系设计和安装周期，即运用单元舾装和分段预装工艺，不仅可以减轻船舶设计师工作负担，提高设计质量，还能为船舶自动加工流水线提供较为详细的套料表、计划安排表等等，并且上述工作和计算机应用有着紧密联系，因而船舶管系设计系统是降低造船经济成本和缩短工期的有效途径。

1.管系设计布局的要求

船舶管系是船舶建造过程中的重要过程和工序，对于船舶制造有重大的影响。在生产过程中，船舶管系会受到重多因素的约束和影响，主要应满足以下 4 方面的要求：①经济性要求。管路长度尽量短，弯头、管卡数量尽量少。②安全性要求。管路应避免在振动较大的设备上面布置，比如水泵、压缩机等；油管应避免在高温蒸汽等高温管路及设备上方布置；管路安装时应满足管系的力学要求，同时，考虑到管系受热膨胀会影响使用中管系的受力情况，在安装时，应考虑管系布置的灵活性。③维修性要求。保证管路与管路、管路与设备之间有一定的间距，管路中的阀件及控制装置应避开障碍物，并处于易维护的范围内；为安装与维修阶段所用的扳手、绞车等移动设备预留足够的操作空间。④精细化要求。管系布置时应先布置粗管，后布置细管，管路应尽量与舱壁、设备、管路支架正交成束敷设；管路必须排列整齐，系统阀门应整齐布置；水平与垂直管路安装时应在管路垂直位移最小的位置支撑，防止管路过度变形扭曲。

2.船舶管系设计系统应用

我国在船舶管系设计方面起步较晚，部分船舶制造公司在90年代已开始研究此方面的内容，很多研究者都是从零件计算开始研究的。其中广州造船厂、江南造船厂、沪东造船厂产品生产方面零件计算程序已开始开展对比性试验。在证明计算机应用效果后，开始研究统计功能、绘图处理、自动定法兰、干涉检查等方面。近年来，广州和江南造船厂坚持运用管系系统，甚至成为管系设计不可缺少的技术。在实践操作中，于10多艘船舶管系设计当中应用计算机，提供近24000多张管子零件图，400多张安装图，采用电算处理管子占整个船舶管子的75%左右。万吨级船舶管系放样周期因使用管系系统从原先6个多月缩短至3~4个月左右，管子的废返率也从原先的7%~8%左右降低到2%~3以下，此举明显提高了管子安装和加工的质量。不同类型统计表为管子外场安装、内场加工、搬运存放等提供了较多的帮助，因而也得到了较为显著经济效果。上海船厂借助该厂具备的高速绘图机优势，对绘图机绘制管子零件图绘图软件进行了深入的研究，绘制每一张零件图的时间大约为1.5分钟。其中零件图是提前印在绘图纸上的，不仅有效解决了晒图复制问题，一定程度还解决了船舶生产工人过去读图困难吃力的问题，从而受到了船舶设计人员和生产工人的热烈欢迎和一致认可。虽然新河船厂缺乏必要的、规范的管系程序，然而十分热心于计算机技术的应用，所以就在船厂利用新港船厂的程序和计算机，计算55m打捞驳零件。运用计算机提供的零件图，可以得到较为准确的弯管参数，节省了大量的描图校对的时间，最重要的是可以提高放样的精度与质量。与此同时，运用计算机后，零件出图周期也从传统的2个月左右缩短到1.5月，节省了将近15天的时间，大大缩短了弯管工时。外场安装工时也因齐全的安装数据和精准的弯管加工，使时长缩短了三分之一，所以可以达到提高建造质量和造船效率，除了上述单位，中华造船厂、求新造船厂、大连造船厂等管系程序也已经逐渐在其他船厂得以广泛应用。

3.船舶船管系生产设计改进内容

（1）机舱斜梯格栅踏步制作困难，变换为花钢板，降低制作难度和制作单价。（2）船体倾斜部位双层底的加热盘管布置的松散，降低了加热效率，沿着外板倾斜布置，可提高加热效率。（3）原舾装件在安装焊接区域涂装或镀锌，造成焊接性不佳，而且现场焊接时会产生有毒气体。改善后取消舾装件的安装焊接区域的涂装或镀锌，不仅焊接性改进，而且也不会产生焊接气体，大大改善了现场工作环境。（4）设计羊角滚轮时，根据基本设计图上标记的尺寸进行余量制作后，现场调整施工，大大增加了施工时间。进行培训易于理解的无余量设计方法，羊角滚轮采用无余量设计，减少现场切割及调整时间。（5）考虑到导缆器基座形象，系泊绳直接碰到外板，不仅造成绳子的磨损，也会对船体造成破坏。基座的顶板延长到船体末端，防止系泊绳直接碰到船体，减少绳子的磨损，保护船体。（6）作为连接每个甲板左右舷主管的舱室排污支管，由于甲板高度较高，应该要给倾斜，但是此次船型舱室甲板高度较矮，若给倾斜，排出效果不佳。改成从甲板上直接下泄放管系，可以减少管子数量，便于安装，以及减少倾斜的管子和其它管子干涉的现象，使设计简单化。

4.管系设计布局的发展趋势

4.1进行三维数字化放样

以三维化为基础的数字化造船模式已经成为现代造船业的发展趋势，开展三维数字化管路布局设计迫在眉睫。三维数字化管路布局的优点在于使管路布局与设备安装同时进行，设备安装完成即可进入管系安装阶段，从而缩短生产周期。此外，三维数字化管系布局设计可以模拟出管系之间、管系与设备之间的三维空间关系，避免在生产阶段出现返工、材料浪费的情况。

4.2实现自动化管系布局

提高管系设计效率和布局精度的根本方法是进行自动化管系布局。三维数字化管系布局将管系设计工作从二维平面发展到了三维空间，但本质上还是依赖经验丰富的设计者，且设计不一定是最优的。一套成熟的自动化管系优化布局系统是利用预设的专家知识、算法自动输出最优的管系布局。

5.结束语

通过上面的论述，我们可以发现，管系设计系统是船舶不可缺少且至关重要的组成，其应用和发展得好不好，直接关系到船舶建设的效率和质量。船舶设计人员也应当在经济快速发展的背景下不断优化设计思路和理念，考虑将船舶管系系统与机舱布置系统、建造系统、电缆系统相互连接起来，从而做到设计的最优化和系统的集成化，最大限度地降低生产成本，缩短建造的周期，进一步提高我国船舶企业的经济效益，提升我国造船企业的综合竞争力，从而让广大造船企业更加自信地走出国门，更加从容地走向世界，获取更广阔的发展空间。

参考文献

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【2】赵恒，赵国庆，孔頔.船舶管系设计系统的应用和发展【J】.农家科技旬刊，2015（2）.

【3】谭雅楠.船舶管系设计系统的应用和发展【J】.城市建设理论研究：电子版，2015（25）.