浅析船舶管系舾装模块化技术

浅析船舶管系舾装模块化技术

蔡建游 张帆 江苏新扬子造船有限公司 , 江苏 靖江 214500

摘要：传统的造船工艺，将舾装作业作为船体建造的后续工序，即船体先行建造，船体完工下水后，停靠在舾装码头进行设备、管路、电缆的安装和调试，直至交船。而根据现代造船模式的指导思想，舾装过程已经变成：在舾装标准的指导下，进行单元模块化设计，并且整个过程都需要系统等数字化设计方法。基于此，本文主要对现代船舶舾装设计与制造效率提高方法进行了分析探讨。

关键词：现代船舶；舾装设计；模块化技术；分析探讨

1舾装模块的定义

目前船舶行业对舾装模块的研究为根据模块与船体的结构关系，舾装模块可以分为自持式模块和依附式模块2大类。自持式模块原先是分段或船上的预舾装单元，它具有独立的基座或支架结构，可以在内场预制，完工后在外场安装到船体上。将预舾装单元升级为造船模块，从设计与建造的角度来看，自持式舾装模块是真正的模块即实物造船模块。如:二氧化碳灭火装置、输液系统遥控阀组、海水淡水压力柜、燃油供油、凸轮轴滑油、普通船员舱室等典型船用模块。依附式舾装模块通常是指设计模块，因其设备布置范围较广或固定要求较高，实际建造中需以船体分段或船上区域的结构为依托。模块的预制性受船体建造进度所制约，但其设备的可选性和单元的通用性与自持式舾装模块相同，因而可以称为图面造船模块。这些模块的特征是:具有独立功能、具有完善的接口特性、互换性强、具有适用性和超前性、商品性。

近年来，对船舶舾装模块化的研究主要集中在开发各种船型中应用的自持式舾装设备模块，而对直接影响造船水平和进度的管舾装模块的研究却很少。对管舾装模块的研究和开发可以从舾装生产设计出发，从典型的船型向类似船型发展。

2船舶舾装模块化设计及制造技术的优势

2.1降低造船成本

在进行船舶舾装模块化设计及制造过程中，可以通过机电设备标准化、模块化和过程简单化等措施，不仅可以有效缩短船舶设计、制造等环节的时间，而且还可以降低船舶舾装模块化设计及制造的总成本。对于批量船、系列船、舾装设备甚至分段等都可以进行成批生产，通过大批量生产不仅可以有效提高装配作业的效率，而且还可以降低各个环节的造船成本，但是在真正开展起来还存在一定的难度，是未来造船技术发展的主要趋势。同时，随着船舶舾装模块化设计及制造技术的发展，使最初的船台（船坞）场所转移到室内或外场，也在一定程度上降低了造船的成本。与船台（船坞）内对各单元、模块进行安装相比，在室内或外场所产生的安装费用降低了5-7倍。

2.2工作方法和环境的改善

传统的造船业被定义为困难、肮脏、危险的3K行业，属于劳动力密集型产业。在对工作方法进行改善的基础上，可以完成对工作环境的有效改善，使工作人员从肮脏和繁重的体力劳动中彻底的解放出来，从“劳动力密集”产业逐渐过渡到“头脑（知识）密集”和“设备密集”产业。借助船舶舾装模块化设计及制造技术，使原本在总段、分段、坞内安装的零散部件，转移到空旷的平地上得以实现，有效的改善的工作的环境，更好的提高了船舶舾装模块化的使用效率。

3模块化设计关键技术

模块化设计能满足客户对船舶产品建造周期、成本和质量等的要求，并使船舶的开发是基于并行、协同等模式的设计过程。其中，船舶这个复杂的大系统所分解成的子系统模块/构件模块的设计是时间船舶模块化设计的关键步骤，而子系统模块/构件模块的接口设计又决定了子系统模块/构件模块的通用性和兼容性，同时也决定了子系统模块/构件模块的通用化程度和应用范围。因此，子系统模块/构件模块接口的设计也成为模块化设计的关键技术之一。

3.1子系统模块设计

子系统模块设计是实现船舶大系统模块化的关键步骤之一，基于船舶系统分解建立的产品平台进行子系统模块设计，不但能实现各模块的平行设计缩短产品设计时间，还能提高各模块质量进而提高船舶整个产品的设计质量和建造质量。同时，由于子系统模块相对独立的性质，在日后对平台进行新产品的开发或者扩展、升级的时候，只需对需重新设计的子系统模块部分进行单独设计即可。

3.2子系统模块接口设计

作为子系统模块设计的一个关键组成部分就是其接口设计，接口设计包含在产品系统模块化的整个设计过程当中。子系统接口设计的基本步骤通常为:定义子系统接口，选择模块化子系统的设计方案，对子系统的详细设计，校验接口设计。其详细设计的过程主要始于产品系统模块的分解，因为产品系统模块的分解定会涉及到各子系统/构件之间能量、信息或物质的交换种类和数量，以及子系统之间的连接方式。因此，在系统模块分解的同时也就开始了模块化子系统的接口设计过程。

（1）产品系统模块的分解

产品系统模块的分解是通过具体的模块分解方案/原则确定产品功能模块的范围。系统模块的分解确定了组成系统的各个特定功能模块，同时确定了各特定功能模块之间以及组成特定功能模块的子系统模块之间的关系，也就确定了它们之间的接口所交换的能量、物质或信息的类型及数量，即确定了接口的环境属性、物理属性和功能属性等相关属性。

（2）定义模块化子系统/构件接口

所谓定义模块化子系统的接口就是通过产品使用环境、市场环境、设计规范和生产条件等约束条件，对模块化子系统的属性做进一步的确定。由上可知，系统模块的分解可以得到接口的环境属性、物理属性和功能属性等相关属性。采用模块化设计的接口可以运用到多个产品平台中，包括升级更新的已有产品平台或是基于已有产品平台开发的相关平台中去。所以子系统接口之间的关系属性便影响到对已有子系统接口及其形式的选择（是做局部修改还是直接运用）抑或对此子系统接口设计的后续运用，即子系统间关系属性的确定和选择可能会对上一步确定的接口的环境属性、物理属性和功能属性等产生影响，甚至改变上一步确定的子系统接口的环境属性、物理属性和功能属性等相关属性。所以在定义模块化子系统接口时，要充分综合考虑各属性相互之间的关系，以期整体达到最优化。

（3）模块化接口设计方案的选择

由于子系统模块的接口具有标准化、冗余性和功能集成性等特点。所以就要对各种子系统接口的合理的可行的设计方案进行分析论证，并进行择优或者修改或调整，使子系统接口的标准化、冗余性和功能集成性等要求得到最好的满足。

（4）模块化接口的详细设计

接口设计方案确定后，就要采用既定的设计方案对接口进行详细设计，从而得到一个具体的子系统模块接口，其中包含设计参数的选择和确定、实现功能原理的选择确定、设计参数实例化等内容。

（5）校验接口设计

对已设计完成的接口进行校验主要是依据产品系统模块分解的总目标值进行功能和性能的校验，由此来判断接口设计能否满足预定的要求。子系统如能通过设计的接口连接起来满足预定的设计要求，则将此作为最终设计；如未能通过检验，就需重新返回至定义模块化子系统接口甚至产品系统模块分解的步骤，进行接口重新定义或者体统模块分解的调整，以期设计出的接口将子系统连接起能达到产品预定的设计要求。

4结语

随着造船方式的变化， 以及船舶大型化、 船舶精细化的向前发展， 我们要向国外优秀造船厂的成功经验学习， 提高生产效率， 缩短造船周期， 降低生产成本。 但是， 更要加快船舶系统、 标准的自主研发设计能力， 早日促进中国数字化发展迈向更高的水平。

参考文献

[1]强文清,秦慧劼.船舶舾装智能管理应用与分析[J].船舶物资与市场,2019(07):71+73.

[2]曹洪.船舶舾装设计与制造效率提高方法研究[J].船舶物资与市场,2020(10):35-36.