典型船舶舾裝設備數(shù)字化建模應用研究

彭黎

摘要：概述了機艙設備，結合有限元分析法優(yōu)化鐵舾件，以實例詳細講解優(yōu)化過程以及在新項目應用中所取得的效益;完善設計手段的大膽創(chuàng)新，使船舶設計緊跟時代發(fā)展需求，為舾裝件的減重推廣打下堅實基礎。

關鍵詞：船舶;舾裝設備;數(shù)字化建模

前言

在船舶制造技術發(fā)展中，舾裝件管理專業(yè)化發(fā)展對于提高船舶建造和保障企業(yè)發(fā)展都起到了不可忽視的意義。這種意義主要表現(xiàn)在以下兩個方面內(nèi)容。一是確保舾裝生產(chǎn)效率與質量的提升。技術管理人員通過對傳統(tǒng)管理模式與托盤管理模式對比研究發(fā)現(xiàn)，新型的舾裝件管理模式從總裝場使用調度，到相關配套工具計劃使用，以及工序與生產(chǎn)環(huán)節(jié)配置都符合專業(yè)化、標準化生產(chǎn)要求，進而在確保舾裝質量的同時，極大地提高了舾裝生產(chǎn)效率。二是提高了總裝場所利用率。由于采用了合理有序的調度規(guī)劃模式，因此托盤式舾裝件管理方法可以有效地提高船舶生產(chǎn)總裝場所利用率，進而有效地提高船舶制造產(chǎn)業(yè)的總生產(chǎn)率，為提高企業(yè)效益提供了支持。

1舾裝件管理的主要措施研究

1.1部件生產(chǎn)標準化模式的建立

由于船舶舾裝件部件種類較多，且生產(chǎn)過程較為繁瑣，因此在其生產(chǎn)管理中就需要利用標準化模式，在其設計、生產(chǎn)、采購源頭部分就開始重視船舶舾裝件標準化管理。這種標準化管理包括了以下幾個部分：一是設計、生產(chǎn)的標準化，由于絕大部分舾裝部件可以由造船企業(yè)自行生產(chǎn)，因此技術人員在其設計過程中就要確保配套的舾裝部件在設計環(huán)節(jié)就采用統(tǒng)一的技術標準。同時在舾裝件生產(chǎn)中，技術人員也需要利用統(tǒng)一的工藝規(guī)范嚴格要求舾裝生產(chǎn)過程，確保部件生產(chǎn)的標準化。二是對于防爆門窗、防火風閘等需要外購的特殊舾裝件，技術人員需要把好采購技術檢查關，確保采購到的舾裝部件符合舾裝生產(chǎn)的技術標準。三是做好舾裝件應急管理的預案建設，避免舾裝件在運輸、儲存等過程中出現(xiàn)意外事件的情況下，舾裝件安裝不收到較大影響。

1.2操作標準化模式的建立

除了舾裝件生產(chǎn)標準化管理外，舾裝件安裝操作過程中的標準化管理也是舾裝標準化管理的重要組成部分。這一管理工作主要包括了以下三方面內(nèi)容：一是根據(jù)做好包括舾裝件名稱、規(guī)格、帶號、材質、價格等相關內(nèi)容的部件清單，并將清單提供給舾裝件生產(chǎn)部門，使其以此為標準開展舾裝件生產(chǎn)，用于規(guī)范舾裝件生產(chǎn)操作過程。二是利用嚴格控制工藝流程的方法規(guī)范舾裝件操作過程，確保技術工人在工藝水平不一、操作能力較差的情況下，確保安裝操作的規(guī)范性。三是利用責任管理與工藝管理結合的方式，建立部件操作使用的標準流程，確保舾裝件配送與回收的整體效率。

1.3確保托盤管理效率的提升

托盤化管理是新型舾裝件管理的核心，因此有效提升托盤化管理整體效率，對于提高舾裝件管理質量有著不可忽視的作用。在實際的托盤管理中，其主要管理措施包括了以下三個主要工作，一是利用托盤管理表（如下表）細化舾裝件種類、代碼、安裝圖、工程號等詳細信息，保障托盤管理質量與效率。二是做好舾裝件倉儲管理，做到規(guī)范擺放、便于取放、先進先出、托盤歸類的倉儲管理原則。三是加強消防、安全生產(chǎn)以及治安管理工作，做好倉儲安全管理工作。

1.4加強舾裝件保養(yǎng)與維護管理

在舾裝件管理中，技術人員必須加強舾裝件的保養(yǎng)與維護管理。其管理工作的原則為預防養(yǎng)護為主，維修補救為輔助的工作原則，有效降低舾裝件管理成本。因此在維護管理中，技術人員應加強對舾裝件的定期巡檢，嚴格落實部件保養(yǎng)工藝規(guī)范。對于存在故障隱患或表面問題的部件及時維護檢查，最大化降低舾裝件維護成本。

1.5建設高水平的舾裝件管理人才隊伍

在舾裝件管理過程中，一只技術水平較高的人才隊伍發(fā)揮著重要作用。因此管理人員應加強對技術管理人員職業(yè)技術培訓工作，同時注意舾裝技術工人培養(yǎng)，特別加強技術、安全、工藝等方面的培養(yǎng)，進而為標準化舾裝件管理實施提供保障。

2實例分析

FPSO是我公司主打產(chǎn)品，后續(xù)也有一定數(shù)量的訂單。此次在原N487的設計基礎上進行優(yōu)化，并將有限元計算數(shù)據(jù)和報告整理歸類，為優(yōu)化型材在后續(xù)船上的推廣和運用提供數(shù)據(jù)支持。同時在送審船東、船檢時，可提供數(shù)據(jù)支持。下面就以N487中B型小車過道和舵機操作平臺作為優(yōu)化實例，來具體介紹優(yōu)化過程。

2.1 B型小車過道優(yōu)化設計

選取N487中B型小車過道的樣式，將原先的角鋼L75×75×8mm替換為L50×50×6mm進行有限元建模分析。按照每人所占面積0.35m2的標準可計算出人行過橋上的大約人數(shù)，假設人均質量為100kg，小車及物品500kg。計算可得出角鋼替換為L50×50×6mm時，小車過道最大應力為172MPa。小車過道所用材料的屈服應力為235MPa，根據(jù)HCSR規(guī)范第7章6.2.1，應力衡準為1.36σyd。即1.36×235=319.6MPa。可見型材替換后完全符合結構的強度要求，此方案是可行合理的。另外，根據(jù)甲板上小車過道所處區(qū)域以及自身特點，按照規(guī)要求只需考慮強度即可，振動可不作考慮。

2.2舵機操作平臺設計優(yōu)化

選取N792船上所用舵機操作平臺進行優(yōu)化，將原先所用L75×75×8mm角鋼替換為L63×63×6mm。舵機操作平臺各部件之間不是焊接的，因此有限元分析時需要對各個部件分別進行建模分析根據(jù)平臺角鋼是L63×63×6mm進行強度分析。應力大小為10.9MPa，遠遠小于許用應力。如僅考慮強度，平臺角鋼可進一步優(yōu)化減小規(guī)格，但舵機操作平臺所處區(qū)域在尾部，距離主機和螺旋槳都比較近，此處容易出現(xiàn)振動問題，在以往的實船中也多次發(fā)現(xiàn)振動問題。因此舵機操作平臺振動問題不可忽視。故先計算型材規(guī)格為L63×63×6mm時的平臺固有頻率，根據(jù)結果酌情考慮是否可進一步優(yōu)化。選N792船的主要參數(shù)先計算激振頻率，參數(shù)如下：主機：MAN6G70ME-C9.5HPSCR&EGB;SMCR：15748kW×75RPM;螺旋槳：4葉。激振力來源于主機和螺旋槳。螺旋槳激振力最大葉頻為（SMCR/60）×4，基于我們舾裝件修改的方便性，只要考慮到倍葉頻（SMCR/60）×8即可。該船使用的是6缸機，其6階激振力最大頻率等于（SMCR/60）×6，此頻率已在倍葉頻范圍之內(nèi)。因此以倍葉頻作為衡準，即可根據(jù)參數(shù)算出倍葉頻為10Hz，再加上20%的余量便為12Hz。有限元建模分析舵機操作平臺固有頻率，計算結果及振型，一階固有頻率12.369Hz，二階固有頻率12.911Hz。以上分析表明優(yōu)化后舵機操作平臺的固有頻率已達到目標值以上，避開了共振。但富余量并不是很大，若在不改變平臺型式的基礎上進一步降低型材規(guī)格，必然會降低整個平臺的剛度，導致固有頻率降低，從而低于倍葉頻容易引起共振。因此，在原有結構型式的基礎上暫優(yōu)化角鋼規(guī)格為L63×63×6mm。

結束語

舾裝件優(yōu)化設計方法是在滿足設計要求的前提下，通過采用低規(guī)格型號的鋼材，達到節(jié)約成本和控制質量的目的。經(jīng)過幾個項目的摸索和實踐，這一技術成果已準備應用于后續(xù)新項目中。目前N999正處于詳細設計送退審階段，優(yōu)化結果已在這個項目上有所推廣和應用。優(yōu)化后的鐵舾件質量控制效果明顯。

參考文獻：

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[2]中國船舶工業(yè)總公司.船舶設計手冊舾裝分冊[M].第1版.北京：國防工業(yè)出版社，2017.