風(fēng)機(jī)基座高效布置方法在風(fēng)管設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陸雅楠，魏文俊，孫逸文，陳姜龍

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

0 引言

風(fēng)管生產(chǎn)設(shè)計(jì)是船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)的一種，其主要包括對(duì)風(fēng)管、附件和風(fēng)機(jī)等設(shè)備的綜合布置，是用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的依據(jù)[1-2]。在開(kāi)展生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員先根據(jù)系統(tǒng)原理圖對(duì)風(fēng)管、附件和風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行預(yù)布置，并根據(jù)綜合布置情況進(jìn)行協(xié)調(diào)和修改，待各項(xiàng)工作完成后創(chuàng)建風(fēng)機(jī)基座。然而，無(wú)論是在風(fēng)管綜合布置過(guò)程中創(chuàng)建風(fēng)機(jī)基座，還是在各項(xiàng)工作完成后創(chuàng)建風(fēng)機(jī)基座，都會(huì)存在交互修改、返工等問(wèn)題，影響風(fēng)管生產(chǎn)設(shè)計(jì)的工作效率。本文以某外貿(mào)船的射流風(fēng)機(jī)布置和風(fēng)機(jī)基座創(chuàng)建為例，對(duì)風(fēng)機(jī)基座的布置方法和特點(diǎn)進(jìn)行闡述，提出一種在風(fēng)機(jī)小樣中創(chuàng)建通用基座的方法，并與現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行對(duì)比。

1 設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和問(wèn)題描述

本船的三維設(shè)計(jì)基于東欣船舶產(chǎn)品設(shè)計(jì)（Ship Product Design, SPD）軟件，風(fēng)管和附件采用參數(shù)化部件、風(fēng)機(jī)采用設(shè)備小樣進(jìn)行布置[2-4]，風(fēng)機(jī)基座采用鐵舾件進(jìn)行布置。然而，由于鐵舾件采用的是獨(dú)立的設(shè)計(jì)模塊，無(wú)法與風(fēng)管和風(fēng)機(jī)等在同一個(gè)區(qū)域中進(jìn)行布置和修改。因此，風(fēng)機(jī)基座往往是在各項(xiàng)工作完成后，切換至其他模塊進(jìn)行創(chuàng)建的。當(dāng)生產(chǎn)進(jìn)度導(dǎo)致管、風(fēng)、電生產(chǎn)設(shè)計(jì)出圖早于風(fēng)機(jī)基座出圖時(shí)，將會(huì)引起風(fēng)機(jī)基座與管系、電纜干涉，這易使基座設(shè)繪人員無(wú)從下手，甚至?xí)斐筛膱D和返工。

以本船的射流風(fēng)機(jī)為例，管、風(fēng)、電的設(shè)計(jì)人員在開(kāi)展工作時(shí)，沒(méi)有綜合考慮風(fēng)機(jī)基座的形式和位置，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)頂部布置了很多管系和主干電纜，這大幅提升了風(fēng)機(jī)基座的設(shè)繪難度（見(jiàn)圖1）。風(fēng)機(jī)基座在完成設(shè)計(jì)和鐵舾件建模后，仍與上方的主干電纜產(chǎn)生干涉，經(jīng)專業(yè)協(xié)調(diào)后決定修改電纜導(dǎo)架，而此時(shí)電氣生產(chǎn)設(shè)計(jì)已完成發(fā)圖工作，從而造成電氣專業(yè)的改圖和返工。

圖1 射流風(fēng)機(jī)的布置情況圖

2 設(shè)計(jì)方法的分析和對(duì)比

2.1 常規(guī)設(shè)計(jì)方法

在常規(guī)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員先根據(jù)原理圖中的風(fēng)管走向和風(fēng)機(jī)編號(hào)等將風(fēng)管和風(fēng)機(jī)預(yù)先布置到艙室中，再通過(guò)管、風(fēng)、電專業(yè)的相互協(xié)調(diào)完成初步布置，再各自對(duì)本專業(yè)的放樣進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在確定風(fēng)管位置后，會(huì)根據(jù)風(fēng)管的變徑角度、風(fēng)機(jī)的擴(kuò)散角等因素[5-6]對(duì)風(fēng)機(jī)位置進(jìn)行調(diào)整（見(jiàn)圖2）。此時(shí)，各專業(yè)默認(rèn)放樣工作已完成，基座建模作為最后一個(gè)步驟，將移交給繪制基座圖的設(shè)計(jì)人員來(lái)完成。工時(shí)計(jì)算公式為

圖2 風(fēng)管生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作順序

式中：H為常規(guī)的設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生的總工時(shí)；h為設(shè)備建小樣至風(fēng)機(jī)完成定位產(chǎn)生的工時(shí)；hj為基座建模產(chǎn)生的工時(shí)。

在基座建模后，因干涉、優(yōu)化裝焊和優(yōu)化基座形式等原因，將引起進(jìn)一步的協(xié)調(diào)和修改（見(jiàn)圖3），將此時(shí)產(chǎn)生的工時(shí)定義為hj1。由于風(fēng)機(jī)的定位以風(fēng)管布置和綜合協(xié)調(diào)為主，基座建模是在風(fēng)機(jī)定位后根據(jù)風(fēng)機(jī)圖紙而定，只有在建模期間，才能根據(jù)結(jié)構(gòu)件、基座形式等因素確定基座的最終位置。因此，基座建模后，不做修改的概率較小。在此，假設(shè)基座建模后，進(jìn)一步協(xié)調(diào)和修改的情況必然發(fā)生，則工時(shí)的計(jì)算公式修正為

圖3 基座建模引起的進(jìn)一步協(xié)調(diào)和修改

式中：hj1為進(jìn)一步協(xié)調(diào)和修改產(chǎn)生的工時(shí)。

此外，由于設(shè)計(jì)人員在與各專業(yè)協(xié)調(diào)時(shí)忽視了風(fēng)機(jī)基座的形式，而管系和電氣專業(yè)也忽視了該問(wèn)題。在完成綜合協(xié)調(diào)和布置后，設(shè)計(jì)人員和基座繪制人員在上下道工序交接、工作安排和基座圖出圖方面耗時(shí)較久。因此，當(dāng)基座繪制的人員提出修改時(shí)，電氣設(shè)計(jì)人員已完成主干電纜部分的出圖工作，故電氣專業(yè)需要重新改圖?？紤]到改圖產(chǎn)生的工時(shí)，將工時(shí)的計(jì)算公式進(jìn)一步修正為

式中：hg為改圖產(chǎn)生的工時(shí)。

2.2 改進(jìn)方法1

與常規(guī)設(shè)計(jì)方法相似，改進(jìn)方法1 的步驟也是從風(fēng)機(jī)建小樣到基座建模。區(qū)別在于，設(shè)計(jì)人員需要在布置風(fēng)機(jī)的同時(shí)直接利用鐵舾件功能對(duì)基座進(jìn)行建模，并參考基座的形式和位置對(duì)干涉情況進(jìn)行檢查，最終完成綜合協(xié)調(diào)和布置。在基座建模后，若發(fā)現(xiàn)與其他專業(yè)干涉、無(wú)法裝焊等問(wèn)題，需進(jìn)一步通過(guò)專業(yè)協(xié)調(diào)、位置調(diào)整等來(lái)完成布置（見(jiàn)圖4）。此外，由于本方法要求設(shè)計(jì)人員同步完成基座的建模工作，不存在常規(guī)方法中上下道工序的交接和時(shí)間間隔等因素。因此，本方法不會(huì)產(chǎn)生改圖工時(shí)，其他部分與常規(guī)方法產(chǎn)生的工時(shí)相同。在此，假定設(shè)計(jì)人員和基座繪制人員對(duì)基座建模所用的工時(shí)相同，也不考慮各項(xiàng)工作產(chǎn)生的特殊情況引起的差別。則改進(jìn)方法1 設(shè)計(jì)工時(shí)的計(jì)算公式為

圖4 改進(jìn)方法1 示意圖（單位：mm）

式中：H1為改進(jìn)方法1 的總工時(shí)。

以本船的射流風(fēng)機(jī)為例，用改進(jìn)方法1 進(jìn)行放樣工作，在完成風(fēng)機(jī)的布置和定位后，參考風(fēng)機(jī)圖紙中的底座尺寸和螺孔位置等信息，即可確定基座面板、肘板和腹板的尺寸和相對(duì)位置。結(jié)構(gòu)件與肘板的間距只有14 mm，無(wú)法滿足施焊空間的要求。為滿足基座板材與結(jié)構(gòu)件的焊接要求，直接將風(fēng)機(jī)基座的肘板調(diào)整到結(jié)構(gòu)件下方，與之裝焊在一起。此外，對(duì)風(fēng)機(jī)作出相應(yīng)調(diào)整，在修改風(fēng)管的同時(shí)，協(xié)調(diào)管系和電氣專業(yè)進(jìn)行相應(yīng)微調(diào)，并根據(jù)主干電纜的布置位置對(duì)風(fēng)機(jī)基座的形式進(jìn)行同步修改。與常規(guī)方法相比，改進(jìn)方法1 雖明顯增加了生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段的工作量，但確保了基座模型的完成度，可有效避免管了因風(fēng)機(jī)基座調(diào)整引起的改圖工作。

2.3 改進(jìn)方法2

改進(jìn)方法2 與改進(jìn)方法1 類似，區(qū)別在于在風(fēng)機(jī)建小樣時(shí)，預(yù)先將風(fēng)機(jī)基座以設(shè)備小樣的形式繪制到風(fēng)機(jī)小樣中（見(jiàn)圖5）。設(shè)計(jì)人員不需要在風(fēng)機(jī)布置的同時(shí)對(duì)基座進(jìn)行建模，而是在基座圖出圖前進(jìn)行建模，甚至可將該任務(wù)移交給基座繪制人員。在采用改進(jìn)方法2 前，需根據(jù)風(fēng)機(jī)類型、安裝形式和船東要求等因素，確定風(fēng)機(jī)基座的基本形式，并根據(jù)本船的層高預(yù)估基座的高度。在風(fēng)機(jī)建小樣時(shí)，將風(fēng)機(jī)基座繪制到風(fēng)機(jī)小樣中。以本船的射流風(fēng)機(jī)為例，根據(jù)風(fēng)機(jī)圖紙的螺孔尺寸和布置位置，以及船舶基座和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)則確定基座的形式，以及肘板、腹板與螺孔的間距。暫定基座高度為500 mm，即可在風(fēng)機(jī)小樣中建立起基本的基座模型。通過(guò)風(fēng)機(jī)小樣，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員可直觀了解射流風(fēng)機(jī)的基座形式，并預(yù)判管、風(fēng)、電的布置位置，進(jìn)而有效推進(jìn)各項(xiàng)工作。對(duì)風(fēng)管生產(chǎn)設(shè)計(jì)而言，可在風(fēng)機(jī)布置的同時(shí)綜合考慮基座與結(jié)構(gòu)件之間的裝焊可行性，并直接完成風(fēng)機(jī)和基座的位置調(diào)整。

圖5 風(fēng)機(jī)模型的基座示意圖

射流風(fēng)機(jī)的基座及其布置效果見(jiàn)圖6。腹板（或肘板）與球扁鋼的間距為60 mm，球扁鋼的高度為60 mm，滿足施焊空間的要求。假設(shè)腹板（或肘板）與結(jié)構(gòu)件的間距不滿足施焊空間要求，靠調(diào)整風(fēng)機(jī)位置也無(wú)法同時(shí)滿足各腹板（或肘板）與結(jié)構(gòu)件的間距要求。解決方法是確保其中一部分板材的施焊空間滿足要求，對(duì)于無(wú)法滿足的板材，參考船舶基座及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)則對(duì)基座板材的位置進(jìn)行修改即可，無(wú)需重復(fù)修改風(fēng)機(jī)小樣。

圖6 射流風(fēng)機(jī)的基座及其布置效果

綜上所述，改進(jìn)方法2 在風(fēng)機(jī)建小樣階段比常規(guī)方法和改進(jìn)方法1 增加了基座建小樣的工時(shí)，將此時(shí)產(chǎn)生的工時(shí)定義為hx。然而，由于各專業(yè)均能直觀地了解風(fēng)機(jī)基座的形式和位置，因基座建模后引起的進(jìn)一步協(xié)調(diào)和修改工作，將大幅度減小，將此時(shí)產(chǎn)生的工時(shí)定義為hj2。此外，由于風(fēng)管生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，已根據(jù)風(fēng)機(jī)小樣中的基座模型綜合考慮了布置、協(xié)調(diào)和裝焊等問(wèn)題，使基座繪制人員可根據(jù)基座小樣直接建?；蛭⒄{(diào)腹板（肘板）的位置，基本不存在基座模型反復(fù)修改、建模等情況。則改進(jìn)方法2 設(shè)計(jì)工時(shí)的計(jì)算公式為

式中：H2為方法2 的總工時(shí)；hx為改進(jìn)方法2 基座建小樣產(chǎn)生的工時(shí)；hi為改進(jìn)方法2 基座建模產(chǎn)生的工時(shí)；hj2為改進(jìn)方法2 基座建模后引起的協(xié)調(diào)和修改。

2.4 方式特點(diǎn)分析和對(duì)比

2.4.1 常規(guī)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

常規(guī)方法的優(yōu)點(diǎn)在于：設(shè)計(jì)人員只考慮風(fēng)機(jī)和風(fēng)管的布置位置，無(wú)需兼顧風(fēng)機(jī)基座的形式和焊接等問(wèn)題，對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，較省時(shí)間。缺點(diǎn)在于：其他專業(yè)的設(shè)計(jì)人員不能直觀地了解基座的具體形式和外形，容易造成后續(xù)的干涉和修改。

2.4.2 改進(jìn)方法1 的優(yōu)缺點(diǎn)

改進(jìn)方法1 的優(yōu)點(diǎn)如下：

1）在完成風(fēng)管生產(chǎn)設(shè)計(jì)的同時(shí)完成基座建模，避免后續(xù)因基座調(diào)整引起的一系列綜合協(xié)調(diào)和修改，也為后續(xù)基座圖的出圖工作節(jié)省時(shí)間、提高效率。

2）在進(jìn)行專業(yè)間綜合協(xié)調(diào)和布置時(shí)，更為直觀、精準(zhǔn)，避免協(xié)調(diào)不周的情況發(fā)生。

3）可有效避免因基座協(xié)調(diào)滯后引起的繪圖、制作加工和裝焊困難等問(wèn)題。

改進(jìn)方法1 具有如下缺點(diǎn)：要求設(shè)計(jì)人員兼顧基座模型、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和鐵舾件功能；其放樣所用時(shí)間依舊較長(zhǎng)。

2.4.3 改進(jìn)方法2 的特點(diǎn)

改進(jìn)方法2 的優(yōu)點(diǎn)如下：

1）在完成風(fēng)管生產(chǎn)設(shè)計(jì)的同時(shí)基本完成基座定位，避免后續(xù)一系列的修改工作，為基座的建模和出圖工作奠定基礎(chǔ)。

2）各專業(yè)綜合協(xié)調(diào)和布置時(shí)，基本能夠直觀、精準(zhǔn)展示基座的形式和位置，方便預(yù)判避讓空間。

3）基座形式已定，設(shè)計(jì)人員可以綜合考慮基座的焊接可行性。

4）設(shè)計(jì)人員無(wú)需懂得基座設(shè)繪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和軟件的鐵舾件功能。

改進(jìn)方法2 的缺點(diǎn)在于：設(shè)計(jì)人員在風(fēng)機(jī)建小樣時(shí)，必須根據(jù)各區(qū)域情況預(yù)判基座高度。

2.4.4 各方法綜合對(duì)比

綜上所述，只有常規(guī)方法會(huì)產(chǎn)生因協(xié)調(diào)滯后、上下道工序交接等因素產(chǎn)生的改圖工時(shí)hg，是綜合協(xié)調(diào)不周產(chǎn)生的額外工作量。hg的存在說(shuō)明常規(guī)方法不如改進(jìn)方法1 和改進(jìn)方法2。為便于對(duì)比分析改進(jìn)方法1 和改進(jìn)方法2，將式（5）減式（4）可得

由于改進(jìn)方法2 的基座建模是一次完成的，其產(chǎn)生的工時(shí)小于改進(jìn)方法1。又因?yàn)楦倪M(jìn)方法2 預(yù)判了風(fēng)機(jī)基座的形式和高度，在風(fēng)機(jī)模型中建立了通用基座，其實(shí)際對(duì)基座進(jìn)行了2 次建模，則將(hx+hi)假定為風(fēng)機(jī)基座建模的反復(fù)修改和調(diào)整，即hx+hi≈hj。而方法1 中的基座建模的次數(shù)存在不確定因素，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，基本可確定為大于等于兩次，因此實(shí)際的關(guān)系應(yīng)為hx+hi＜hj。同理可得hj2＜hj1，故ΔH＜0。經(jīng)過(guò)上述分析，可以得出結(jié)論：在排除特殊情況的前提下，方法2 所產(chǎn)生的設(shè)計(jì)工時(shí)小于方法1。

綜上所述，按精細(xì)化建模，風(fēng)管生產(chǎn)設(shè)計(jì)、風(fēng)機(jī)布置和基座建模同步進(jìn)行等角度考慮，宜采用風(fēng)機(jī)小樣中創(chuàng)建通用基座的方法。

3 結(jié)論

本文以某外貿(mào)船的射流風(fēng)機(jī)布置為例，闡述了風(fēng)機(jī)基座的布置方法和特點(diǎn)，提出了一種在風(fēng)機(jī)小樣中創(chuàng)建通用基座的方法，并與現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：該方法可有效提高生產(chǎn)設(shè)計(jì)的整體效率。在風(fēng)機(jī)建小樣時(shí)，預(yù)先考慮并加入通用基座，可有效減少管、風(fēng)、電生產(chǎn)設(shè)計(jì)的差錯(cuò)率、改圖和后續(xù)返工率，進(jìn)而大幅度提高生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作的設(shè)計(jì)質(zhì)量和工作效率。