浅谈模块化设计在管系放样中的应用

张智慧 张广新 肖广禹

摘 要：管系生产设计即管系放样，对于机舱区域大量管系的布置采用了模块化的设计方法，对功能单元进行了合理的划分，提高了设计的通用性和可互换性，有效缩短了船舶设计与建造周期。

关键词：模块化;管系放样;单元;建造周期

机舱区域是船舶的一个重要的部分，它对于保证船舶各种机械的正常运转和船舶的安全航行起着重要的作用，机舱区域的管系设计又是船舶设计中的一个十分重要的环节。由于船舶上管子及其附件的数量和种类较多，这就使得管子的设计任务十分繁重。缩短设计的时间，提高设计的效率，对于缩短整个造船周期，提高经济效益，有着不可估量的意义，同时，在设计过程中采用区域模块化设计方法，对实现快速造船有现实的意义和良好的应用前景。

一、软件平台概述

Tribon-m3船舶制造三维设计系统以三维建模技术为核心，面向船舶生产设计的计算机集成系统，内容覆盖船舶壳、舾、涂生产设计。该系统通过建立产品全电子数字模型来实现虚拟建造和仿真检验，并提供完整的生产设计图纸和统计报表，为深化生产设计，促进造船企业转模创造条件。其三维建模功能包括设备、管路、螺旋风管、方风管、管支架的布置和建模。在建模的过程中，系统能自动地即时进行工艺性干涉检查和数据处理，以保证零件的可加工性。也可以进行三维的碰撞检查。

二、模块化设计的要素及特征

“模块”在汉语中是一个较新的词汇，1979年版《辞海》及1983年版《辞海增补本》都没有该词条。其实，模块是一个“外来语”，且不同行业有不同的含义。建筑行业的模块（Module）本意是组件、预制件或预制住房单元等，其形容词（modular）则含积木化或组装式等意义。

造船行业的“模块”有其特定的含义，一般说来，造船业的“模块”应具备以下三个要素：

第一，模块应具有标准尺寸和标准构造。造船采用模块方法的目的之一，就是要缩短设计与建造周期，而标准化是简化设计，便于制造和提高产品质量的有效措施。

第二，模块应具有标准件和可选部件的特点。模块内含有可选择的标准件（设备），因此，可用调换这些标准件（设备）来满足船东的特定要求。

第三，模块是预制件，具有可组装性。舾装模块是在专门的工厂加工或船厂的内场车间加工而成的。舾装模块吊装到船体上以后可以直接安装。

根据上述三个要素，造船模块被定义为具有标准尺寸和标准件，且主要部件具有可选性的最终产品的预制单元。

三、机舱区域管系模块化及其实现方法

造船模块包括船体结构模块和船舶舾装模块两大类

1.船体结构模块。该船舶机舱区域船体结构已经由船厂根据其建造和吊装能力等划分完毕，机舱区域共分为六个分段吊装组建，即H05B，H05P/S，E06B，E06P/S如图1所示，根据船体结构图，再建立机舱区域船体结构。

2.船舶舾装模块。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两大类。自持式模块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，是因为单元适用于要求相似的不同船型。从设计建造角度来看，自持式舾装模块是真正的模块。依附式模块要以船体分段或船上区域的结构为依托，但又因其设备的可选性和单元的通用性与自持式舾装模块相同，也可以称为图面自持模块。

本船在机舱区域考虑模块化管系布置时，重点考虑了如下方面：

（1）管路的布置应具有合理性。如所有燃油舱柜的空气管、溢流管和测深管，都应避免通过居住舱室。淡水管路不得通过油舱，以免管子破损或渗漏时污染水质。同样，油管路也不得通淡水舱。其他管路通过油舱时，应遵照规范要求加厚管壁，并在舱内不得有可拆接头。

（2）管路的布置应具有安全性。如蒸汽管、油管、水管和柴油机排气管等，应避免布置在配电板及其他电器设备的上方及后面，并尽量远离配电板周围。油管路还应避免在锅炉、烟道、蒸汽管、废气管及消音器的上方通过。凡通过防火区域的管路，应采用满足船级社认可的节点形式。管子穿过水密或气密结构处，应采用贯通件或座板。

（3）管路的布置应具有可操作性。如装在花钢板以下的阀件，其手轮应能方便操作，不便于操作的阀件，应将阀杆接长或配备便于操作的工具。

（4）管路的布置应具有可维护性。如在管子、附件、滤器等设备上设有放泄装置，以放泄管子内的空气及存液。

对双层底区域，根据机舱布置图，初步建立的模块有：主机冷却海水泵组模块;货淡输送泵组模块、分油机加热及净化模块;燃油输送泵组模块;舱底、压载泵组模块;压载水处理装置模块。

在分油机单元，由于滑油分油机和燃油分油机的設备是同一厂家提供的，而且设备外形是相同的，仅仅是所输送的介质有所区别，在布置时，采用了单元法对泵、设备的进、出口、阀、附件、管路连接形式、尺寸等制作成相同或相似的单元，使得布置整齐统一，便于管理和操作。

如，主机冷却海水泵组模块，由于两台海水泵及两台板冷并联使用，在布置时，考虑到操作的方便性，和便于维护，采用自持式模块布置。货淡输送泵组模块，由于一台淡水货泵，在布置时，考虑到分段搭载操作的方便性，和便于维护，采用和分段依附式模块。

又如，货油输送泵组模块，由于两台货油货泵，在布置时，考虑到分段搭载操作的方便性，和便于维护，采用和分段依附式模块。同理，该船舶共有三台发电机组，其布置形式也是按照模块化布置思路，三台发电机组按照相似性的布置原则进行了配套管系的布置设计。

管系生产设计还有一些其它规律和辅助手法。一般地说，应先考虑大口径管，后考虑一般管。先考虑绝缘管，后考虑非绝缘营。先考虑特种材料管，后考虑一般材料管。先考虑有特别要求的，后考虑一般要求的。如油泵的进出管路，管路要尽可能拉直少弯，以利减少背压、减振减噪。先考虑布置可移动性弱的管子，后考虑布置可移动性强的，对于相邻的管路在排列时要主要口径的和谐美观，或由大到小，或由小到大。要多用组合支架，组合支架在一定范围内限制了管路安装的偏移，会给人感觉所装管路平直，间距一致。

四、结语

模块化造船将加速船厂生产模式的转变。功能模塊在船上的安装过程将在船舶的整个使用过程重复，也就是在船舶营运过程中以最少的劳动力和时间来更换，以使船舶的性能和效率保持在先进的水平上。

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