章 銳，汪家政，林 偉

（金海重工股份有限公司，浙江舟山 316291）

0 引言

散貨船是三大主流民用船型之一，隨著船舶工業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)散貨船的設(shè)計水平已逐步接近行業(yè)先進(jìn)水平，但仍有可進(jìn)一步提高的地方，特別是對現(xiàn)場生產(chǎn)施工方面考慮還可以更加細(xì)致。近兩年，隨著經(jīng)濟(jì)危機(jī)的波及面不斷擴(kuò)大，航運(yùn)及船舶市場持續(xù)低迷，散貨船價格觸至最低谷[1]，要想避免“造一條虧本、兩條持平、三條微利”的局面，壓縮船舶建造成本對各個船廠來說就是最好的“節(jié)流”方式。

造船是一個綜合性工業(yè)，它的作業(yè)面大、工種繁多、造船周期長。如何提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，以及縮短造船周期，一直是造船人探求的目標(biāo)[2]。設(shè)計作為生產(chǎn)的源頭，先進(jìn)的設(shè)計對降本增效有著至關(guān)重要的作用。

船體零件之間的連接被稱為節(jié)點(diǎn)，船體結(jié)構(gòu)是由各種節(jié)點(diǎn)組成，“導(dǎo)圓”作為一個典型節(jié)點(diǎn)在船舶設(shè)計中被大量利用，合理的利用“導(dǎo)圓”設(shè)計不僅能平衡生產(chǎn)過程中加工和焊接的工作量，解決工序瓶頸，還能降低工作難度，避免安全事故，實(shí)現(xiàn)綠色造船；不合理的利用則反之。

1 “導(dǎo)圓”的合理應(yīng)用

1.1 底邊艙斜板與內(nèi)底板相接處

傳統(tǒng)設(shè)計（圖 1）通常將底邊艙斜板與內(nèi)底板處設(shè)計為焊接連接，存在以下不足：

1）因該區(qū)域?yàn)楦邞?yīng)力區(qū)域，焊縫需全焊透，且焊后需打磨成光順的圓弧過渡以避免應(yīng)力集中導(dǎo)致的疲勞裂紋，此處的焊接和打磨工作量較大。

2）此節(jié)點(diǎn)是重要CM（建造公差）監(jiān)控節(jié)點(diǎn)[3]，對板中心線有嚴(yán)格要求，對裝配精度的要求極高，因此分段裝配時需制作裝配樣板配合施工，且完工后需檢驗(yàn)樣板配合提交船東、船檢驗(yàn)收（圖2）。

3）該焊接連接方式使角焊縫的朝舷方向施焊空間狹小，增加了施工難度。同時為了考慮肋板在該處的裝配方便，設(shè)計時通常會在該處加開扇形孔并增加扇形補(bǔ)板補(bǔ)強(qiáng)，在一定程度上增加了切割及再焊接的工作量（圖3）。

圖1 傳統(tǒng)設(shè)計

圖2 樣板檢驗(yàn)

圖3 扇形板補(bǔ)強(qiáng)

對比傳統(tǒng)的設(shè)計，先進(jìn)設(shè)計（圖 4）在該處則采用油船上導(dǎo)圓連接節(jié)點(diǎn)，在計算滿足的前提下，該節(jié)點(diǎn)使底邊艙斜板和內(nèi)底板連為一體，僅增加了輥圓加工工序，而免除了焊接、打磨、制作樣板等工作量及材料消耗，且機(jī)器和模具加工出的圓弧在精度上能給予保證，重要的是采用此種結(jié)構(gòu)形式能使分段劃分更優(yōu)化，能減少不合理分段劃分對涂層的破壞，以更好的滿足PSPC要求。此種節(jié)點(diǎn)在日本大部分散貨船的貨艙舯部區(qū)域被廣泛采用，如常石集團(tuán)的82KBC等。

圖4 先進(jìn)設(shè)計

1.2 艙口邊縱桁與頂邊艙斜板連接處

傳統(tǒng)設(shè)計（圖 5）通常將頂邊艙斜板與艙口邊縱桁處的連接設(shè)計為焊接連接，實(shí)際生產(chǎn)中，該處的精度因?yàn)楹附幼冃慰刂破饋硐喈?dāng)麻煩，對后期船塢的總組搭載影響較大，且前后分段對接時在該處有三條焊縫重合，焊接質(zhì)量難以保證。同時因?yàn)榭臻g狹小，焊接工作量和工作難度較大，后期伴隨焊接的打磨工作量也較大。

圖5 傳統(tǒng)設(shè)計

鑒于以上考慮，先進(jìn)的設(shè)計（圖 6）會將該處采用“導(dǎo)圓”連接，增加輥圓工序的同時，大大的縮減了傳統(tǒng)設(shè)計帶來的以上不便，能大幅提高分段的制作效率及制作精度。以上兩種節(jié)點(diǎn)的散貨船在金海重工股份有限公司均有批量生產(chǎn)過，事實(shí)證明“導(dǎo)圓”連接的優(yōu)勢明顯，并且在后續(xù)散貨船的設(shè)計中均被建議延續(xù)使用。

圖6 先進(jìn)設(shè)計

1.3 槽型橫艙壁處

傳統(tǒng)的槽型橫艙壁設(shè)計經(jīng)歷了大致兩個階段，焊接型和“導(dǎo)圓”型（圖7和圖8）。焊接型艙壁在早期因受加工設(shè)備的制約而被大量采用。由于巨大的焊接工作會產(chǎn)生較大的變形，導(dǎo)致后期的變形修正工作量巨大，伴隨著設(shè)備的升級，焊接型被“導(dǎo)圓”型逐步取代?！皩?dǎo)圓”型節(jié)點(diǎn)免去了焊接變形帶來的困擾，但由于板寬限制，槽型的每個片體均由板材正反輥壓得來，加之輥壓 MARK線不能由切割機(jī)正反自動標(biāo)記，均需在加工前手工駁至加工面。為保證加工精度，加工難度和工作量不言而喻。并且在分段大組時，各個槽型片體之間需采用對接焊拼接，焊接變形和尺寸收縮均不可避免，矯正的工作量也不小，分段精度控制難度隨之增加。

圖7 焊接型

圖8 輥彎型

先進(jìn)設(shè)計折中了兩種傳統(tǒng)的設(shè)計形式，在單個槽型展開后能滿足工廠物資板寬的情況下，將槽型設(shè)計成“導(dǎo)圓”與焊接并存（圖 7）的形式。用角焊縫替代對接縫，取消了開坡口工序，保證了輥壓線在同一面，不僅降低了焊接難度、加工難度，減少艙壁對接處的焊接撓度變形，方便精度管理，實(shí)現(xiàn)精細(xì)造船。更減少了艙壁的翻身焊接及修補(bǔ)的工序，降低了工廠成本。

圖9 先進(jìn)設(shè)計

當(dāng)然，設(shè)計不能脫離生產(chǎn)，圖4、6、9中的“導(dǎo)圓”節(jié)點(diǎn)，在采用之前需結(jié)合工廠的自身加工能力，比如三芯輥通常對板厚上限有要求，超出上限的無法加工，“導(dǎo)圓”節(jié)點(diǎn)自然不能采用。且工廠要結(jié)合自身已有的壓模規(guī)格（R值），最好將圖 4、6、9節(jié)點(diǎn)處的R值取成與已有壓模規(guī)格一致，以免增加采購壓模的額外成本。自身無壓模的，則最好保證三處的R值一致，以減少的采購成本。

2 “導(dǎo)圓”的不合理應(yīng)用

2.1 內(nèi)殼板設(shè)計

出于防止污染考慮，通常機(jī)艙處油艙艙壁與外板不能直接接觸，需要增加一道內(nèi)殼板，形成隔離空艙雙舷側(cè)結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)設(shè)計里，內(nèi)殼板通常是將外板朝船中偏移一定距離而得到和外板線型相同的曲面。在生產(chǎn)過程中，該曲面板材和扶強(qiáng)材的制作要涉及水火彎板工序，樣板制作及后期的胎架制作也不可或缺。而在優(yōu)秀設(shè)計中，為了免除曲面內(nèi)殼帶來的以上額外工序及資源消耗，在滿足船舶油艙容積要求的前提下將內(nèi)殼板設(shè)計成垂向和縱向平直型，并依據(jù)內(nèi)殼線型大小來確定形式（圖10）。

圖10 內(nèi)殼板設(shè)計節(jié)點(diǎn)

2.2 框架板加強(qiáng)筋設(shè)計

在散貨船的特點(diǎn)里面專門有提到“其具有頂邊艙、底邊艙及箱形中底桁（管弄）……”。大型散貨船貨艙區(qū)的頂邊艙、底邊艙及管弄通常布置大量框架肋板。以管弄為例，傳統(tǒng)設(shè)計（圖11）的管弄框架板加強(qiáng)筋是以面板的形式設(shè)置，需要輥彎加工，并需翻身焊接面板與框架板兩邊的角焊縫，通常加工成形后的面板還不一定能完全貼合，裝配難度較大；先進(jìn)設(shè)計（圖12）則將該處設(shè)計成單側(cè)的扶強(qiáng)材加強(qiáng)筋形式，因該類型框架肋板數(shù)量龐大，此舉免除了大量加工工序的同時也避免了大量的翻身工作量。同樣，節(jié)點(diǎn)在散貨船的頂邊艙、底邊艙內(nèi)的框架肋板上均可采用。

圖11 傳統(tǒng)設(shè)計

圖12 先進(jìn)設(shè)計

3 成本對比

結(jié)合82KBC船的生產(chǎn)實(shí)例，對比得出傳統(tǒng)設(shè)計和先進(jìn)設(shè)計在四個節(jié)點(diǎn)上（表1），單船節(jié)約成本最少38萬元，批量12條船約總節(jié)省450萬元，其中還不包括底邊艙、頂邊艙的框架板優(yōu)化前后及內(nèi)殼板的優(yōu)化前后所節(jié)省的材料成本以及周期等效益。可見，優(yōu)秀的設(shè)計對船舶建造成本的影響起著重要的作用。

4 結(jié)束語

船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程實(shí)際上是一個科學(xué)研究、論證、優(yōu)化的過程，要求設(shè)計人員考慮船舶在滿足運(yùn)營強(qiáng)度的前提下盡可能地加入對生產(chǎn)施工方面的深入考究，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。優(yōu)秀的設(shè)計不僅能大大的提高船舶的可建造性，更能起到提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、降低建造成本的目的?！皩?dǎo)圓”僅是船舶眾多節(jié)點(diǎn)中的一個，本文旨在以“導(dǎo)圓”為索引，結(jié)合筆者所在公司的生產(chǎn)實(shí)例，簡述了一些散貨船典型節(jié)點(diǎn)的設(shè)計優(yōu)劣對比，希望能起到拋磚引玉的作用。

表1 82KBC單船節(jié)點(diǎn)優(yōu)化前后建造成本對照表

[1] 全球新造船價上升趨勢持續(xù)[N]. 造船海洋日刊,2013-07-24.

[2] 周啟學(xué). 船舶生產(chǎn)設(shè)計[M]. 北京: 人民交通出版社,2002.

[3] 中國船級社. 船體結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控指南[S]. 北京: 人民交通出版社, 2008: 8-15.