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船舶与海洋工程概论,第九章船舶设计与建造工艺,（一）船舶设计,（1）舶设计的特点和方法1.船舶设计的特点1）船舶设计是不断揭露矛盾和解决矛盾的过程。2）船舶设计过程是逐步近似的过程。3）船舶设计中广泛应用型船资料。,2.船舶设计方法1.)根据船舶设计工作的特点，船舶设计最常用的方法是型船设计法。2)自行设计法3)计算机辅助设计,（一）船舶设计,2.船舶设计程序一般船舶的设计程序，首先是编制设计技术任务书，作为设计的依据，然后进行初步设计、详细设计、生产设计。,（一）船舶设计,3.船舶设计概念：根据任务书，通过分析、研究、计算、绘图等工作，1）船舶设计内容船体、轮机、电气设计2）设计原则：遵守国家规范、法规等；切合实际，讲究实效；抓主要矛盾；经济美观；,（一）船舶设计,3）船舶设计依据：设计任务书，包括航区、用途、船级、布置、动力装置、结构、设备、性能、生活设施、尺度限制等4）船体设计内容确定新船排水量、尺度、系数；型线设计；总布置设计、结构设计、性能、舾装设计、设备清单。5）设计阶段初步设计；详细设计；转换设计；生产设计6）设计方法计算机设计软件（Tribon、HCS),（一）船舶设计,7）国外的计算机辅助船舶设计系统瑞典KCS公司的Tribon船舶CAD软件美国PTC公司的Winchill软件法国达索公司CATIA西班牙Foran澳大利亚Maxsurf船舶设计软件加拿大ShipConstructor船舶建造软件芬兰纳帕有限公司NAPA船舶设计系统,（一）船舶设计,造船集成系统TRIBON功能齐全：船舶性能计算生产准备和材料管理建立三维船舶数字模型提高了设计质量，缩短了设计周期：在船舶设计建造的各个阶段实现了各专业之间的信息共享，通过网络初步实现并行设计，大大减少了设计和制造中的修改工作量。开放性不好：,（一）船舶设计,美国PTC公司的先进造船CAD软件CADDS5该系统既有较强的三维建模功能和先进的图形技术及产品数据管理技术。整个系统使用统一的数字模型，具备进行异地并行设计和虚拟设计制造的功能。其中的很多规定只适合机械行业。,（一）船舶设计,法国达索公司CATIA可实现船舶可视化三维设计。贯穿分析、设计、建造、维护。a整个船舶产品生命周期b船体结构模型的设计与导入；c“制造”各类三维设备、部件，实现系列实体建模；d利用软件的装配功能对三维舱室进行布置；e二维原理图设计及设备、管路三维布置与部件定位；f各类统计汇总报表、加工单、布置图、安装图的输出；g利用虚拟的数字化样船对设计进行评估。,（一）船舶设计,8）船级社的检验系统德国GL、英国LR、美国ABS、法国BV、日本NK、中国CCS、挪威DNV1）挪威DnV船级社的SESAM船舶分析计算，从波浪运动到动力相应。2）英国LIOYD船级社PASS：规范计算直接计算评审计算ShipRight:界面友好使用方便3）美国ABS船级社的SafeHull规范计算，定结构尺寸，进行疲劳校核4）中国CCS：规范和强度校核“彩虹之星”,（一）船舶设计,（一）船舶设计,(2)计算机辅助船舶设计的主要任务1)报价和初步设计2)详细设计3)生产设计,（一）船舶设计,1)报价和初步设计决策功能规划功能船型论证功能招标设计功能查询功能,2)详细设计型线图设计，总布置设计,船舶静水力计算，推进性能计算，船模实验池结果分析船中横剖面分析，重量计算，电力照明计算，舵设计，下水计算，总纵强度计算，结构分析，船舶运动分析，实船实验结果分析,（一）船舶设计,3)生产设计的由来及其发展：a：产生的背景b：生产设计的基本概念c：生产设计的理论基础,（一）船舶设计,3)生产设计产生的背景1.船舶工程极为复杂（它由船体与舾装两部分工程组成，具有作业面广，工作量大，工种多，安装复杂，设计和制造周期长等特点。)2.船舶设计（只提供“造什么样的船”的图纸和资料，至于“怎样造船”以及“如何组织船舶生产”往往有赖于工人的技艺和现场管理人员的指挥。）3.造船生产（保持作坊式的生产特色。船体零件经放样、下料后，逐件进行如工并直接送往船台装墅，待整条船体形成，下水，最后在码头进行舾裴。）,（一）船舶设计,2)生产设计的概念生产设计是解决怎样造船和怎样合理组织造船的问题，含义是在船舶设计过程中，在确定船舶总的建造方针前提下，以详细设计为基础，根据船厂施工的具体条件，按工艺阶段、施工区域和单元绘制各种工艺技术指示和各种管理数据的工作图表，以及提供生产信息文件的一种设计过程。,（一）船舶设计,3）生产设计的理论基础统筹协调理论：在船舶设计中对船体与舾装工程、设计、工艺，管理；以及船、机、电专业间的各方面关系的统筹与协调。成组技术的基本原理：成组技术是使生产设计优化的基本原理，通过对设计，工艺，管理三大领域的有关特性要素作出分析，用建立相似或相同类型的设计族加工族与建造顺序族，使之以同族工件或施工单元作为施工作业对象组织生产，变单件生产为批量生产。,（一）船舶设计,例：以管子加工为例。船舶管系管子数量多。规格复杂，一艘万吨级散货船管系多达成千上万根，而且很难找到性质形状完全相同的管件：，尽管如此，只要应用成组技术的相似性原理去观察、分析、处理，就可以发现它们在结构，形状尺寸，材料，精度要求等固有特征方面具有基本的相似性，以及由此导致管件在工艺过程，设备，工装，工艺参数。管件定位夹紧方式等方面和这些管件的工时、成本、材料准备等方面具有二次相似性，利用这些相似性就可以把管件分类，划线，成组，人为地扩大批量，按高效率方式组织生产，同时可以在生产过程中避免大量重复进行的相似作业，提高经济效益。,（一）船舶设计,船舶建造,船舶建造概念船舶建造要解决的问题是怎样造船的问题，并将纸上的船造成实物。概括地讲，包括船体建造、船舶舾装、船舶下水、船舶试验、交船与验收五大环节,（二）船舶建造,船舶建造,船舶建造工艺是一个非常复杂的工艺过程，一般由两大部分组成。（1）船体构件的加工、组装和焊接船体建造工艺；（2）各种设备的安装、木作、油漆等舾装工艺。主要有以下工艺程序：1）船体放样2）钢材预处理及号料3）船体构件加工4）船体装配焊接5）密性试验及舾装工程6）船体下水7）船舶试验与交船验收,（二）船舶建造,船体放样是整船建造工作中的第一道工序。船舶设计阶段的性线图因图纸空间限制，多采用1:50或1:100的比例。即便绘制时型线非常光顺，一旦放大就会存在一的的误差，从而影响船体外形的光顺性，不能保证船舶建造质量。因此需将图纸上按一定缩尺比例绘制的船舶型线图，放大成1:1的实尺图样。完善图纸上的不足。传统的手工船体放样有专门的工作场地放样台上。它是按照设计船体的型线和结构的图示尺寸，用1:1、1:5、1：10等比例进行放样，运用投影几何的原理作出其平面形状，然后制订各种样板、样棒、样箱和绘制各类草图。作为船体构件号料、加工等的依据。,1）船体放样,（一）船体放样的主要工作内容：1光顺船体型线2绘制肋骨型线图3船体构件展开4.绘制草图及钉制样板样箱5确定加放余量,1）船体放样,1.光顺船体型线,按照型线图上型值表所注尺寸，以实尺或一定比例将其放大，作出表达船体外形的三个投影图，并使投影图上各个对应的投影点完全一致，然后进行校核型线的工作，使每一根型线光顺，同时让每一个对应点与其他投影图一致。通过这样修正后，即可达到光顺船体外形的目的。,1）船体放样,2.绘制肋骨型线图,按照设计的比船舶的肋骨间距，以1:1例绘出各号肋位的横剖面型线和肋骨型线，并按设计要求及钢板规格，将船体内部纵向构件线及外板接缝线画出，至此，实尺肋骨型线图绘制完毕。根据该肋骨型线即可进行船体外板和内部构件的展开，以及钉制样板、绘制草图等工作。,1）船体放样,3.船体构件展开,对具有各种形状（弯曲、扭曲）的构件，需求出它展成平面后的形状和实长，以便在平直的钢板和型钢上进行号料，再加工成所要求的形状而成为船体的零件。船体结构的展开方法较多，有几何作图法、钉制样箱法和数学计算法等，其中使用最广泛的是几何作图法。,1）船体放样,4.绘制草图及钉制样板样箱,根据号料、加工、装配、检验等工作的需要，绘制一定数量的草图及钉制各种样板和样棒，对于一些船体结构上曲度特别复杂的部位，如轴包板、锚穴和双曲度严重的外板等，由于展开困难，还需钉制样箱。,1）船体放样,5.确定加放余量,为了保证装配质量，根据不同情况和要求，确定各种构件的加工或装配时所需加放余量的部位和数值。船体放样的工艺程序是型线放样展开绘制下料草图制结构放样作各类样板、样箱。,1）船体放样,（二）型线的放样方法1.实尺放样即根据设计型线图上的型值表，按的比例，在放样台上绘出船体的型线。2.纵向缩尺放样对于大或型船舶，由于其又长又大，而放样台上的长度有限，可在纵向按等比例缩小进行放样，而宽度与高度方向则仍按实尺放样。,1）船体放样,3.比例放样就是用或的比例进行型线放样，待三向投影光顺后，绘出肋骨型线图；或者根据或的比例光顺后的型值，再画出实尺的肋骨型线图。这样，在按照比例绘出的肋骨型线图上，可以将其构件逐一展开，并描绘成仿形图，提供光电跟踪切割用；或者绘制到涤纶片上，供摄影制片作光学号料用。而按照实尺绘制的肋骨型线图，则供钉制样板、样箱及绘制草图用。,1）船体放样,4.数学放样实尺放样和比例放样都是用人工进行船体型线的光顺工作，而数学放样则是通过电子计算机来校验设计船体的型线与型值，并按照指令加以光顺，然后提供光顺的船体型线与型值。采用数学放样可以进行型线光顺、板缝计算、外板展开及数控切割，形成自动化。只要投入少量的人力，在短时间内就能完成放样任务，而且可节省一定数量的样板。数学放样是一种较先进的船体放样工艺。,1）船体放样,供船厂使用的钢材和型钢，由于轧制后冷却收缩不均匀和运输堆放中的各种影响，会发生变形和锈蚀。为了保证号料和加工质量，船厂在号料前应先对钢料进行矫正、矫平和清锈，并涂上防锈涂料，这个工艺过程称为钢材预处理。,2）钢材预处理及号料,1.钢材预处理,钢板的矫正钢板的矫正实际上是将较长的纤维缩短或是将较短的纤维拉长，使它们和周围的纤维有相同的长度，从而消除局部不平。,2）钢材预处理及号料,1.钢材预处理,矫平机工作原理图,2）钢材预处理及号料,1.钢材预处理,船体的防腐方法主要是用涂料保护和阴极保护相结合的方法。钢材预处理过程中的除锈方法有机械抛丸除锈法和化学除锈法.,2）钢材预处理及号料,2.号料,在船体型线光顺和构件展开工作结束后，将展开以后的船体构件精确地画在平直的钢板或型钢上，并标上相应的船名、构件名称及加工符号等，这个工艺过程称为号料。同时，还要在材料上合理的排列各构件图样，以求省料省工，这一工作称为套料。,3）构件加工,船体构件加工是继号料之后的一道工序，它是将号料后的钢材用机械或手工工具加工成设计所要求的规格和形状。整个船体的构件数量很多，而且它们的形状、大小、厚薄各不相同，这就使加工的工作范围显得非常广泛。但从船体构件加工对象来看，主要是钢板和型钢。,船体边缘加工可分为冷加工和热加工两种。按照构件加工的方法可分为边缘加工（包括剪、冲、刨、铣、气割和等离子切割等）和成形加工（包括辊、压、折、弯、矫形等）。,3）构件加工,构件边缘加工是指边缘切割和焊接坡口加工。构件边缘加工主要是根据放样提供的信息，将钢材进行切割分离和焊接坡口。船体构件的边缘可以分直线边缘与曲线边缘。目前边缘加工方法有机械切割法、化学切割法和物理切割法.,3）构件加工,成形加工则是将切割好的平面钢板加工成构成船体所需要的折角、折边和曲面形状。构件边缘加工主要是根据放样提供的信息，将钢材进行切割分离和焊接坡口。船体构件的边缘可以分直线边缘与曲线边缘。包括型材成形加工和板材成形加工。船体结构中常用的型材种类有角钢和球扁钢。,3）构件加工,船体肋骨弯曲的方法有以下几种:1手工热弯；2中频加热肋骨弯曲淬火机热弯；3型材矫直机冷弯；4三轮滚弯机滚弯；5多模头一次成形数控肋骨拉弯机冷弯；6三支点肋骨冷弯机冷弯；7纯弯曲原理肋骨冷弯机冷弯,三轮滚弯机滚弯肋骨示意图,船体钢料加工类别、方法及设备分类表,3）构件加工,4）船体装配,装配就是将加工合格的船体零件组合部件、分段、总段，直至船体的工艺过程。船体装配分为船体结构预装焊和和船台装焊，其中船体结构预装焊又分为部件装焊、分段装焊和总组装装焊三道工序。,5）密性试验,密性试验的目的是检查外板、舱壁等处的焊缝有无渗漏现象，以保证船舶航行的安全。在船体的装配焊接和火工矫正工作完成后，即可进行船体的密性试验。现代建造大中型船舶时，也可以在分段制造完工后就进行分段的密型试验，而在船台上只进行大接头处的密性试验。1）煤油密性试验2）水密试验3）气密试验,船舶舾装的主要内容有主机和各种辅机的安装、船舶设备及系统的安装、电气仪表安装、木作绝缘的安装、油漆作业、房舱设备安装和装饰等。舾装工程应与船体建造成平行作业的方式进行，即在分段或总段制造时，以及船台合拢阶段就进行舾装作业，称为预制舾装。也可以将它们预先在车间里组装成完整的舾装单元，再吊装到船上，称为单元舾装。舾装是相当复杂的工作，需要其他各工种的密切配合，而舾装工程又往往与其他工种互相交叉，因此在生产上必须合理安排，才能使整个工作有序地进行。,由于船舶的建造施工一般都是在陆地上进行的，所以在船舶建造基本竣工后，需要运用下水设备将它移送到水中去，这个工作称为船舶下水。根据下水原理，船舶下水可分为重力式下水、漂浮式下水和牵引式下水三大类。根据船舶入水方向，下水又横向下水和纵向下水之分。根据下水的工艺方法，下水又可分为涂油滑道下水，钢珠滑道下水以及小车下水等一、重力式下水下水时，船舶通过下水架坐落在滑道上，并依靠自身重力的斜面分力滑行入水，因而称为重力式下水。,6）船舶下水,重力式下水有纵向下水和横向下水之分。船舶下水的滑行方向与船体纵剖面平行时称为纵向下水，而滑行方向与船体纵剖面垂直时称为横向下水。1纵向下水。重力式纵向下水滑道是船台和滑道合一的下水设施。根据滑道的滑动介质，纵向倾斜船台滑道又可分为涂油滑道和钢筋珠滑道两种，下水工艺则分别称为纵向涂油滑道下水和纵向钢珠滑道下水。,1）纵向涂油滑道下水如图8-1所示，船舶下水时，首先将龙骨墩、边墩和支撑全部拆除，使船舶重量移到滑板和滑道上，再松