船舶设计与建造.ppt

1、 船舶设计与建造工艺 控制理论与控制工程控制理论与控制工程 赵显赵显 2014.4.8引言 任何一种产品都有其自身的生产模式，比如汽车的流水线任何一种产品都有其自身的生产模式，比如汽车的流水线生产，飞机的脉动生产线，然而船舶生产具有其独特的特点：生产，飞机的脉动生产线，然而船舶生产具有其独特的特点：生产的批量为小到中等，零部件的加工过程相似但几何形状和生产的批量为小到中等，零部件的加工过程相似但几何形状和尺寸不同，这就决定其生产模式的特殊性。尺寸不同，这就决定其生产模式的特殊性。 所谓所谓现代造船模式现代造船模式，就是以统筹优化理论为指导，应用成，就是以统筹优化理论为指导，应用成组技术原理组技

2、术原理,以中间产品为导向，按区域组织生产，壳、舾、以中间产品为导向，按区域组织生产，壳、舾、涂作业在空间上分道、时间上有序，实现设计、生产、涂作业在空间上分道、时间上有序，实现设计、生产、管理一体化，均衡、连续地总装造船。管理一体化，均衡、连续地总装造船。 船舶生产的主要流程船舶生产的主要流程 一、船舶设计一、船舶设计 二、船舶建造二、船舶建造 三、船舶下水试验三、船舶下水试验一 船舶设计 1.1 船舶设计流程船舶设计流程 在说船舶的建造流程之前，先简要的说一下船舶设计流在说船舶的建造流程之前，先简要的说一下船舶设计流 程，船舶设计工作分为三个阶段：程，船舶设计工作分为三个阶段： 初步设计初步

3、设计解决解决“造什么船造什么船”的第一个阶段的第一个阶段 对船舶总体性能和主要技术指标设计，对船舶总体性能和主要技术指标设计， 确定船舶的主要参数确定船舶的主要参数 、结构形式等问题、结构形式等问题 详细设计详细设计具体解决具体解决“造什么船造什么船”的阶段的阶段 解决设计中的基本和关键技术问题解决设计中的基本和关键技术问题 生产设计生产设计解决解决“怎么样造船怎么样造船”的问题的问题 编制建造方案、方针书等，绘制记入各编制建造方案、方针书等，绘制记入各 种工艺技术指示，提供生产信息文件种工艺技术指示，提供生产信息文件 1.2 计算机辅助设计计算机辅助设计 与其他行业一样，船舶建造中也有常见的

4、计算机辅助应与其他行业一样，船舶建造中也有常见的计算机辅助应 用。除了最基础的用。除了最基础的 autoCAD软件，目前船舶建造中常用的软件，目前船舶建造中常用的设计软件有设计软件有TRIBON 、NAPA软件软件 等。等。 TRIBON软件是由瑞典软件是由瑞典KCS ( Kockums Computer System AB)公司研发的一款辅助船舶设计和建造的计算机公司研发的一款辅助船舶设计和建造的计算机软件集成系统，集软件集成系统，集CAD/CAM/MIS于一体，在造船业中有于一体，在造船业中有着广泛的用户。软件包括船体设计、舾装设计、系统管理三着广泛的用户。软件包括船体设计、舾装设计、系统

5、管理三大部分，船体设计包括线型光顺、船体平面模、船体大部分，船体设计包括线型光顺、船体平面模、船体 曲面模、性能计算、零件分离、数控套料、生成曲面模、性能计算、零件分离、数控套料、生成 切割指令等模块。切割指令等模块。二 船舶建造 2.1 船舶结构简介船舶结构简介 不管是前期的船舶设计，还是后期的加工建造，要想真不管是前期的船舶设计，还是后期的加工建造，要想真 正成功的把一艘船建造出来，就必须对船舶的整体结构、各正成功的把一艘船建造出来，就必须对船舶的整体结构、各 个分段的建造流程以及总装工艺了解透彻，从而实现船舶更个分段的建造流程以及总装工艺了解透彻，从而实现船舶更 快更好的建造。快更好的建

6、造。 尽管现代化的海上运输都采用集装化和专门化的运输尽管现代化的海上运输都采用集装化和专门化的运输 方式，但杂货运输仍占重要的地位方式，但杂货运输仍占重要的地位,下面就以杂货船（散下面就以杂货船（散 货船）为例介绍下船舶的主要结构和分布。货船）为例介绍下船舶的主要结构和分布。 1 艏柱艏柱 2 球鼻艏球鼻艏 3 锚链舱锚链舱 4 艏尖舱艏尖舱 5 防撞舱壁防撞舱壁 6 艏楼艏楼 7 甲板间舱甲板间舱 8 货舱货舱 9 双层底舱双层底舱 10 水密横舱壁水密横舱壁 11 船底船底 12 机舱机舱 13 轴隧轴隧 14 艉尖舱壁艉尖舱壁 15 艉尖舱艉尖舱16 螺旋桨螺旋桨 17舵舵 18 舵机舱

7、舵机舱 19 艉楼艉楼 20 艇甲板艇甲板 21 桅屋桅屋 22 上甲板上甲板 23 下甲板下甲板 24 艉楼甲板艉楼甲板25 驾驶甲板驾驶甲板 26 起货机平台起货机平台 27锚链筒锚链筒 28救生艇救生艇 29罗经甲板罗经甲板 30 烟囱烟囱 1 舵舵 2 螺旋桨螺旋桨 3 机舱机舱 4上甲板上甲板 5 艉楼甲板艉楼甲板 6 艉楼艉楼 7 救生船救生船 8 烟囱烟囱 9 桅杆桅杆 10 罗经甲板罗经甲板 11 驾驶舱驾驶舱 12门型吊门型吊 13 货舱盖货舱盖 14 内舱壁内舱壁 15 货舱货舱 16 货舱壁货舱壁 17底舱底舱 18 甲板间舱甲板间舱 19 隔板隔板 20货物货物 21

8、船体外板船体外板 22水密舱壁水密舱壁 23波形舱壁波形舱壁 24舱壁龛舱壁龛 25主机基座主机基座 26双层底双层底 27中纵舱壁中纵舱壁 28甲板甲板 纵桁纵桁 29船首防撞舱壁船首防撞舱壁 30桥楼桥楼 31烟囱烟囱 32头巾型通风筒头巾型通风筒 33门形桅门形桅 34桅杆桅杆 1船艉楼甲板船艉楼甲板 2上甲板上甲板 3驾驶台甲板驾驶台甲板 4游步甲板游步甲板 5艇甲板艇甲板 6航海甲板航海甲板 7艏楼甲板艏楼甲板 8二甲板二甲板 9舵轴孔、舵杆围阱舵轴孔、舵杆围阱 10艉尖舱艉尖舱 11舷侧液体舱舷侧液体舱 12轴隧轴隧 13深舱深舱 14机舱机舱 15货舱货舱 16锚链舱锚链舱 17

9、艏尖舱艏尖舱 18机舱棚机舱棚 19船尾肋骨船尾肋骨 20深肋板深肋板 21船尾横舱壁船尾横舱壁 2.2 船舶的生产流程船舶的生产流程 在完成设计、设施和组织等方面的准备后，即可开始船在完成设计、设施和组织等方面的准备后，即可开始船 体建造。船体建造就是将船用材料制成船舶壳体的生产流程体建造。船体建造就是将船用材料制成船舶壳体的生产流程。船体建造主要流程为：。船体建造主要流程为： 放样号料放样号料 船体建造流程船体建造流程 钢材预处理钢材预处理 船体构件加工船体构件加工 部件拼装部件拼装 舾装流程舾装流程 分段（总段）建造分段（总段）建造 船台（船坞）总装船台（船坞）总装 涂装流程涂装流程 2

10、.2.1 船体建造流程船体建造流程 (1) 放样号料放样号料 就是将设计部门设计的型线图、结构图按比例进行放样就是将设计部门设计的型线图、结构图按比例进行放样展开，以得到船体构件的真实形状和实际尺寸，然后再将这展开，以得到船体构件的真实形状和实际尺寸，然后再将这 些已经展开的零件，通过样板、图纸、数控等不同的号料方些已经展开的零件，通过样板、图纸、数控等不同的号料方 法，实尺画（割）在钢板或型材（球扁钢、角钢）上。法，实尺画（割）在钢板或型材（球扁钢、角钢）上。 (2) 钢材预处理钢材预处理 由于轧制和运输堆放过程中的各种影响，板材会产生变由于轧制和运输堆放过程中的各种影响，板材会产生变形和锈

11、蚀，为保证质量，在切割前需要进行除锈，喷涂车间形和锈蚀，为保证质量，在切割前需要进行除锈，喷涂车间底漆，矫正，这个过程叫做钢材预处理。常用的除底漆，矫正，这个过程叫做钢材预处理。常用的除 锈方法有抛丸除锈（使用离心式抛丸机的旋转叶轮锈方法有抛丸除锈（使用离心式抛丸机的旋转叶轮 将铁丸高速喷射到钢板的表面使锈斑剥将铁丸高速喷射到钢板的表面使锈斑剥 离）离） 、化学除锈。、化学除锈。 钢材预处理线抛丸除锈模拟钢材预处理线抛丸除锈模拟 钢材预处理线喷涂无机硅酸锌车间底漆钢材预处理线喷涂无机硅酸锌车间底漆 在喷涂完底漆之后，就要先对变形的钢板进行在喷涂完底漆之后，就要先对变形的钢板进行矫正矫正，一，一

12、 般厚板不容易变形，主要的矫正对象是薄板。钢板的任何一般厚板不容易变形，主要的矫正对象是薄板。钢板的任何一 种变形，都是由于其中一部分纤维较另一部分纤维缩得短或种变形，都是由于其中一部分纤维较另一部分纤维缩得短或 是伸得长所致。因此，钢板的矫正实际上是将较长的纤维缩是伸得长所致。因此，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，从而消除局部的不平。实际上，一般是采用拉长纤维度，从而消除局部的不平。实际上，一般是采用拉长纤维 的方法，因为压缩纤维难以实现。钢板的矫正使用的是的方法，因为压缩纤维难以

13、实现。钢板的矫正使用的是 多轴辊式矫平机，多轴辊式矫平机， (3) 船体构件加工船体构件加工 船体构件的加工分为船体构件的边缘加工和成型加工。船体构件的加工分为船体构件的边缘加工和成型加工。 船体构件的边缘加工船体构件的边缘加工主要是指经过套料的船体钢材的切主要是指经过套料的船体钢材的切 割分离以及焊接坡口的加工。边缘加工的方法主要有机械切割分离以及焊接坡口的加工。边缘加工的方法主要有机械切 割法（剪切、冲孔、刨边、铣边），化学切割方法（气割）割法（剪切、冲孔、刨边、铣边），化学切割方法（气割） 和物理切割法（等离子切割和激光切割等）。和物理切割法（等离子切割和激光切割等）。 火焰切割机切割火

14、焰切割机切割200MM的厚板的厚板 干式等离子切割机干式等离子切割机 等离子切割机的喷线枪利用锌粉燃烧之后等离子切割机的喷线枪利用锌粉燃烧之后 产生的氧化锌喷结构线产生的氧化锌喷结构线 船体构件的成型加工船体构件的成型加工主要是对船体的弯曲构件在边缘加主要是对船体的弯曲构件在边缘加 工之后进行弯曲成型。分为板材成型加工和型材成型加工。工之后进行弯曲成型。分为板材成型加工和型材成型加工。 板材成型的主要方法有板材成型的主要方法有机械冷弯法机械冷弯法和和水火弯板法水火弯板法。一般单向。一般单向 曲度板都采用机械冷弯法加工。复杂曲度板要先加工出一个曲度板都采用机械冷弯法加工。复杂曲度板要先加工出一个

15、 方向的曲度，然后再用水火弯板法加工出其他方向的曲度。方向的曲度，然后再用水火弯板法加工出其他方向的曲度。 机械冷弯法加工常用的方法为（三星辊）辊弯，（液压机械冷弯法加工常用的方法为（三星辊）辊弯，（液压机）压弯。机）压弯。 中型三星辊中型三星辊 三星辊进行冷弯加工三星辊进行冷弯加工 悬臂吊单柱液压机悬臂吊单柱液压机 大型的液压机大型的液压机 水火弯板是目前船厂中使用最为广泛的弯板方法，它是水火弯板是目前船厂中使用最为广泛的弯板方法，它是 沿预定的加热线用氧沿预定的加热线用氧-乙炔烘炬对板材进行局部线状加热，乙炔烘炬对板材进行局部线状加热， 并用水进行跟踪冷却（或让其自然冷却），使钢板产生局部

16、并用水进行跟踪冷却（或让其自然冷却），使钢板产生局部 塑性变形，从而将板弯成所要求的曲面形状的一种弯板工艺塑性变形，从而将板弯成所要求的曲面形状的一种弯板工艺 方法。方法。 水火弯板的冷却的方式有：水火弯板的冷却的方式有： 自然冷却法（优点：操作简单；缺点：成型速度慢，在自然冷却法（优点：操作简单；缺点：成型速度慢，在 生产角变形同时会产生加工所不需要的纵向挠度）生产角变形同时会产生加工所不需要的纵向挠度） 正面跟踪水冷法（优点：收缩较快；缺点：角变形效果正面跟踪水冷法（优点：收缩较快；缺点：角变形效果 不如空冷）不如空冷） 背面跟踪水冷法（优点：成形效率高；缺点：背面跟踪水冷法（优点：成形效

17、率高；缺点： 需要在板下操作，比较麻烦）需要在板下操作，比较麻烦） 水火弯板，采用的是正面跟踪水冷法水火弯板，采用的是正面跟踪水冷法 型材成型加工主要是将常用的角钢，球扁钢加工为具有型材成型加工主要是将常用的角钢，球扁钢加工为具有 一定曲度的肋骨、横梁、纵骨等。常用的型材冷弯设备有数一定曲度的肋骨、横梁、纵骨等。常用的型材冷弯设备有数 控肋骨冷弯机。热弯方法可以为水火加工。控肋骨冷弯机。热弯方法可以为水火加工。 数控肋骨冷弯机数控肋骨冷弯机 (4) 部件拼装部件拼装 船体部件拼装指的是两个或者两个以上的组件拼装成部船体部件拼装指的是两个或者两个以上的组件拼装成部 件的生产过程。常见的部件拼装包

18、括甲板和舱壁板组件的拼件的生产过程。常见的部件拼装包括甲板和舱壁板组件的拼 接、接、T型材装配、肋骨框架的拼装等等。型材装配、肋骨框架的拼装等等。 部件拼装作业可以使用埋弧焊、自动角焊等高效率焊接部件拼装作业可以使用埋弧焊、自动角焊等高效率焊接 方式，比较容易实现流水线作业，采用方式，比较容易实现流水线作业，采用FCB（焊剂铜衬垫单（焊剂铜衬垫单面焊双面成型埋弧自动焊）焊接、焊接机器人等先进方法，面焊双面成型埋弧自动焊）焊接、焊接机器人等先进方法， 有效的提高了工作效率。有效的提高了工作效率。 平面分段流水线平面分段流水线用于平面分段的生产，主要内容包括拼用于平面分段的生产，主要内容包括拼板、

19、纵骨安装、纵桁肋板安装。对于一般的船舶而言，板、纵骨安装、纵桁肋板安装。对于一般的船舶而言， 列为平面分段的船体重量往往有列为平面分段的船体重量往往有50%-70%，因，因 此很多大型船厂都有类似的生产线。此很多大型船厂都有类似的生产线。 装焊车间内的平面分段流水线装焊车间内的平面分段流水线 部件拼装部件拼装 部件拼装部件拼装 平面分段流水线上的焊接机器人平面分段流水线上的焊接机器人 (5) 分段制造分段制造 船体分段（船体分段（section）指的是由零部件组装而成的船体）指的是由零部件组装而成的船体 局部结构。船体分段的类型有：局部结构。船体分段的类型有： （1）平面分段。平面板列上装有骨

20、材的单面平面板架）平面分段。平面板列上装有骨材的单面平面板架, 如舱壁分段、舱口围壁分段、平台甲板分段、平行中体处的如舱壁分段、舱口围壁分段、平台甲板分段、平行中体处的 舷侧分段等。舷侧分段等。 （2）曲面分段。曲面板列上装有骨材的单面曲面板架）曲面分段。曲面板列上装有骨材的单面曲面板架 ，如单层底分段、甲板分段（指有曲面梁拱的）、舷侧分，如单层底分段、甲板分段（指有曲面梁拱的）、舷侧分 段等。段等。 （3）半立体分段。两层或两层以上板架所组成的）半立体分段。两层或两层以上板架所组成的 非封闭分段或者是单层板架带有一列与其成交角的非封闭分段或者是单层板架带有一列与其成交角的 板架所组成的分段。

21、例如，带舱壁的甲板分段，板架所组成的分段。例如，带舱壁的甲板分段， 甲板室分段。甲板室分段。 （4）立体分段。两层或两层以上板架所组成的封闭分）立体分段。两层或两层以上板架所组成的封闭分 段或者由平面或曲面板架所组成非环形立体分段，如双层底段或者由平面或曲面板架所组成非环形立体分段，如双层底 分段、双层舷侧分段、边水舱分段、首立体分段、尾立体分分段、双层舷侧分段、边水舱分段、首立体分段、尾立体分 段等。段等。 （5）总段：主船体沿船长方向划分，例如上层建筑总）总段：主船体沿船长方向划分，例如上层建筑总 段等。段等。 舷侧曲面分段舷侧曲面分段 上层建筑甲板半立体分段正在翻身，上层建筑甲板半立体分

22、段正在翻身， 远处的是底部立体分段远处的是底部立体分段 边舱立体分段边舱立体分段 尾部立体分段尾部立体分段 (6) 船台总装船台总装 船舶（船坞）总装主要指的是船体总装，即在船体结构船舶（船坞）总装主要指的是船体总装，即在船体结构经过预装配形成的分段或总段之后在船台（船坞）完成整个经过预装配形成的分段或总段之后在船台（船坞）完成整个 船体装配（也有下水之后再吊装上建的）的工艺阶段。船台船体装配（也有下水之后再吊装上建的）的工艺阶段。船台 总装也可称之为大合拢、搭载，它对保证船舶建造质量，缩总装也可称之为大合拢、搭载，它对保证船舶建造质量，缩 短船舶建造周期有着很大的影响。短船舶建造周期有着很大

23、的影响。 船台（坞）建造方法。由于产品对象和船厂的生产条件船台（坞）建造方法。由于产品对象和船厂的生产条件 各不相同，船台建造方式也多种多样，一些常用的建造各不相同，船台建造方式也多种多样，一些常用的建造 方法有总段建造法、塔式建造法、岛式建造法、串方法有总段建造法、塔式建造法、岛式建造法、串 联建造法。联建造法。 总段建造法总段建造法 塔式建造法塔式建造法 岛式建造法岛式建造法 串联建造法串联建造法 船厂船坞船厂船坞 总段建造的搭载方案总段建造的搭载方案 甲板立体分段吊装甲板立体分段吊装 船体总段合拢船体总段合拢 尾部分段吊装尾部分段吊装 船舶的最后总装船舶的最后总装 2.2.2 船舶舾装船

24、舶舾装 船舶舾装是指船体结构之外的船舶所有设备、装置和设船舶舾装是指船体结构之外的船舶所有设备、装置和设 施的安装工作，也可以定义为是对船舶进行系统处理和安装施的安装工作，也可以定义为是对船舶进行系统处理和安装 的生产活动。的生产活动。 船舶舾装一般包括船舶设备的安装与调试和船体表面工船舶舾装一般包括船舶设备的安装与调试和船体表面工 程。船舶舾装的设备就是船上安装的各种机械、仪器、装置程。船舶舾装的设备就是船上安装的各种机械、仪器、装置 和设施，机舱部分、航行设备、锚设备、系泊和拖曳设备、和设施，机舱部分、航行设备、锚设备、系泊和拖曳设备、 舱室设备、消防设备等。舱室设备、消防设备等。 大型舾装单元大型舾装单元 总段舾装（正在吊装柴油发电机）总段舾装（正在吊装柴油发电机） 舾装完整性很高的尾部总段舾装完整性很高的尾部总段