【《基于东欣船舶设计软件的散货船机舱分段生产设计》8200字（论文）】

基于东欣船舶设计软件的散货船机舱分段生产设计[摘要]生产设计就是对造船施工的各种工程技术问题进行分析研究，对制造方法和关于技术措施做出决策，并用图、表和技术文件等方式表达出来，作为编制生产设计和指导现场施工的依据。通过合理运用现代造船技术及针对该技术而专门设计的各种设计软件，如SPD、AUTOCAD、MAXSURF等，就可以实现设计生产管理一体化，均衡、连续地总装造船。本文使用沪东东欣SPDV4.6船舶设计软件，并以AUTOCAD为辅助手段，基于导师提供的总布置图、分段划分图、典型横剖面图、外板展开图等图纸资料，完成530000DWT散货船203S机舱分段的建模、出图，分段零件明细表及生产设计说明书的编制，并在设计过程中熟悉产品结构图纸和绘图软件的运用，了解学习生产设计具体过程和厦船重工《船体结构零件编码》。[关键词]散货船；机舱分段；双舷侧；生产设计目录TOC\o"1-3"\h\u231190引言1204051承建船厂及相关要求介绍6304951.1承建船厂基本条件6183671.2结构零件编号的规定6102962东欣船舶设计软件（SPDV4.6）介绍823280353000DWT散货船203S机舱分段生产设计—894183.153000DWT散货船概要8178963.2203S机舱分段使用SPD建模流程9144593.3203S机舱分段出图22105413.4203S机舱分段建造方法2324393结论24372参考文献270引言·壳舾涂一体化建造模式，它由美国造船行业首先提出，这一模式在引入日本后得到了进一步的发展和完善。1995年，我国船舶行业开始主动引进该造船模式，有组织地在骨干造船企业推进转变，逐步建立起这种造船模式。其内涵是：以统筹优化理论为指导，应用成组技术原理，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、管理一体化，均衡、连续地总装造船[1]。这种造船模式被大部分国家认同和采用，在现代造船业的更新发展过程中扮演着重要角色。生产设计的最终目的就是指导我们如何去造一艘船，在详细设计的基础上结合建造方针，通过一些现代化的数字化手段，在计算机中模拟建造。现代造船模式应用计算机技术来进行生产设计工作以提高生产力[2]。因此生产设计在实现完善系统的功能性、使布局更加合理的同时，还需要综合考虑生产的便利性和工艺性，尽量简化生产工序、降低生产成本。生产设计不仅能输出生产所需的各种清单信息、图纸文件，还能借由虚拟造船过程（3D建模）规划出生产顺序、输出工艺技术文件和更细化、更优化的船体分段划分、管道系统进行分解或模块化组合[3]。现阶段，我国造船业在生产进度计划、计划进度模拟、实际节点控制等工程中还不够智能化和自动化，对于劳动力的要求还很高，生产效率还有很大的提高空间，这是因为我国造船业在进行船舶设计、生产质量控制及数据统计方面的工序中采用计算机技术进行辅助的普及率较欧美日韩等造船业发达国家来说还有一定的差距。另外，在船舶全局设计过程和生产过程中，缺乏对资源配置的统一考虑，在生产场地和组群的安装上，时间安排不紧凑，工种设置不合理，所生产资源的综合利用能力不足双方合作度低、资源利用率低[4]。现今，造船行业正在由单纯的劳动密集型行业向技术密集型转变，各国多在利用最先进的计算机技术、管理技术成果应用在船舶设计和生产管理当中[5]，正确使用计算机辅助的船舶设计系统可以扩展设计空间，同时在很短的交货时间内产生具有竞争力的解决方案[6]。本文采用沪东东欣船舶设计软件（SPDV4.6），考虑毕业设计任务书所规定的船厂施工条件和技术水平，通过对所给图纸地阅读熟悉，以及对SPD软件的学习，完成53000DWT散货船的203S机舱分段的生产设计，其中包括利用SPD软件建立分段模型，利用SPD出图，编制分段零件明细表和生产设计说明书等步骤。1承建船厂及相关要求介绍1.1承建船厂基本条件1）一般条件以厦船重工为参照，船舶的承建船厂为一家中型船舶修造厂，该厂设备条件较好，可以无障碍地采用新工艺、新技术进行总装造船，船厂工人和工程技术人员的技能标准和专业素质能够达到较高水平。船厂设施车间内部有起重行车数台，其规格分别为5吨、25吨、45吨×2，特殊工作场地如火工平台、分段制作场地和拼板场地等都配置完备，各种焊接设备配套完备，车间门限宽12米。外场作业场地足够使用，配套设施齐全。3）备料情况已完全配齐本分段可能用到的所有规格尺寸材质的型材和板材，板材的规格以1800×8000（10000）mm和2000×8000（10000）mm为主，外板所需曲面板材可根据具体要求定制。型材长度为8000mm和10000mm为主。1.2结构零件编号的规定采用一串字母和数字的将各种零件、组件进行命名，表示其流向和加工工艺，可以让造船生产和管理模式更加现代化和高效化，也顺应了现代造船模式的需要。使用零件编码后，使现场加工操作更加方便辨识，且也更容易被计算机所识别，大大减少了编制零件表等工序的工作量。应用流向编码之后，将大大提高造船生产效率，缩短船舶建造周期，既提高了船舶建造质量，又降低了造船成本[6]。厦船重工的《船体结构零件编码》将分段号分成四部分，分别是分段代码、分段层数（数字）、分段所在列数（数字）和对称标记。其中，机舱的分段代码为E，而对称标记的右舷为S，相关数字的选用遵循从低到顶，从船艉到船艏，从中心到舷侧的规律。装配号由组立结构代码、位置或序列号和分区号组成。有关装配号的命名，遵循表1-1。表1-1厦船重工组立结构代码代码描述FR强框架，肋板（非水密）BK肘板（后面直接下序号，不体现位置性）GR纵桁LB水密纵舱壁NW非水密纵舱壁BM横梁TB水密横舱壁DK甲板、平台SS舷侧外板JY非正档纵向加强构件JU非正档高度方向及斜面形式加强组件其中，JY和JU后面只跟序号，与位置无关。有关零件号的命名规则，见表1-2。表1-2厦船重工零件代号代码描述代码描述W不需要拼板的板材F扁铁，面板B肘板S球扁钢C补板L角钢P需要拼板的板材K专用外板2东欣船舶设计软件（SPDV4.6）介绍ShipProductDesign(SPD)是东欣软件为船舶和海洋工程，基于AUTOCAD二次开发设计的3D建模软件。SPD全面的关注船舶产品全生命周期，在统一平台下，SPD可以提供船舶设计、生产和管理的整个生命周期的信息，可以帮助企业做出决策，更容易的进行异地协同设计、生产，使船厂及工程公司更具有竞争[7]。SPD4.6三维系统拥有六大主要功能，分别是管系设计模块、风管设计模块、铁舾件设计模块、电气设计模块、涂装设计模块、通用设计模块[8]。若要实现船舶各专业生产设计需求，只需要将六个模块继续交互使用。该系统能满足现代造船对设计、生产与管理一体化和壳、舾、涂一体化的需求和以中间产品为导向组织造船生产和推进分段制造模块化技术要求[8]。自SPD在国内推广开始，已在全国200多家船舶企业、设计院所、船舶学校使用[8]。在多家大型国有船企内，使用SPD进行生产设计的产品除了常规的散货船，还有海洋救助船、平台供给船、多用途下水工程船、油田作业支持船、平台工作船等，SPD生产技术日趋成熟。SPD软件同时也在国内多家大型设计研究院所应用，使各研究所的研发能力有所提升。353000DWT散货船203S机舱分段生产设计3.153000DWT散货船概要本次毕业设计相关散货船具体信息见下表所示。表3-153000DWT散货船相关信息主尺度数值总长190.00m垂线间长183.05m型宽32.26m型深17.5m设计吃水11.1m结构吃水12.54m载重量53000DWT载货容积65700m33.2203S机舱分段使用SPD建模流程3.2.1203S机舱分段建模主要流程1）认真阅读毕业设计任务书，了解所需设计的各项具体要求及最终成果的要求规范。2）识读下发的所有图纸，对其中英语进行适当翻译，从中选择所有203S机舱分段相关的图纸，并进行仔细识读，初步了解该分段结构形式。3）复习生产设计相关专业知识，和厦船重工《船体结构零件编码》，对该分段的建模流程有一个初步地计划，即先建立一个主体框架，再建立分段的内部结构构件，最后再完善具体细节。4)通过观看老师推荐的SPD教学视频和SPD使用说明文件，逐步掌握SPD的各种功能及技巧。5)打开SPD软件的工程管理选项，新建工程，之后点击设计管理，新建此工程的XML模板。6)点击交互建模图标，进入AUTOCAD界面，点击SPD菜单栏打开创建的工程后，点击船体基本信息的按钮，进行坐标定位面。将从图纸资料中得到的肋距、纵骨、甲板高度等信息填入软件，之后点击获取线型文件，将图纸附带的线型文件导入。定义完成后的船体基本信息如图3-1。图3-1船体基本信息7）通过图册管理命令创建船体图册，选择船体模块，输入图册范围。这里的图册范围与分段的工程范围要保持一致，且要比所建分段范围大一点，以便为建模留有一定的裕度。图册范围如图3-2。图3-2图册范围8）点击船体设置命令，在基本曲线命令中选择生成SHELL曲面，这里要勾选X、Y、Z三向基本曲线，如果所建分段包括了上甲板，则还需要进行1D曲线的生成。由于203S分段不包含上甲板的区域，这里就不再赘述。生成基本曲线后，在刷新船体模型命令中选择加入范围内所有对象，这时模型中就有了SHELL的模型。9）船体模型的建立（1）曲面外板的建立①建立曲面外板，第一步就要找到曲面板的板缝。这里就需要从外板展开图里确定板缝的具体位置和长度，将其输入到创建曲面板缝的命令中，这里需要注意端缝和纵缝的区别，如图3-3：图3-3外板板缝的定义②当所有的板缝都建立完成后，即可开始曲面外板建模。点击曲面板命令中的创建曲面板，逐次按顺时针方向将围成该曲面外板的板缝选中，再给予其材质、厚度和零件名之后，就可以生成该外板。若提示板缝顺序错误，则点击反序，就可以顺利生成该曲面板架。如图3-4。图3-4曲面板定义③曲面板建模完成后，就可以着手建立曲面板上的曲面型材。识读肋位图资料可得到所需建立的曲面型材的具体规格和位置信息，在曲面板架菜单下打开曲面型材二级菜单，点击创建曲面型材命令后，可以选择曲面型材所依附的曲线，并对曲面型材的具体信息进行定义，确定之后就生成了该曲面型材。如图3-5。在该菜单栏下还可以对曲面型材进行开内孔、边界孔和贯通孔等操作。图3-5曲面型材定义（2）平面板架的建立①平面板架建立的第一步就是要对板架属性进行定义，包括板架名、定义面类型及具体数值，以及板架是否水密等。如图3-6。板架名要按照厦船重工《船体结构零件编码》的相关规定进行命名，而定义面类型则要按照平面板架的具体情况来确定，如横舱壁为X平面，纵舱壁为Y平面，甲板平台为Z平面，而有些不规则的斜平面则可能是三点斜平面。图3-6平面板架属性②板架属性定义完成后，就要对板架边界进行限制，这里分为一般平面板架和特殊平面板架进行叙述。一般的平面板架就是比较规整的板，如常规的横、纵舱壁，平行于水平面的甲板平台等。这些平面板架只需要在板架属性中给出所在平面的具体位置，再将其边界描述出来就可以生成，最后再赋予其板厚、材质和板零件名，就可以得到这块板。值得一提的是，当平面板架的形状并不是规整的矩形时，也可以通过边界限制其形状。曲面板架的边界既可以是X、Y、Z的值，也可以是SHELL，还可以是该板架平面与某个已建板架的交线。通过各种方式的边界限制，就可以得到许多不规则外形的平面板架。如图3-7。图3-7平面板架边界定义特殊平面板架是指一些并非平行于坐标面的板架，在203S机舱分段中涉及到的是双舷侧的几块板。首先要确定这些板架的属性定义进行选择，将双舷侧存在的几个典型横剖图双舷侧的部分摆在各肋位上，观察其转折点，进行对比后不难发现，该双舷侧是由六块形状大小和空间位置都不同的三角形的板依次拼接而成的。这些板架的定义属性就要用三点斜平面来完成，即将该板架上的三个点的位置在典型横剖面图上读出，输入到板架属性框里，便可确定板架所在平面，如图3-8。这一步骤完成之后，再赋予该板架边界属性。由于该板架的两条边界都不是常规的直线，并不能用简单的X、Y、Z的值进行限制，就需要用一条命令来描述出这样一条斜直线来。以板架JU1P为例，该三角形板的斜边是一条倾斜的直线，在板架所在平面已经确定之后，就可以同时用X和Z两个值来确定这条边界的两个端点，继而完成JU1P板架边界的确定，如图3-9。之后再赋予其板厚等信息，就可以建立出该板。通过不同的指令来限制板架边界，就可以得到各种形状的板。图3-8特殊板架属性定义图3-9特殊板架边界定义③平面板架的开孔平面板架开孔分为内孔、边界孔和贯通孔。以13500平台为例，其上内孔有圆孔、方孔和不规则孔。圆孔只要确定其半径和安装位置即其圆心位置就可以轻松建出，方孔需要其长短轴的长和安装位置，不规则孔可以先在该板架上用平面曲线命令描述出该孔外形的曲线，再用曲线孔命令进行建立，如图3-10和3-11。图3-10平面曲线定义图3-11曲线孔命令边界孔命令同内孔一样，选择孔的类型和规格尺寸后，再将其依附的边界和定位坐标确定下来即可生成。贯通孔是由型材穿过板材而产生的孔，在选择贯通孔命令后，会提示选择贯通孔参照的型材，这里需要选中该条穿过板材的型材，再选择切口类型以及是否要加补板等。以JU2P为例，该板是水密的，且被21号肋位上的四条球扁钢穿过，显而易见这个贯通孔需要加上水密补板。根据穿过型材的具体形状及图纸资料选择贯通孔的切口类型为22R，再选择补板类型为水密补板，按照零件命名规则将其命名，并赋予其与板材一致的厚度，就可以成功生成此贯通孔。如图3-12和3-13。图3-12贯通孔定义图3-13补板的选择④扶强材的建立扶强材的使用对船体的强度、结构减重以及施工建造各有利弊[9]。扶强材的建立需要确定其依附的板，以及其装配的具体位置，这些信息都要从资料图中得到。点击平面板架菜单栏下的扶强材按钮，会弹出扶强材建立的弹窗，如图3-10。以13500平台为例，从图纸资料中可以看出，该平台有六十多根扶强材，这就要求我们在建立扶强材的同时要将其零件名区分开，防止在后续工作中混淆出错。扁钢以F表示，球扁钢为S，T型材为T，后面再跟上序号，按照从底到顶，从船艉到船艏，从中心到舷侧的规律，这样就可以清楚明了地区分开每根扶强材。在扶强材定义界面，其零件号按照上述规律编制，规格和安装定位可以从图中读出。如图3-14。这里有两点需要注意，一是其端部连接形式，需要具体考虑扶强材两端的情况，其中与结构面相接和与他型材对接是本分段最常出现的情况。当端部连接为与结构面相接时，参照《船体制图》，可以了解到其c值与这根扶强材的具体规格有关，当球扁钢的h≥100时，其c值取35。这样做就可以在安装的时候留有一定空间焊接，不致于难以安装。如图3-15。二是要注意其安装面的正反以及球头的位置，这些细节也同样可以从图中观测出，若不注意出现错误可能会导致后面肘板的安装出现问题。图3-14扶强材定义图3-15扶强材端部连接形式当扶强材与扶强材交叉相交时，会出现贯通切口[10]。这里一般选择在较大的型材上开贯通切口。以13500平台上的T型材T1为例，这根型材被一条球扁钢穿过，这时就在该T型材的创建菜单下点击贯通切口命令，选中穿过它的那根球扁钢，再对贯通切口及补板进行规定。切口形式和补板的规格都可以从图纸资料中得到，但在SPD软件的补板标准库中却找不到所需要的补板样式。这时需要点击船体设置菜单栏中的船体标准库，选择补板标准，再选择补板类型为单侧落地，选择一个相近的补板标准号，对其中的数值进行微调，最终得到所需要的补板类型，这样就可以在T1上的贯通切口中找到该标准号，经过命名等工作，最终将贯通切口顺利建立。如图3-16和3-17。图3-16扶强材贯通切口定义图3-17补板型号的创建（3）肘板的建立肘板作为构建的连接件,是在船体结构中应用的最多的一种构件,它能增加连接节点的刚性,保证相交结构的连续性,同时可以有效地传递各种力,减小连接处的应力集中[11]。肘板一般可分为两边界肘板和三边界肘板，边界即是肘板的约束体。在创建肘板之前需要清楚肘板的类型，一般肘板的约束体在SPD系统里都以一个字母代号表示，例如平面板架为P，平面板架上的型材是S，系统已经定义的各种曲面则用C来表示，T型材为T等。肘板边界约束的不同在肘板建立的第一步就会体现出来。点击创建肘板的命令，选择肘板类型之后就需要对其边界进行判断，如图3-18。当正确选择肘板边界类型后，系统会提示在模型中选择肘板的具体边界，当选择完成后就可以对肘板的规格尺寸、切角、厚度、材质等进行定义。某些两边界肘板的边界难以在模型中选择，则可以选用OAB类型的肘板，在图纸资料中确定肘板的具体位置，将其看成一个坐标系，对其原点和X、Y方向进行数值定义，这样就确定了肘板的位置，此时再对肘板本身进行定义，也可以生成该肘板。有些肘板需要额外的扶强材进行加强，这就需要肘板菜单下的扶强材命令，点击该命令后选择需要加强的肘板，选择扶强材的规格和材质等信息后，就可以成功生成。图3-18肘板类型选择3.3203S机舱分段出图在建模完成后，要将需要的图纸导出。点击图纸管理按钮，在其下级菜单栏可以通过不同命令依此将船体剖面图、外板展开图、支柱胎架图等生成，根据设计任务书的要求，比例可以选择1：50或1：75等，图框选则A3H简2，尽量保证图纸的整洁清晰。SPD最大的优点是出图后图纸与模型可以相互修改[11]。在34号肋位上有一个斜向的肘板，这里需要点击图纸处理菜单栏下的剖视详图命令，将视图名及比例等调整好，用鼠标点击需要剖视的结构构件，确定后再点击剖视的位置，选中周围合适的位置就完成了局部剖视图。如图3-19。图3-19局部剖视图的创建将外板展开图、主甲板平面、平台图、其它纵剖面图、肋位剖面图等生成，使用图纸处理菜单下的DXF输出命令，就可以将出图转换为DWG格式文件，可以在AUTOCAD中进行浏览和修改。3.4203S机舱分段建造方法根据《船体工艺手册》和203S分段的具体结构形式，经过反复考虑，最终选择先以甲板和舷侧为基础，建立两个大组立，再以甲板组立为基准在胎架上进行装配的方法。将分段分为甲板平台和舷侧两个大组立，最终在甲板的胎架上吊装已形成的舷侧小分段[12]。其中舷侧大组立由双舷侧、曲面外板及夹在二者中的肋板和扶强材等组成，甲板组立以13500平台为基准进行反造，逐步加装中间的横、纵舱壁及扶强材和肘板等构件[13]。装配的同时要注意精度的控制，控制精度和质量是造船企业管理的一个重要组成部分。随着科学技术的迅猛发展，以及管理科学化、现代化的要求，精度管理在造船企业中的地位和作用越来越显得重要[14]。结论由于这次的毕业设计使用的SPD软件只能在学校机房进行，整个毕业设计的时间略显紧张，不能系统地学习SPD的所有功能，只能在建模过程中遇到问题再解决问题，这样就导致自己对SPD的很多功能还不甚熟悉，不能够精通该软件。对于图纸资料的识读非常考察我们的专业知识掌握情况，《船体制图》、《造船生产设计》等专业课程有所欠缺的话，就会在分段的具体结构的辨别或建造方法的选择上出现许多问题。经过总结，本次毕业设计大致解决了如下几个主要问题。从几张典型横剖面图中准确判断出双舷侧的结构是由六块形状和摆放不同的三角形板材凭借而成，通过三点斜平面将其所在平面定义，并用在边界命令中用两个XZ的值将斜线表示出来，这样就将这个板架的三个边界描述完成。双舷侧结构是整个203S分段中最难理解的结构之一，将其建立后整个分段的结构就逐渐清晰起来。2）在FR34肋位上有一处三边界肘板，且它是斜着摆放的，在肋位图上的局部剖面数据有一定误差，从辨别出该肘板到建立它再到最后的出图阶段都与普通肘板有一定区别，这也使我对肘板命令有了一定的熟悉。3）SPD系统里使用的零件编码规则与我们需要使用的厦船重工零件编码规则并不相同，需要在船体标准库中修改，并将厦船重工的零件编码规则输入到SPD软件中,只有将每个构件都明确清晰地表达出来，才能从船体建造、舾装、涂装一体化角度，按区域对产品作业任务进行分解和组合[15]。当然，在设计过程中因为自己在专业知识和SPD实践能力上还有不足，生产设计的经验还欠缺，所以设计过程中还出现了许多有待提升之处。4）由于经验的欠缺和专业知识掌握的不足，在建立没有给出图纸资料的结构时，只能靠自己的推测，并不能确定某些位置是否有构件、有什么样的构件，导致建模会出现一定误差。5)当在SPD中建立边界含T型材的肘板时，找不到含T型材的边界形式，这些肘板只能在出图之后在AUTOCAD里绘制。6)在最后使用SPD自动生成零件明细表时，出于不明原因SPD总会出现致命错误，最终只能手动生成。参考文献[1]黄浩.船体工艺手册[M].北京：国防工业出版社，1978.[2]黄广茂.造船生产设计[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2008.[3]杨良德.壳舾涂一体化造船模式在小船厂的应用[J].中国水运,2021(01):103-105.[4]高爱华.基于成组技术原理的壳舾涂一体化设计研究[D].上海交通大学,2007.