陸雅楠，魏文俊，孫逸文，陳姜龍

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

0 引言

風管生產(chǎn)設(shè)計是船舶生產(chǎn)設(shè)計的一種，其主要包括對風管、附件和風機等設(shè)備的綜合布置，是用于指導現(xiàn)場施工的依據(jù)[1-2]。在開展生產(chǎn)設(shè)計工作時，設(shè)計人員先根據(jù)系統(tǒng)原理圖對風管、附件和風機等設(shè)備進行預布置，并根據(jù)綜合布置情況進行協(xié)調(diào)和修改，待各項工作完成后創(chuàng)建風機基座。然而，無論是在風管綜合布置過程中創(chuàng)建風機基座，還是在各項工作完成后創(chuàng)建風機基座，都會存在交互修改、返工等問題，影響風管生產(chǎn)設(shè)計的工作效率。本文以某外貿(mào)船的射流風機布置和風機基座創(chuàng)建為例，對風機基座的布置方法和特點進行闡述，提出一種在風機小樣中創(chuàng)建通用基座的方法，并與現(xiàn)有的設(shè)計方法進行對比。

1 設(shè)計現(xiàn)狀和問題描述

本船的三維設(shè)計基于東欣船舶產(chǎn)品設(shè)計（Ship Product Design, SPD）軟件，風管和附件采用參數(shù)化部件、風機采用設(shè)備小樣進行布置[2-4]，風機基座采用鐵舾件進行布置。然而，由于鐵舾件采用的是獨立的設(shè)計模塊，無法與風管和風機等在同一個區(qū)域中進行布置和修改。因此，風機基座往往是在各項工作完成后，切換至其他模塊進行創(chuàng)建的。當生產(chǎn)進度導致管、風、電生產(chǎn)設(shè)計出圖早于風機基座出圖時，將會引起風機基座與管系、電纜干涉，這易使基座設(shè)繪人員無從下手，甚至會造成改圖和返工。

以本船的射流風機為例，管、風、電的設(shè)計人員在開展工作時，沒有綜合考慮風機基座的形式和位置，導致風機頂部布置了很多管系和主干電纜，這大幅提升了風機基座的設(shè)繪難度（見圖1）。風機基座在完成設(shè)計和鐵舾件建模后，仍與上方的主干電纜產(chǎn)生干涉，經(jīng)專業(yè)協(xié)調(diào)后決定修改電纜導架，而此時電氣生產(chǎn)設(shè)計已完成發(fā)圖工作，從而造成電氣專業(yè)的改圖和返工。

圖1 射流風機的布置情況圖

2 設(shè)計方法的分析和對比

2.1 常規(guī)設(shè)計方法

在常規(guī)設(shè)計中，設(shè)計人員先根據(jù)原理圖中的風管走向和風機編號等將風管和風機預先布置到艙室中，再通過管、風、電專業(yè)的相互協(xié)調(diào)完成初步布置，再各自對本專業(yè)的放樣進行精細化設(shè)計。設(shè)計人員在確定風管位置后，會根據(jù)風管的變徑角度、風機的擴散角等因素[5-6]對風機位置進行調(diào)整（見圖2）。此時，各專業(yè)默認放樣工作已完成，基座建模作為最后一個步驟，將移交給繪制基座圖的設(shè)計人員來完成。工時計算公式為

圖2 風管生產(chǎn)設(shè)計工作順序

式中：H為常規(guī)的設(shè)計方法產(chǎn)生的總工時；h為設(shè)備建小樣至風機完成定位產(chǎn)生的工時；hj為基座建模產(chǎn)生的工時。

在基座建模后，因干涉、優(yōu)化裝焊和優(yōu)化基座形式等原因，將引起進一步的協(xié)調(diào)和修改（見圖3），將此時產(chǎn)生的工時定義為hj1。由于風機的定位以風管布置和綜合協(xié)調(diào)為主，基座建模是在風機定位后根據(jù)風機圖紙而定，只有在建模期間，才能根據(jù)結(jié)構(gòu)件、基座形式等因素確定基座的最終位置。因此，基座建模后，不做修改的概率較小。在此，假設(shè)基座建模后，進一步協(xié)調(diào)和修改的情況必然發(fā)生，則工時的計算公式修正為

圖3 基座建模引起的進一步協(xié)調(diào)和修改

式中：hj1為進一步協(xié)調(diào)和修改產(chǎn)生的工時。

此外，由于設(shè)計人員在與各專業(yè)協(xié)調(diào)時忽視了風機基座的形式，而管系和電氣專業(yè)也忽視了該問題。在完成綜合協(xié)調(diào)和布置后，設(shè)計人員和基座繪制人員在上下道工序交接、工作安排和基座圖出圖方面耗時較久。因此，當基座繪制的人員提出修改時，電氣設(shè)計人員已完成主干電纜部分的出圖工作，故電氣專業(yè)需要重新改圖?？紤]到改圖產(chǎn)生的工時，將工時的計算公式進一步修正為

式中：hg為改圖產(chǎn)生的工時。

2.2 改進方法1

與常規(guī)設(shè)計方法相似，改進方法1 的步驟也是從風機建小樣到基座建模。區(qū)別在于，設(shè)計人員需要在布置風機的同時直接利用鐵舾件功能對基座進行建模，并參考基座的形式和位置對干涉情況進行檢查，最終完成綜合協(xié)調(diào)和布置。在基座建模后，若發(fā)現(xiàn)與其他專業(yè)干涉、無法裝焊等問題，需進一步通過專業(yè)協(xié)調(diào)、位置調(diào)整等來完成布置（見圖4）。此外，由于本方法要求設(shè)計人員同步完成基座的建模工作，不存在常規(guī)方法中上下道工序的交接和時間間隔等因素。因此，本方法不會產(chǎn)生改圖工時，其他部分與常規(guī)方法產(chǎn)生的工時相同。在此，假定設(shè)計人員和基座繪制人員對基座建模所用的工時相同，也不考慮各項工作產(chǎn)生的特殊情況引起的差別。則改進方法1 設(shè)計工時的計算公式為

圖4 改進方法1 示意圖（單位：mm）

式中：H1為改進方法1 的總工時。

以本船的射流風機為例，用改進方法1 進行放樣工作，在完成風機的布置和定位后，參考風機圖紙中的底座尺寸和螺孔位置等信息，即可確定基座面板、肘板和腹板的尺寸和相對位置。結(jié)構(gòu)件與肘板的間距只有14 mm，無法滿足施焊空間的要求。為滿足基座板材與結(jié)構(gòu)件的焊接要求，直接將風機基座的肘板調(diào)整到結(jié)構(gòu)件下方，與之裝焊在一起。此外，對風機作出相應(yīng)調(diào)整，在修改風管的同時，協(xié)調(diào)管系和電氣專業(yè)進行相應(yīng)微調(diào)，并根據(jù)主干電纜的布置位置對風機基座的形式進行同步修改。與常規(guī)方法相比，改進方法1 雖明顯增加了生產(chǎn)設(shè)計階段的工作量，但確保了基座模型的完成度，可有效避免管了因風機基座調(diào)整引起的改圖工作。

2.3 改進方法2

改進方法2 與改進方法1 類似，區(qū)別在于在風機建小樣時，預先將風機基座以設(shè)備小樣的形式繪制到風機小樣中（見圖5）。設(shè)計人員不需要在風機布置的同時對基座進行建模，而是在基座圖出圖前進行建模，甚至可將該任務(wù)移交給基座繪制人員。在采用改進方法2 前，需根據(jù)風機類型、安裝形式和船東要求等因素，確定風機基座的基本形式，并根據(jù)本船的層高預估基座的高度。在風機建小樣時，將風機基座繪制到風機小樣中。以本船的射流風機為例，根據(jù)風機圖紙的螺孔尺寸和布置位置，以及船舶基座和加強結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)則確定基座的形式，以及肘板、腹板與螺孔的間距。暫定基座高度為500 mm，即可在風機小樣中建立起基本的基座模型。通過風機小樣，各專業(yè)設(shè)計人員可直觀了解射流風機的基座形式，并預判管、風、電的布置位置，進而有效推進各項工作。對風管生產(chǎn)設(shè)計而言，可在風機布置的同時綜合考慮基座與結(jié)構(gòu)件之間的裝焊可行性，并直接完成風機和基座的位置調(diào)整。

圖5 風機模型的基座示意圖

射流風機的基座及其布置效果見圖6。腹板（或肘板）與球扁鋼的間距為60 mm，球扁鋼的高度為60 mm，滿足施焊空間的要求。假設(shè)腹板（或肘板）與結(jié)構(gòu)件的間距不滿足施焊空間要求，靠調(diào)整風機位置也無法同時滿足各腹板（或肘板）與結(jié)構(gòu)件的間距要求。解決方法是確保其中一部分板材的施焊空間滿足要求，對于無法滿足的板材，參考船舶基座及加強結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)則對基座板材的位置進行修改即可，無需重復修改風機小樣。

圖6 射流風機的基座及其布置效果

綜上所述，改進方法2 在風機建小樣階段比常規(guī)方法和改進方法1 增加了基座建小樣的工時，將此時產(chǎn)生的工時定義為hx。然而，由于各專業(yè)均能直觀地了解風機基座的形式和位置，因基座建模后引起的進一步協(xié)調(diào)和修改工作，將大幅度減小，將此時產(chǎn)生的工時定義為hj2。此外，由于風管生產(chǎn)設(shè)計時，已根據(jù)風機小樣中的基座模型綜合考慮了布置、協(xié)調(diào)和裝焊等問題，使基座繪制人員可根據(jù)基座小樣直接建?；蛭⒄{(diào)腹板（肘板）的位置，基本不存在基座模型反復修改、建模等情況。則改進方法2 設(shè)計工時的計算公式為

式中：H2為方法2 的總工時；hx為改進方法2 基座建小樣產(chǎn)生的工時；hi為改進方法2 基座建模產(chǎn)生的工時；hj2為改進方法2 基座建模后引起的協(xié)調(diào)和修改。

2.4 方式特點分析和對比

2.4.1 常規(guī)方法的優(yōu)缺點

常規(guī)方法的優(yōu)點在于：設(shè)計人員只考慮風機和風管的布置位置，無需兼顧風機基座的形式和焊接等問題，對于設(shè)計人員而言，較省時間。缺點在于：其他專業(yè)的設(shè)計人員不能直觀地了解基座的具體形式和外形，容易造成后續(xù)的干涉和修改。

2.4.2 改進方法1 的優(yōu)缺點

改進方法1 的優(yōu)點如下：

1）在完成風管生產(chǎn)設(shè)計的同時完成基座建模，避免后續(xù)因基座調(diào)整引起的一系列綜合協(xié)調(diào)和修改，也為后續(xù)基座圖的出圖工作節(jié)省時間、提高效率。

2）在進行專業(yè)間綜合協(xié)調(diào)和布置時，更為直觀、精準，避免協(xié)調(diào)不周的情況發(fā)生。

3）可有效避免因基座協(xié)調(diào)滯后引起的繪圖、制作加工和裝焊困難等問題。

改進方法1 具有如下缺點：要求設(shè)計人員兼顧基座模型、設(shè)計準則和鐵舾件功能；其放樣所用時間依舊較長。

2.4.3 改進方法2 的特點

改進方法2 的優(yōu)點如下：

1）在完成風管生產(chǎn)設(shè)計的同時基本完成基座定位，避免后續(xù)一系列的修改工作，為基座的建模和出圖工作奠定基礎(chǔ)。

2）各專業(yè)綜合協(xié)調(diào)和布置時，基本能夠直觀、精準展示基座的形式和位置，方便預判避讓空間。

3）基座形式已定，設(shè)計人員可以綜合考慮基座的焊接可行性。

4）設(shè)計人員無需懂得基座設(shè)繪的設(shè)計準則和軟件的鐵舾件功能。

改進方法2 的缺點在于：設(shè)計人員在風機建小樣時，必須根據(jù)各區(qū)域情況預判基座高度。

2.4.4 各方法綜合對比

綜上所述，只有常規(guī)方法會產(chǎn)生因協(xié)調(diào)滯后、上下道工序交接等因素產(chǎn)生的改圖工時hg，是綜合協(xié)調(diào)不周產(chǎn)生的額外工作量。hg的存在說明常規(guī)方法不如改進方法1 和改進方法2。為便于對比分析改進方法1 和改進方法2，將式（5）減式（4）可得

由于改進方法2 的基座建模是一次完成的，其產(chǎn)生的工時小于改進方法1。又因為改進方法2 預判了風機基座的形式和高度，在風機模型中建立了通用基座，其實際對基座進行了2 次建模，則將(hx+hi)假定為風機基座建模的反復修改和調(diào)整，即hx+hi≈hj。而方法1 中的基座建模的次數(shù)存在不確定因素，根據(jù)經(jīng)驗，基本可確定為大于等于兩次，因此實際的關(guān)系應(yīng)為hx+hi＜hj。同理可得hj2＜hj1，故ΔH＜0。經(jīng)過上述分析，可以得出結(jié)論：在排除特殊情況的前提下，方法2 所產(chǎn)生的設(shè)計工時小于方法1。

綜上所述，按精細化建模，風管生產(chǎn)設(shè)計、風機布置和基座建模同步進行等角度考慮，宜采用風機小樣中創(chuàng)建通用基座的方法。

3 結(jié)論

本文以某外貿(mào)船的射流風機布置為例，闡述了風機基座的布置方法和特點，提出了一種在風機小樣中創(chuàng)建通用基座的方法，并與現(xiàn)有的設(shè)計方法進行對比。結(jié)果表明：該方法可有效提高生產(chǎn)設(shè)計的整體效率。在風機建小樣時，預先考慮并加入通用基座，可有效減少管、風、電生產(chǎn)設(shè)計的差錯率、改圖和后續(xù)返工率，進而大幅度提高生產(chǎn)設(shè)計工作的設(shè)計質(zhì)量和工作效率。