船舶管系生产设计.docx

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船舶管系生产设计

第一节管系生产设计概述

一、生产设计的由来及其发展

1.生产设计的由来

船舶工程极为复杂,它由船体、舾装和涂装三大部分组成;具有作业面广,工作量大、工种多、结构复杂、安装困难、自动化要求高、受外界因素影响大、设计和建造周期长等特点;所以如何实现高效率、高质量、短周期、低成本、确保安全地建造船舶是造船工作者一贯追求的目标;

人们首先是在船体建造方面取得了进展,随着焊接技术的不断发展,从铆接时代的“整体建造法”转变为“分段建造法”;船舶设计也从只提供“造成什么样船”的图纸,发展到了要求在图纸上标注焊接坡口要求、装配余量设置要求以及提供分段的划分图、船台大合拢顺序图等;这些内容已经涉及到了“怎样造船”的问题;这是船舶设计与工艺走向相互结合的萌芽;在此基础上,人们开始考虑“怎样合理组织造船生产”的问题,希望设计图纸与生产的细节项目完全相一致,即生产体系中各个阶段,如材料流程、加工、预装配、装配和总装等阶段所必须的资料和数据,都清楚地表达在一张张详图或清册中;这样船舶设计不但解决了“造什么样的船”的问题,而且又解决了：

“怎样造船”和“怎样合理组织造船生产”的问题,这就是在造船行业中形成的设计、建造、管理一体化的新概念;对设计来说也从基本设计阶段发展到了详细设计、生产设计阶段;

这种新概念很快就延伸到了舾装体系,形成新的舾装法,即“区域舾装法”,把整条船划分为几个区域,并为每个区域绘制综合布置图,一个区域的综合布置图可包括有机械设备、电气设备、基座、箱柜、电缆支架、格栅、管路、阀件及附件等,几乎包括了该区域内所有的舾装件;随后按工种设绘各种图纸和清册,现场生产按生产的流程、作业的区域,安装的时间将所需的材料放置在不同的托盘内,这些托盘按生产计划要求送往指定地点,进行安装;对舾装设计来说也完成了从基本设计、详细设计到生产设计发展的过程;

2.设计阶段的划分及基本任务

在我国,生产设计已确认为船舶设计的组成部分,现行的船舶设计阶段划分,明确为初步设计、详细设计和生产设计三个阶段;

初步设计是从收到船东技术任务书或询价开始,进行船舶总体方案的设计;这是一个设计计算和洽谈的工作过程;主要应提供详细的设计规格说明书、总布置图、中横剖面图、机舱布置图、主要设备厂商表等;它们既是报价的主要资料,又是后阶段设计的依据;

详细设计是根据造船合同确认的技术文件以及修改意见进行的各个具体技术项目的设计计算和关键图的绘制过程;详细设计的基本内容是：

⑴提供验船机构规定送审的图纸和技术文件；

⑵提供合同中规定送船东认可的图纸和技术文件；

⑶提出工厂所需的材料、设备订货清册；

⑷提供生产设计所必须具备的图纸文件和数据；

⑸提供可供现场直接用于制造、安装、检验、试验的各种图纸资料和技术文件;

详细设计中的前两项工作内容也可以称为送审设计阶段;详细设计应解决设计中的基本和关键技术问题,最终确定和保证船舶的全部技术性能;初步设计和详细设计是解决“造什么样船”的问题;

生产设计则是解决“怎样造船”和“怎样合理组织造船生产”的问题;它的含义是,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记入各种工艺要求的施工图,以及为现场生产提供各种管理信息文件的设计过程;

二、管系生产设计

1.管系生产设计流程

目前大、中型船厂的船舶生产设计都已经采用计算机辅助设计,使用得比较多的软件系统是挪威KCS公司的TRIBON系统;但不管是否利用计算机辅助设计,管子生产设计的流程基本上没有变化;图7.1.1是典型的管子生产设计流程图;

图7.1.1典型的管子生产设计流程图

⑴管路走向图的设绘

管系生产设计,首先要设绘好管系走向图,这是设绘综合布置图的基础;它设绘的前提是：

初步设计已经结束,详细设计的机舱布置图、舱室布置图、管系原理图、管系阀件及附件清册等基本确定；管路的基本参数（平时所说的B表）已输入计算机,相关的生产设计标准已确定并输入计算机；船体结构的背景图（大段或分段图）已可以从网上收到；大型电气设备布置、主干电缆、大型风管、排气管的走向也已初步确定的情况下,由该船的主要设计人员分区域设绘管路的走向图;

⑵综合布置图的设绘

在管路走同图的基础上,在所需各种资料和图纸充分准备的情况下,即可开始综合布置图的设绘工作;按现代造船模式的要求,按区域进行设计工作,所以全船所有区域几乎可以同时进行综合布置的工作,每一个设计人员先在自己负责的区域内进行初步的布置和协调,然后与相邻区域的接口进行协调和与外专业进行协调;本专业的协调工作,一般是这样规定的,上方区域将向下延伸的接口位置、规格等提交给下方的区域,前面区域将接口提交给后面区域,左面区域将接口提交给右面的区域进行校核,如有问题,双方进行协调,直到统一意见为止;

⑶管子开孔委托及开孔图的设绘

按壳舾涂一体化造船的要求,管子在结构上的开孔应与船体结构下料同时进行,因此管子（包括其它专业）的开孔要求必须在船体分段结构图上反映出来,即船体生产设计时管子就应将开孔要求委托给船体的生产设计人员;按目前的船体建造工艺,管子生产设计人员应及时向船体生产设计部门提供除各层甲板外所有纵、横舱壁和构件、肋板等的管子开孔委托单;便于船体生产设计及时将有关管子开孔信息表达在船体生产设计图中,并对某些开孔作必要的加强;另一种委托开孔的办法是,船体将分段详细设计图纸发管子生产设计部门,由管子生产设计人员将这些开孔的位置、坐标、开孔形状和尺寸标注在船体分段结构图上,并转交船体生产设计部门,再由他们表达到船体结构生产设计的图纸上;

⑷管子安装图的设绘

管子安装图的设绘同样是在综合布置图的基础上进行的;可以根据制作和安装的阶段,分别设绘单元组装、分段预装、总段预装和船内舾装的安装图;也可以按区域设绘安装图,该安装图可用于该区域内各阶段的安装工作;

⑸编制托盘管理表

托盘管理是舾装件实现以中间产品为导向,壳舾涂一体化造船的重要措施;其中最重要的一环是生产设计应按要求编制托盘管理表;管子的托盘管理表由A、B、C、D、T表组成;A表是管子零件汇总表（兼管子内场加工明细表）,B表是管子支架制造明细表,C表是阀件、附件托盘管理表,D表是设备明细表（包括设备、箱柜、基座等）,T表是托盘管理表汇总表;关于托盘管理的内容在第三节作较详细的介绍;

⑹其他图表的设绘和编制

管子生产设计除了以上一些内容外,还必须完成：

①管子零件图的设绘;如果采用计算机辅助生产设计,则管子零件图可以由计算机自动生成;如果是手工设绘,一般一艘70000吨级的散货船的管子在11000根、70000吨级的油轮的管子在12000根、而6000TEU级集装箱船的管子在16500根左右,则工作量很大;而且容易出错;计算机辅助管系生产设计的软件很多,其中有挪威的TRIBON系统、我国自行研制的SPD系统、日本的SF-1（代号）数值零件图系统等;

②支架图;在设计过程中大量采用的是标准支架;对于标准支架,在托盘管理表中只要标注有所采用的标准号,规格、数量就可以进行制造;对于非标支架,组合支架等就必须手工设绘支架图;

③管子附件汇总表;管子附件汇总表主要是管子内场加工用的附件汇总表,按区域进行编制,车间有要求时也可以按托盘编制;

④管子表面处理和水压试验清册;不同系统的管子其表面处理的要求是不一样的,所以必须编制表面处理清册,使管子内场加工结束后,能分门别类进行整理,送往不同的部门或外厂进行镀锌、酸洗、特涂、涂塑、磷化处理等;同时根据管子的等级,要列出管子水压试验由船级社验收的管子清册,以便集中由船级社进行验收;

⑤管子内场下料清册;当利用计算机辅助管子生产设计时,计算机还能输出管子内场下料清册,对管子进行套料,提高管子的利用率和实施先焊后弯的加工工艺;

第二节管系生产设计的基本原理

在我国,一直到70年代的初期,船舶管路还是依据设计部门的管系原理图和管系布置图中提供的管路大致走向进行施工的;而管路的具体走向及有关工艺处理都是在船体分段合拢、机电设备定位以后,由具有相当实践经验的人员,进行现场的管路安排,再用样棒弯制成管子的实际形状,带回车间,按样棒进行管子的弯制;这种方法称为实船布置法,目前仅在制作合拢管或船舶修理时使用;

70年代中期,各大船厂开始采用“比例绘图法”（放样）进行船舶管路的施工设计,从而在制造和安装管路时,基本上取消了样棒;按图施工,不但提高了产品质量,改善了劳动条件,降低了劳动强度,而且缩短了造船周期;

80年代中期,改革开放的春风也吹进了造船厂,各厂纷纷走出国门,向造船先进国家日本学习先进的造船技术、工艺、管理等,在设计方面引进了生产设计的概念;生产设计既是施工设计的深化,又是施工设计的发展,它在深度和广度上都发生了很大的变化,成为一个全新的设计阶段;生产设计包括船体的生产设计、管子的生产设计以及其他专业的生产设计;与此同时还引进了舾装件托盘管理系统,使船舶舾装件的设计、制造、安装、管理都发生了巨大的变化;

管系生产设计经过20多年的引进、吸收、消化和推广应用,已经取得了丰硕的成果;建立了比较齐全的生产

设计人员;按目前的船体建造工艺,管子生产设计人员应及时向船体生产设计部门提供除各层甲板外所有纵、横舱壁和构件、肋板等的管子开孔委托单;便于船体生产设计及时将有关管子开孔信息表达在船体生产设计图中,并对某些开孔作必要的加强;另一种委托开孔的办法是,船体将分段详细设计图纸发管子生产设计部门,由管子生产设计人员将这些开孔的位置、坐标、开孔形状和尺寸标注在船体分段结构图上,并转交船体生产设计部门,再由他们表达到船体结构生产设计的图纸上;

⑷管子安装图的设绘

⑸编制托盘管理表

⑹其他图表的设绘和编制

管子生产设计除了以上一些内容外,还必须完成：

③管子附件汇总表;管子附件汇总表主要是管子内场加工用的附件汇总表,按区域进行编制,车间有要求时也可以按托盘编制;

第二节管系生产设计的基本原理

管系生产设计经过20多年的引进、吸收、消化和推广应用,已经取得了丰硕的成果;建立了比较齐全的生产设计标准,完善了生产设计的流程,建立了一套比较完整的生产设计体系;

一、管路布置的基本原理

空间任意一点的位置必须由三个坐标值确定;如

图7.2.1所示,A点的空间位置可用坐标x、y、z来z

描述;而空间一条直线段的位置可以用其两端点的坐

标值就能确定;

对于空间任何线段的形状,可以应用投影法画出·A（x.y.z）

三面视图;机械制图中的正投影法是管路布置中采用

的基本投影方法;图7.2.2所示为直线段AB在互成x

直角的三个坐标平面中的投影;

把坐标值与投影图结合起来就可以用一个或二个y

视图清楚地表达出空间某一管段的几何形状,具体尺图7.2.1A点的空间坐标

寸和安装位置;这就是管路布置图的基本原理;

根据这一原理,在船舶上选择适当的基准面作为空间坐标的三个平面,就可将任意一根管子的典型参数用坐标值表示出来;

二、管路布置的手段z

在手工进行管路布置中,为简化绘图起见,除个

别大口径管子（如海水总管、排气管、风管等）需按

比例双线画出外,一般都以管子中心实线代表一根管A

子，而用折线代表管子弯头;但管路的布置图上除了o

管子外还有众多的阀件和管路附件等,为了更简捷地Bx

用最少的视图表达出管子的形状、连接的形式、阀件

附件的种类等,必须制定一些制图的标准;y

㈠符号图7.2.2空间直线段的投影

在平面布置图或零件图上仅采用一个投影面表示

一根管子时,就必须要有一定形式的符号才能反映出管子的几何形状;对于阀件附件则必须规定一些简化了的符号来代替实际的物体,以便加快设计的进度,也使图面更清楚;

1.管子曲形符号

管子的基本曲形只有二种,即弯曲成90°的直角弯（角折弯）和成形角大于或小于90°的别弯;由于这两种曲形在平面上有各种不同的位置,因而其曲形符号也有相应的变化,但归纳起来不外乎有六种基本情况,它们的曲形符号如表7.2.1所示;

表7.2.1管子基本曲形符号

图形

及

名称

符

号

正

视

图

俯

视

图

侧

视

图

从表7.2.1中可看出,在绘制管子曲形符号时应注意：

⑴符号中的圆、半圆的直径应等于所表示管子的外径,它应按比例画在施工图上;

⑵通常离投影面远的管子画至圆心,离投影面近的管子画至圆周;

⑶俯视图和侧视图中符号为圆时均表示为90°弯头,半圆表示为别弯,且开口端连接的管子比闭口端连接的管子离投影面远;

⑷在可能的情况下,尽量使用正视图中的表示方法,使人一目了然;

⑸别弯弯头仅画俯视图,或仅画侧视图可能还不能完全表达清楚管子的状态,必须结合尺寸的标注才能确定;

2.连接件符号

原则上可根据标准CB510-75的规定设绘;但各厂的情况有差异,所建造的船舶也不同,使用的连接件也有一些差别,再加上标准制定的时间比较早,所以超出标准的新的连接件各厂都根据实际情况增编了某些符号,同样可以使用;表7.2.2为最常见的一些连接件的符号;

管子连接件最常用的有法兰连接、螺纹连接、软管连接、套管连接等,一般都有相应所采用的标准;其中现存法兰的标准体系中,根据螺孔可分为二进制法兰和四进制法兰;由于管子在制作中,经常发生要求管子旋转90°后进行校管的情况,所以对于二进制的法兰必须标注有“单”或“双”的字样;

3.支管曲形符号

管路上的支管也需要符号加以规定,支管上的连接件标注方法同主管的标注方法;支管按与主管的连接方式大致可分为三类,即直支管（包括垂直支管和斜支管）、圆弧形支管（也可称为小脚支管）和镍铜管用的双向圆弧支管;见图7.2.3所示;

图7.2.3所示支管的符号与主管的符号没有什么区别;除上正或下正支管外,一般支管最好以主视图表示,否则应在旁边加注有关文字说明;如果是带有弯头的支管更应该用局部视图表示清楚;

4.附件符号

除了上述连接件外的各种阀件、旋塞、阀箱、器具等,它们的符号基本仍按CB510-75的规定表示,这儿不作详细介绍;

需要说明的是,尽管绘图符号是在投影原理基础上加以简化,具有形象直观的特点,但也只能抽象说明所代表的管子曲形、连接件、支管或附件属于哪一种型式,尚不能全面反映它的真实几何形状及具体尺寸和安装位置,因而绘图符号必须与尺寸数字及其它符号相配合才能确切地反映它们的空间曲形和安装位置;这是管路施工图的一个基本特点;

㈡管路基准面的选择

管路施工图中的符号,解决了用平面图形示意表达一个空间物体（管子曲形、附件、连接件等）的几何形状的画法,但是要确定该物体在空间的位置还必须知道它的坐标值;要确定坐标值就需要基准的三维坐标系,选择适当的平面作为坐标系的基准平面;管路的布置是在船体的结构图上进行的,因而将船体结构剖面作为基准平面是最常用的一种方法;

1.高度基准面

通常以船体的基线、内底、平台、甲板等作为管路布置的高度基准面;标注的方法是：

基准面符号+位置号+距基准面垂直距离

基准面符号各船厂可根据不同的船舶自行确定,表7.2.3为各层基准面符号的一般规定;所谓位置号即当管路布置在基准面上方时可以用“+”表示（也可以省略）,在基准面下方时用“-”表示;例如,内+500,即表示管段中心的某一点（一般为端点）在内底板上500mm;由于船体的板厚是不一样的,为了方便现场的施工,一般要求标注的距基准面的垂直距离是能直接量取的尺寸;即管子位于甲板上方时,标注到上平面,位于甲板下方时,标注到甲板下平面,而不必再进行减去板厚的计算;必要时,可以采用船体结构的标注方法,标出板厚方向,如图7.2.4所示;同时要适应预舾装的要求,基准面一定要在作业区域内,如分段预装时的基准面必须在分段内;

表7.2.3各层平台符号

序号

船体结构名称

符号

序号

船体结构名称

符号

船体基线

基

遮阳甲板

遮

内底板

内

游步甲板

游

花铁板

花

露天甲板

露

四平台甲板

四平

救生艇甲板

救

三平台甲板

三平

驾驶甲板

驾

二平台甲板

二平

罗径甲板

罗

主甲板

主

首楼甲板

首

桥楼甲板

桥

艉楼甲板

艉

起居甲板

起

2.横向基准面

横向基准面确定管路在左舷或右舷的坐标;一般取船体的纵中剖面、横舱壁、油水舱壁、纵骨等作为基准面;距横向基准面的尺寸标注方法同高度基准面;纵中剖面可用符号“B”表示,“-”表示在左舷,“+”表示在右舷;例如B+2000表示距船体中心线向右舷2000mm;以其它面作为基准面时,必须写清舱壁的名称或纵骨号,在舱壁或纵骨向舷一边用“+”表示,向船中的一边的用“-”表示;例如14#纵骨+300,表示管子中心在14#纵骨向舷300mm的地方;位于船侧的空气管或测量管等,也可以标注距舷边的尺寸;

3.纵向基准面

纵向基准面用来确定管路在首、尾方向的位置;一般均以船舶某一肋骨线或横舱壁作为纵向基准面;通常规定大号码肋骨向小号码肋骨的尺寸,应用符号“-”表示,反之则用符号“+”表示;例如36#+450,表示36#肋骨向37#肋骨方向450mm处;

㈢尺寸标注方法

管路的安装图、零件图、开孔图、复板图、支架图等均必须标注足够的尺寸,以满足现场施工需要;其中开孔图只要标注出该孔的位置,孔的大小即可,支架图、复板图按机械制图标准进行标注;

1.管路安装图尺寸的标注方法

管路安装图尺寸的标注方法,根据它的作用可以有不同的标注方法;管路安装时以安装图为主,零件图为辅时,其尺寸必须标注齐全,主要包括以下几个方面：

⑴机械设备的安装尺寸;主要包括机械设备及基座的外形尺寸,与管子接口的座标尺寸、箱柜的位置及外形尺寸等;

⑵每路管子的定位尺寸及不同管路之间的间距;每一路管子至少应标注有高度、距中或前后的定位尺寸中的二个;例如平行于船体中心线的管路只要标注出距中、高度两个定位尺寸即可;根据管子的定位尺寸也可以确定穿过船体结构的开孔位置（非预开孔）;

⑶管子支架的件号和安装位置;

除了以上所需要的尺寸标注外,安装图还必须标注管子的件号、规格、附件的名称或标准号或件号等;

如果管子的安装以零件图为主,安装图为辅,则安装图只要标注几个主要的定位尺寸即可,其余的尺寸在零件图上均可以确定;

关于安装图的详细要求我们将在第五节中讨论;

2.手工管子零件图的尺寸标注方法

管子零件图的尺寸标注必须满足管子的加工和安装的要求;为了便于管子的制造加工,其尺寸标注方法与机械制图的尺寸标注方法有所不同,即采用封闭尺寸标注方法;常规的手工零件图包括主管的几何尺寸标注、支管的几何尺寸标注、安装尺寸的标注、管子余量的标注等;

⑴主管的几何尺寸标注法

对于空间的一管段,最复杂的就是必须标注齐x、y、z三个方向上的尺寸;例如图7.2.5所示;此图为管段在平面上的投影图,所以x、y向的尺寸能直接标注,而z向的尺寸要依靠符号与尺寸的组合,其中H150表示以投影平面为基准,管段的B点比A点高出150mm;当管段的任何一个方向与坐标轴（或平面）平行时,就可以少标注一个尺寸,但至少有一个尺寸;掌握了这个方法,就可准确地标注出任何复杂的管子的尺寸;如图7.2.6所示,尽管此管子比较复杂,但在标注尺寸时只要按x、y、z三个方向对每一管段顺序标注,就不会发生错误基准或遗漏;

但有几点要注意的：

①一般还要求标注好每个方向上的总尺寸（长、宽、高）,如图7.2.6中的尺寸800mm和350mm；②高度尺寸一般以最低一点为H0,随后逐步升高,管段两端的实际高度差为两端H尺寸的差,如图7.2.6中两角折的高差应为450mm减去300mm,即150mm；③图面上的管段尺寸均为投影长度;④直角弯向上或向下时,可以标注为上正或下正,其长度即为上正或下正的值;④尺寸线应从端点或管段的交叉点引出;

⑵支管尺寸标注法

支管尺寸的标注方法与主管相似,不同点仅在于,必须标注支管在总管上的位置尺寸;其次对于复杂的支管,可以设置必要的局部视图,在视图上将尺寸标注清楚;

①垂直支管;支管与主管垂直,这是一种最简单的支管,所以只要一个视图就可以标注清楚了;当支管垂直于图面时,与主管标注上正或下正的方法相同;与图面平行时,标注一个方向的尺寸就可以了;

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