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典型船舶舾装设备数字化建模应用研究
「概述了机舱设备,结合有限元分析法优化铁舾件,以实例详细讲解优化过程以及在新项目应用中所取得的效益;完善设计手段的大胆创新,使船舶设计紧跟时代发展需求,为舾装件的减重推广打下坚实基础。(2021-1-24)」
关键词:船舶;舾装设备;数字化建模
  前言
  在船舶制造技术发展中,舾装件管理专业化发展对于提高船舶建造和保障企业发展都起到了不可忽视的意义。这种意义主要表现在以下两个方面内容。一是确保舾装生产效率与质量的提升。技术管理人员通过对传统管理模式与托盘管理模式对比研究发现,新型的舾装件管理模式从总装场使用调度,到相关配套工具计划使用,以及工序与生产环节配置都符合专业化、标准化生产要求,进而在确保舾装质量的同时,极大地提高了舾装生产效率。二是提高了总装场所利用率。由于采用了合理有序的调度规划模式,因此托盘式舾装件管理方法可以有效地提高船舶生产总装场所利用率,进而有效地提高船舶制造产业的总生产率,为提高企业效益提供了支持。
  1舾装件管理的主要措施研究
  1.1部件生产标准化模式的建立
  由于船舶舾装件部件种类较多,且生产过程较为繁琐,因此在其生产管理中就需要利用标准化模式,在其设计、生产、采购源头部分就开始重视船舶舾装件标准化管理。这种标准化管理包括了以下几个部分:一是设计、生产的标准化,由于绝大部分舾装部件可以由造船企业自行生产,因此技术人员在其设计过程中就要确保配套的舾装部件在设计环节就采用统一的技术标准。同时在舾装件生产中,技术人员也需要利用统一的工艺规范严格要求舾装生产过程,确保部件生产的标准化。二是对于防爆门窗、防火风闸等需要外购的特殊舾装件,技术人员需要把好采购技术检查关,确保采购到的舾装部件符合舾装生产的技术标准。三是做好舾装件应急管理的预案建设,避免舾装件在运输、储存等过程中出现意外事件的情况下,舾装件安装不收到较大影响。
  1.2操作标准化模式的建立
  除了舾装件生产标准化管理外,舾装件安装操作过程中的标准化管理也是舾装标准化管理的重要组成部分。这一管理工作主要包括了以下三方面內容:一是根据做好包括舾装件名称、规格、带号、材质、价格等相关内容的部件清单,并将清单提供给舾装件生产部门,使其以此为标准开展舾装件生产,用于规范舾装件生产操作过程。二是利用严格控制工艺流程的方法规范舾装件操作过程,确保技术工人在工艺水平不一、操作能力较差的情况下,确保安装操作的规范性。三是利用责任管理与工艺管理结合的方式,建立部件操作使用的标准流程,确保舾装件配送与回收的整体效率。
  1.3确保托盘管理效率的提升
  托盘化管理是新型舾装件管理的核心,因此有效提升托盘化管理整体效率,对于提高舾装件管理质量有着不可忽视的作用。在实际的托盘管理中,其主要管理措施包括了以下三个主要工作,一是利用托盘管理表(如下表)细化舾装件种类、代码、安装图、工程号等详细信息,保障托盘管理质量与效率。二是做好舾装件仓储管理,做到规范摆放、便于取放、先进先出、托盘归类的仓储管理原则。三是加强消防、安全生产以及治安管理工作,做好仓储安全管理工作。
  1.4加强舾装件保养与维护管理
  在舾装件管理中,技术人员必须加强舾装件的保养与维护管理。其管理工作的原则为预防养护为主,维修补救为辅助的工作原则,有效降低舾装件管理成本。因此在维护管理中,技术人员应加强对舾装件的定期巡检,严格落实部件保养工艺规范。对于存在故障隐患或表面问题的部件及时维护检查,最大化降低舾装件维护成本。
  1.5建设高水平的舾装件管理人才队伍
  在舾装件管理过程中,一只技术水平较高的人才队伍发挥着重要作用。因此管理人员应加强对技术管理人员职业技术培训工作,同时注意舾装技术工人培养,特别加强技术、安全、工艺等方面的培养,进而为标准化舾装件管理实施提供保障。
  2实例分析
  FPSO是我公司主打产品,后续也有一定数量的订单。此次在原N487的设计基础上进行优化,并将有限元计算数据和报告整理归类,为优化型材在后续船上的推广和运用提供数据支持。同时在送审船东、船检时,可提供数据支持。下面就以N487中B型小车过道和舵机操作平台作为优化实例,来具体介绍优化过程。
  2.1 B型小车过道优化设计
  选取N487中B型小车过道的样式,将原先的角钢L75×75×8mm替换为L50×50×6mm进行有限元建模分析。按照每人所占面积0.35m2的标准可计算出人行过桥上的大约人数,假设人均质量为100kg,小车及物品500kg。计算可得出角钢替换为L50×50×6mm时,小车过道最大应力为172MPa。小车过道所用材料的屈服应力为235MPa,根据HCSR规范第7章6.2.1,应力衡准为1.36σyd。即1.36×235=319.6MPa。可见型材替换后完全符合结构的强度要求,此方案是可行合理的。另外,根据甲板上小车过道所处区域以及自身特点,按照规要求只需考虑强度即可,振动可不作考虑。
  2.2舵机操作平台设计优化
  选取N792船上所用舵机操作平台进行优化,将原先所用L75×75×8mm角钢替换为L63×63×6mm。舵机操作平台各部件之间不是焊接的,因此有限元分析时需要对各个部件分别进行建模分析根据平台角钢是L63×63×6mm进行强度分析。应力大小为10.9MPa,远远小于许用应力。如仅考虑强度,平台角钢可进一步优化减小规格,但舵机操作平台所处区域在尾部,距离主机和螺旋桨都比较近,此处容易出现振动问题,在以往的实船中也多次发现振动问题。因此舵机操作平台振动问题不可忽视。故先计算型材规格为L63×63×6mm时的平台固有频率,根据结果酌情考虑是否可进一步优化。选N792船的主要参数先计算激振频率,参数如下:主机:MAN6G70ME-C9.5HPSCR&EGB;SMCR:15748kW×75RPM;螺旋桨:4叶。激振力来源于主机和螺旋桨。螺旋桨激振力最大叶频为(SMCR/60)×4,基于我们舾装件修改的方便性,只要考虑到倍叶频(SMCR/60)×8即可。该船使用的是6缸机,其6阶激振力最大频率等于(SMCR/60)×6,此频率已在倍叶频范围之内。因此以倍叶频作为衡准,即可根据参数算出倍叶频为10Hz,再加上20%的余量便为12Hz。有限元建模分析舵机操作平台固有频率,计算结果及振型,一阶固有频率12.369Hz,二阶固有频率12.911Hz。以上分析表明优化后舵机操作平台的固有频率已达到目标值以上,避开了共振。但富余量并不是很大,若在不改变平台型式的基础上进一步降低型材规格,必然会降低整个平台的刚度,导致固有频率降低,从而低于倍叶频容易引起共振。因此,在原有结构型式的基础上暂优化角钢规格为L63×63×6mm。
  结束语
  舾装件优化设计方法是在满足设计要求的前提下,通过采用低规格型号的钢材,达到节约成本和控制质量的目的。经过几个项目的摸索和实践,这一技术成果已准备应用于后续新项目中。目前N999正处于详细设计送退审阶段,优化结果已在这个项目上有所推广和应用。优化后的铁舾件质量控制效果明显。
  参考文献:
  [1]刁玉峰.船舶舾装工程:船舶工程专业[M].第1版.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2018.
  [2]中国船舶工业总公司.船舶设计手册舾装分册[M].第1版.北京:国防工业出版社,2017.
(的WO)
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