船舶结构设计

船舶结构设计
船体结构设计简介
------设计⼆所顾建平
⼀、结构设计的主要内容
1）安全性
2）适⽤性 3）整体性 4）⼯艺性 5）经济性⼆、船舶形式的分类 1. 按航⾏区域分类
1）⽆限航区的海洋船舶 2）限定航区的沿海船舶 a.近海航区 b.沿海航区 c.遮蔽航区 3）特殊航区的船舶 2. 按船舶⽤途分类
除特种⽤途的船舶，如破冰船、起重船、挖泥船、拖船、调查测量船、实习船、车客渡船等外，⼀边按船舶⽤途可分为客船和货船，货船⼜以运输货物的品种，分为装⼲货和装液货两⼤类，装⼲货的⼜可分为装散货与装包装货两种，如运煤船、运粮船、矿砂船等的散装货船及集装箱船，装液货的⼜按液货品种的不同可分为装⽔、
装油
及装⽓等数种，如运⽔船、油船、化学品船、液化⽓船等。

由于载运货物不同，对其结构强度、结构形式、构件的腐蚀余量及其船⽤钢材等⽅⾯有不同的要求。

3. 按船体的材料分类
1）⾦属材料的船舶
2）⾮⾦属材料的船舶
a.⽊船
b.⽔泥船
c.玻璃钢船
4. 按船体结构形式分类
1）横⾻架式：此种结构形式的构件沿船长⽅向布置得密，⽽沿船宽⽅向布置得稀，通常中⼩型船舶的结构和船体⾸尾部采⽤此式结构。

2）纵⾻架式：此种结构形式的构件沿船长⽅向布置得稀，⽽沿船宽⽅向布置得密，⼀般⼤型船舶货舱部分采⽤此式结构。

3）混合⾻架式：船体构件的布置既有横结构，也有纵结构。

较典型的是底部和强⼒甲板采⽤纵⾻架式，⽽舷侧和⾸尾部采⽤横⾻架式。

三、结构设计⽅法
船体结构设计就是对船体结构的构件尺⼨，根据所承受的载荷与能⼒进⾏计算和校核。

主要⽅法有两⼤类：确定性设计法和结构可靠性分析法
1）确定性设计法基本上⼜可分为两种，即：
（1）规范设计法
（2）直接计算法
2）结构可靠性分析法
四、船舶主要量度
※总长(Loa)：船体型表⾯最前端⾄最后端(包括两端上层建筑)
之间的⽔平距离。

※最⼤长度(Lmax)：船舶最前端⾄最后端之间包括两端永久性
固定突出物在内的⽔平距离。

※设计⽔线长(Lwl)：设计⽔线⾯与船体型表⾯⾸、尾端交点之
间的⽔平距离。

※垂线间长(Lpp)：⾸垂线与尾垂线间的⽔平距离。

“规范”中的
计算船长L ，即指垂线间长。

其不得⼩于夏季载重⽔线总长的96％，且不必⼤于97％。

※型宽(B)：在船体舯剖⾯处，由⼀舷的肋⾻外缘⾄另⼀舷肋⾻
外缘间的⽔平距离。

※型深(D)：在船体舯剖⾯处，沿舷侧由平板龙⾻上缘⾄上甲板
横梁上缘间的垂直距离。

对甲板转⾓为圆弧形的船舶则由平板龙⾻上缘量⾄上甲板横梁上缘延伸线与肋⾻外缘延伸线的交点。

※吃⽔(T)：在船体舯剖⾯处，由平板龙⾻上缘⾄夏季载重⽔线的垂直距离。

※⾸吃⽔(Tf)：⾃⾸垂线与平板龙⾻顶线延伸线的交点⾄夏季载
重⽔线的垂直距离。

※尾吃⽔(Ta)：⾃尾垂线与平板龙⾻顶线延伸线的交点⾄夏季载重⽔线的垂直距离。

■以上各项量度的位置，如下图⽰意：
※排⽔量(△)：船舶浮于⽔中时船体所排开的⽔的重量，即等
于船的总重量。

※满载排⽔量：船舶满载货物、燃料、粮⾷、⽔、旅客和⾏李
时的排⽔量，此时的吃⽔线即为夏季载重⽔线。

※空载排⽔量：船舶完⼯时的排⽔量，包括船体、轮机、电⽓、
武备等重量。

民⽤船舶管系内的油⽔重量也在内。

※标准排⽔量：⼈员配备齐全，必需的供应品备⾜，不包括燃
料滑油和锅炉⽤⽔，作好出海作战准备时的军舰的排⽔量。

※正常排⽔量：正式试航时的军舰的排⽔量。

相当于标准排⽔
量加上保证50％的航程所需的燃料润滑材料和锅炉⽤⽔的重量。

※载重量(DW)：船舶满载时的排⽔量减去该船在空载时的排⽔量。

五、主要载荷的类型
六、计算机辅助船体设计
1）上世纪90年代，随着我国造船业的迅速发展，计算机的应⽤也进⼊了快速成长期。

为解决设计瓶颈，加速提升产能，我公司引进了世界著名的TRIBON造船设计软件，应⽤三维建模技术，实现在计算机中建⽴产品电⼦信息模型的先进产品设计⽅式，⼤⼤提⾼了设计效率和设计质量。

2）进⼊新世纪，特别是沪东中华重组以后，我公司在造船业率先提出了“数字造船、绿⾊造船”，把计算机应⽤提⾼到战略发展⾼度考虑。

在船舶辅助设计⽅⾯，为提⾼企业创新能⼒，瞄准国际先进⽔平，我公司⾃主开发了SPD船舶三维设计系统。

SPD作为具有⾃主知识产权的计算机软件，⽬前除已在公司设计应⽤外，还在其他80多家船舶企业和院校数百艘船舶产品的设计上获得成功运⽤，已成为国内船舶设计的主流设计软件之⼀。

通过将SPD在⼤型民⽤船舶的设计中推⼴应⽤，为SPD逐步替代Tribon系统、扩⼤SPD软件市场
占有率创造了良好的条件，不仅提⾼了我⾃主设计软件的⽔平和影响，更重要的是为公司创造了效益、为我公司能掌握数字化造船的技术主动权提供了⼯具。

七、船舶设计阶段的划分
（⼀）初步设计（合同设计）
船舶产品设计的第⼀阶段，是船舶总体性能和主要技术指标、装置、各系统的原理设计。

通过理论计算和必要的试验，确定产品的基本技术形态、⼯作原理、主要参数、主要结构、主要设备选型等重⼤技术问题。

（⼆）详细设计（送审设计）
船舶产品设计的第⼆阶段。

通过各个具体技术专业项⽬的设计计算和图纸的绘制，解决设计中基本的和关键性的技术问题，最终确定船舶全部技术性能、船体结构、重要材料、设备选型、订货要求、各项技术要求和标准。

（三）⽣产设计（施⼯设计）
船舶产品设计的第三阶段。

⽣产设计是在详细设计的基础上，按⼯艺阶段、施⼯区域和安装单元绘制有⼯艺要求和⽣产管理数据的⼯作图表的设计。

⽣产设计是解决“如何造船”的问题。

要根据建造船⼚的具体⽣产能⼒、⽣产特点、⽣产组织⽅式、造船⼯艺等来决定⽣产设计图纸与⽂件的内容和深度。

⼋、分段详细设计图纸要求
1）内容：应根据技术设计正确反映本分段内所有构件的剖⾯，
注明构件尺⼨、规格、材质、安装尺⼨、理论线、焊接尺⼨等；应根据外专业的委托完成管⼦开孔、⼈孔，注明开孔尺⼨、位置等；应完成本分段内的设备加强等⼯作内容。

2）⽐例：⼀般采⽤1:50。

但对较复杂处可采⽤1:25；图⾯布置有困难时可采⽤1:100或1:75，但采⽤较⼩⽐例时，图⾯应保持清晰可辨。

详图⽐例1:25，1:10，1:5等。

特殊⽐例应在图纸标题下注明。

3）图幅：详细设计图幅均采⽤A3图纸，图框⽤C3标准，其它图幅和标准尽量少⽤。

4）视图⽅向：平⾯图由上向下看；纵剖⾯由右舷向左舷看；横剖⾯由尾向⾸看。

5）图纸顺序：⼀般排列是：外板展开图，平⾯图（先上层后下层），纵剖⾯图（先中⼼后两舷），横剖⾯图（先尾后⾸）。

图⾯布置应疏密得当。

如结构为左右对称，外板展开如剖出右舷，其它剖⾯均剖出左舷带部分右舷，如左右不对称，则左右舷剖⾯均要剖出，且左右舷剖⾯应尽可能放在同⼀页或相邻页。

详图和局部剖⾯应尽可能放在附近，如在不同页则应在详图和剖⾯的导出处注明详图和剖⾯所在页码。

6）图纸⽣成：所有图纸均应以计算机⽣成的图纸为准，不能随意以⼿⼯对图纸进⾏修改。

如发现图纸不正确或结构不合理应先改模，运⾏有关程序，再重新⽣成图纸。

在标注尺⼨、板厚、扶强材规格、材质、零件号等符号时，也应以计算机⾃动⽣成的为准，不能以⼿⼯加注的⽅式进⾏标注或修改（外板等特殊部位不能⾃动⽣成处除
外），确保模型和图⾯⼀致。

模型和图⾯修改后，要注意对相应剖⾯进⾏修改。

7）封⾯要求：设计名称应为PRODUCT DESIGN⽣成设计；图纸名称、图号应与图纸⽬录⼀致。

签名：⽆论是⽩图还是底图，设计校对⼈员都应以中⽂签名。

对图纸质量事故，有关的设计和校对⼈员要承担相应的责任。

九、公司的品牌产品
近30年来，公司经过⼏次技术扩建和重点技术改造，造船的⽣产能⼒与⼯艺⽔平不断提⾼。

民⽤船舶从建⼚后⽣产的40m3开底泥驳开始，从1000吨货轮、3000吨客货船、4000吨级到后来的25000吨、42000吨、47500吨散货船。

到80年代中期，⼜先后建造了2942/6178KW（400/8400匹）三⽤⼯作船、63000吨油轮、52000吨浮式⽣产贮油船、、2700箱冷风集装箱船等船舶，截⽌1991年⼯⼚累计造船1100余艘。

到90年代以后，公司建造的民⽤船舶产品主要是符合国际最新规范的72000吨原油船和成品油船、74500吨巴拿马型散货船、5668TEU、4100TEU⼤型集装箱船、110000吨阿芙拉油船和147000m3⼤型液化天然⽓(LNG)船。

根据市场需求，公司制定了相应的发展规划，以⾃⾏开发为⽬标，形成了分别具有沪东特⾊的三⼤主⼒船型及LNG船：
1）散货船：70000吨、73000吨（I型）、73000吨（II型）、74500吨和75000吨巴拿马最⼤型散货船系列，并已成为国际上公认的“沪东型散货船”著名品牌系列。

另外⽬前已开发出、并正在建造中的
87000吨散货船。

2）油轮：62000/68000吨、72000吨、74500吨（该船未推向市场）巴拿马最⼤型油轮和⽬前正在建造中的110000吨油轮。

3）集装箱船：1700箱集装箱船、4250箱巴拿马型集装箱船、5688箱超巴拿马型集装箱船和8530箱超⼤型集装箱船。

⽬前正在开发13000箱超⼤型集装箱船。

4）LNG船：为摘下这颗造船王冠上的明珠，针对此型⾼技术、⼤难度、⾼附加值的船舶，我公司坚持“引进、消化、吸收为我所⽤”的技术路线，即在引进14.7万⽴⽅⽶图纸基础上，通过设计和建造，进⾏消化、吸收，并在此基础上，根据市场的需求，正在开发16万⽴⽅和22万⽴⽅更⼤型的LNG船。

⼗、新⼯艺、新技术
近⼏年公司在⽣产管理中始终致⼒于推进新⼯艺、新技术新⼯装的运⽤，使造船⽣产逐步从劳动密集型⽣产逐步向技术密集型⽣产转化。

并且产⽣了巨⼤的经济效应。

如：船坞出坞完整性技术，为进⼀步缩短码头周期开拓空间。

通过扩⼤分段储备，加快吊装进度，促进船体提早成型，然后将船台搭载后阶段⼯作主要集中在提⾼下⽔完整性⽅⾯。

公司主要开展的新⼯艺、新技术有：
1）全船取消脚⼿架⼯艺的应⽤
2）平⾯分段流⽔线的应⽤
3）在平⾯分段流⽔线运⽤⽇臻成熟的基础上，推进分段⽚状化制造
⼯艺。

4）分段预舾装⼯艺及正转舾装新⼯艺应⽤
5）船台快速搭载⼯艺的应⽤
6）⼤⼒推⼴总组技术的应⽤
7）上层建筑总组整吊⼯艺的应⽤
8）缩短主机滑油投油周期⼯艺的应⽤
9）船坞出坞完整性技术研究
10）船体分段总段预密性试验⽅法研究
11）分段预镗孔⼯艺技术研究
12）发展精度造船和先进涂装技术。

13）单元组装、预舾装和模块化技术
14）先进焊接技术及系列化装备研究
15）先进涂装技术研究以及应对PSPC标准的对策；⼗⼀、各系列船造船周期对⽐
⼗⼆、做⼀个合格的设计⼈员
⼀个合格的设计⼈员应做到：能尽快掌握各种⼯作技能，图纸正确率⾼，设计质量⾼，在设计的各个阶段能预先发现问题并加以改正；产品主管应能独当⼀⾯，施⼯现场发现问题应结合现场查明原因，尽快提出⼏个（从易到难）解决⽅案，及时征得船东、船检对⽅案（尽量选现场施⼯⽅便，改动最⼩）的认可，尽快修改图纸资料、⽣产信息，出修改单配合施⼯部门尽快改正，尽量将影响减到最⼩。

⼗三、主要船级社介绍
下表列出了世界上IACS (International Association of Classification Society,国际船级社协会)主要成员国名单，它们均颁布了有⼀定适⽤范围的钢质船舶的建造与⼊级规范，如超出范围也有相应补充规定。

注：国际船级社协会副委员成员国有：印度(Indian Register of Shipping,缩写为IRS)、克罗地亚(Croatia Register of Shipping ,缩写为CRS )、波兰( Poland Register of shipping,缩写为PRS )
有关国际组织各主要船级社⽹站
⼗四、国内外标准机构组织
由于当今世界对环保要求的不断提⾼，国际海事组织(IMO)、国际船级社协会(IACS) 等国际机构近年来相继出台了《油船和散货船共同规范》(CSR)、船舶压载舱《船舶涂层新标准》(PSPC)等⼀系列技术标准和规范，还有如《国际海上⼈命安全公约》(SOLAS)等国际公约，对船舶的设计能⼒、管理⽔平、⼯艺条件等都提出了更⾼的要求，对我国乃⾄世界的造船界都将产⽣巨⼤影响。

下表列举了⼀批可资利⽤的国际、国内标准机构组织的⽹址，从中可获取免费或收费的各类标准供给
和造船⼯艺流程
----⽣管部⼯法设计室林坤
⼀、现代造船⽣产管理模式
造船⽣产管理模式是指组织造船⽣产的基本原则和⽅式。

现代造船模式组织⽣产的基本原则和⽅式是以中间产品组织流⽔作业⽣产，并采⽤总装化造船的⽅法。

这种模式已在国外先进造船国家，如⽇本、韩国⼴为推⾏。

但是，适应这种模式的造船⽣产管理体制鉴于企业产品结构，⽣产规模的不⼀，就不⼀定都是千篇⼀律的。

现代⽣产管理主要包含以下内容：
物料需求计划与制造资源计划
精益⽣产⽅式
计算机集成制造系统（CIMS)
1、物料需求计划与制造资源计划
1）物料需求计划的功能：
根据成品的需求量⾃动计算其零部件、原材料的相关需求量；由成品的交货期计算出各零部件的⽣产进度⽇程（⽣产作业计划）和外购件的采购⽇程。

物料需求计划的处理过程：
2）制造资源计划系统的功能：
把⽣产、库存、采购、销售、财务、成本等⼦系统都联系起来，逐渐成为⼀个覆盖企业全部⽣产资源的管理信息系统。

不仅编制产品和零部件的⽣产进度计划、物料采购计划，⽽且还可以直接从系统获得销售收⼊、库存占⽤资⾦、产品成本等财务信息
除此，还包含经营计划把经营管理的全部内容包括在系统之内。

2、精益⽣产⽅式
指运⽤多种现代管理⽅法和⼿段，以社会需求为依据、以充分发挥⼈的作⽤为根本，有效配置和合理使⽤企业资源，最⼤限度地为企业谋求经济效益的⼀种新型⽣产⽅式；它是重新塑造⼀个企业，使之成为精⼲的、⾼度柔性的、低成本的、世界级竞争者的战略武器。

精益⽣产⽅式的特点：
强调⼈的作⽤，推⾏“以⼈为中⼼”的管理。

改变传统观念，永⽆休⽌地、⽆情地消除浪费，以尽善尽美做为追求⽬标。

实现⽣产过程的同步化。

将“推动式”⽣产控制系统变为“拉动式”⽣产控制系统。

采⽤⼀种基型、多种变型或模块化的产品设计⽅法
⽣产均衡化
3、计算机集成制造系统（CIMS）
电⼦计算机技术的产⽣、发展以及计算机在⽣产和管理领域越来越⼴泛的应
⽤孕育着⼀个新的⾼技术的产⽣：从局部⾃动化⾛向全⾯⾃动化。

即由原来局限于产品制造过程的⾃动化扩展到脑⼒劳动领域的产品设计和经营管理⾃动化。

1）管理信息分系统
⽣产计划与控制⼦系统
⽣产计划功能
主⽣产进度计划与
⽣产活动控制
其他有关的企业管理⼦系统
经营决策⼦系统
销售管理⼦系统
财务管理⼦系统
采购管理⼦系统
2）技术信息分系统
计算机辅助设计
计算机辅助⼯艺规程编制
数控程序编制
3）制造⾃动化分系统
数控加⼯
计算机数控系统
计算机群控系统
柔性制造系统
4）计算机辅助质量管理分系统
制定质量规划
质量⽬标
质量指标计划
检测规程和计划
质量监控和检测
利⽤计算机⾃动控制设备，进⾏实时、动态的质量监控，选择恰当抽样检查⽅法质量分析与评价
产品质量分析
⼯序能⼒分析
质量成本分析
质量信息管理
质量信息包括：质量法规信息；从产品实际使⽤过程、制造过程和辅助过程收集的有关⼯作质量和产品质量⽅⾯的信息；国内外同⾏业的产品质量信息以及质量发展的新技术、新⽔平和新动向。

特征：现代⽣产管理的特征，包括管理的整体化、系统化、科学化、精细化、开放化、柔性化和集成化等特征。

1.国内外造船⽣产管理体制的现况
1.1 国外船⼚造船⽣产管理体制
造船模式可统⼀，⽽造船⽣产管理体制，只要适应模式，不求统⼀。

这⾥列举两例分别说明⽇、韩造船⽣产管理体制。

1.2国内⾻⼲船⼚造船⽣产管理体制
⾃1995年我国有组织推进造船转模以来，⾻⼲船⼚均已建⽴初级阶段的现代造。