船舶管系布局優(yōu)化研究

船舶管系布局優(yōu)化研究

Summary：對于船舶的生產制造來說，管系設計是重要內容之一。只有設計出具有科學合理的船舶管系布局，才能讓船舶在后期的使用過程中表現(xiàn)出良好的使用性能。通常情況下船舶管系設計包括初級階段、功能階段、詳細階段、生產階段，以及系統(tǒng)階段。主要是依靠二維和三維布局對空間進行設計，對起點與終點建立起有效的連接。由于船舶管路布局的管理工作相對龐大且復雜，所以對于管路的管理由具有多年工作經驗的行業(yè)專家來負責，所以想要對管路布局設計進行優(yōu)化，有著較大的難度，需要投入大量的精力。本文主要分析船舶管系布局優(yōu)化研究。Keys：船舶；管系布局；優(yōu)化引言相比于船舶事業(yè)的其它技術領域，船舶管路布局在管理方面較為落后，缺乏先進的管理技術，現(xiàn)階段已然成為制約船舶事業(yè)發(fā)展的一個因素，所以需要針對船舶管路布局中存在的問題，提出解決策略，使管路布局設計朝著智能化與自動化的方向發(fā)展。對此，已經有眾多國內外的專家與學者展開了一系列研究，從遺傳算法方向入手，根據(jù)船舶管路布局的實際情況，采用了基于三維布局空間的設計算法，將過去遺傳算法中表現(xiàn)出的缺陷，以自適應調整的形式進行優(yōu)化，實現(xiàn)退火遺傳算法的船舶管路布局設計，從而獲得更合理的布局。1、管系設計布局的要求船舶管理制度是船舶建造的重要過程和過程，對船舶的制造產生重大影響。在生產過程中，船舶管理系統(tǒng)將受到諸多因素的限制和影響，主要必須滿足以下四個方面的要求:(1)經濟要求。管路長度盡可能短，彎頭和卡的數(shù)量盡可能少。②安全要求。管道應避免布置在高振動設備上，如水泵、壓縮機等。油管應避免布置在管道和高溫設備(如高溫蒸汽)之上；安裝管路時，必須滿足管道系統(tǒng)的機械要求，并在安裝期間考慮管道系統(tǒng)布局的靈活性，因為管道系統(tǒng)的熱膨脹會影響活動管道系統(tǒng)的力。③維修要求。確保管路與管路、管路與設備、管路中閥門零件和控制裝置之間的間隙，應避免障礙物，并位于易于維護的區(qū)域內；為移動設備(如鑰匙、絞盤等)預留足夠的工作空間。在安裝和維護階段使用。④精細要求。布置管道系統(tǒng)時，應首先布置厚管道，然后布置管道，管道應盡可能與配線室壁、設備和管道支撐正交；管路應整齊排列，系統(tǒng)閥門應整齊排列；安裝水平和垂直管路時，必須將支撐放置在管路的垂直偏移最小的位置，以避免管路過度變形。2、船舶管系設計系統(tǒng)現(xiàn)狀造船工業(yè)中，計算機的應用比較普遍，其最開始應用在船體設計和建造系統(tǒng)領域中，當該系統(tǒng)應用取得進展后，在管系設計系統(tǒng)中得到普遍應用。國外從20世紀60年代開始研究單個計算程序后，形成了計算機系統(tǒng)，之后在20世紀70年代開始在管系程序中應用。例如HICAS系統(tǒng)，該系統(tǒng)從20個世紀60年代后期開始探索性研究形成，在70年代早期形成了管子零件計算程序、自動定法蘭功能、管路布置程序、圖形顯示器管系系統(tǒng)，經過多年研究逐步形成了管系系統(tǒng)研究體系，但是不夠完善，仍然需要深入研究，尤其是隨著計算機技術和圖形顯示技術等不斷發(fā)展，管系設計系統(tǒng)也需要隨之不斷發(fā)展。當前，管系設計工作主要劃分3個階段：第1階段為原理設計，主要是指管系原理設計；第2階段為布置設計，主要是指管路布置；第3階段為出圖，主要是指管系安裝、零件圖以及材料統(tǒng)計表格等內容。3、管系優(yōu)化布局的有效措施對船舶管線布局存在問題進行分析，針對性地提出解決方案，想要解決平面設計的缺陷，就要結合現(xiàn)代化技術優(yōu)化管系布局，讓船舶建造朝著更加智能化的方向發(fā)展。在布局設計方面，引進三維數(shù)字技術，從而實現(xiàn)自動化的管線布局，對后期的檢測手段進行優(yōu)化，采用數(shù)字化的檢測方法，讓船舶制造業(yè)走向數(shù)字化。3.1進行三維數(shù)字化放樣相比于二維平面設計，引進三維化數(shù)字設計已經成為現(xiàn)代船舶布局的必然趨勢，將三維數(shù)字化應用在管線布局的方案設計上，更能滿足船舶事業(yè)的發(fā)展需要。三維數(shù)字化在管線布局設計中展現(xiàn)出了明顯的技術優(yōu)勢，能夠有效提升安裝效率，讓管線設計與設備安裝處于同一階段，減少過去先設計、再生產的環(huán)節(jié)。而且選擇三維數(shù)字化的設計方式，可以通過三維建模，提前模擬出管線與管線之間，管線與設備之間的具體位置關系，并以三維立體模型呈現(xiàn)出來，更容易讓安裝人員理解，也能讓管線與設備的安裝一目了然，既可以提高工作效率，也不需要豐富的安裝經驗，只需要專門的技術人員能夠看懂三維圖紙就可以操作，這就有效地解決了安裝領域人才匱乏的問題，也讓返工問題大幅度降低。隨著我國船舶制造業(yè)的發(fā)展，已經有部分造船企業(yè)開始嘗試采用三維數(shù)字化的設計方式進行管系布局，并且已經獲得了顯著的成績，所以這也是未來船舶制造業(yè)的主要發(fā)展方向。只有不斷地引進國內外先進的技術方法，才能提升我國的船舶制造水平，促進行業(yè)的進一步發(fā)展。3.2檢測反饋手段的數(shù)字化對于船舶管系布局來說，不僅要在設計方案上投入大量精力，還需要重視管系布局方案的檢測反饋。虛擬技術的應用能夠在三維數(shù)字化布局設計中發(fā)揮重要作用，但是在后期的生產與安裝工作方面，還有著較大的應用空間。想要提升應用能力，就需要在監(jiān)測反饋技術方面投入較大的精力，利用三維虛擬技術來進行監(jiān)測，將監(jiān)測后的數(shù)據(jù)與三維設計圖中的數(shù)據(jù)進行比對，出現(xiàn)較大的誤差情況要提出警示，讓安裝人員能夠及時發(fā)現(xiàn)安裝不合理的問題，提升工作效率，減少生產與安裝過程中的返工問題，節(jié)約材料，提高工作效率。3.3管系安裝和制作1）管系安裝時，先要在分段間構建合攏管道，避免使用勉強連接技術，確保連接面規(guī)整。同時，根據(jù)船體制作安裝標準構建開孔船艙套管，管路簡捷，若是現(xiàn)場出現(xiàn)改動或維修現(xiàn)象需要開展3次以上檢驗。之后在安裝管系時，需要根據(jù)設計要求安裝設備，不可隨意變更，定時安裝船體不同階段，定階段檢驗。而在安裝管系前需要準確標記安裝孔、基準線等，并在試階段安裝檢驗合格后正式進行實體安裝。最后在分段安裝管子時檢驗管子材料是否合格，合格后才能夠使用，并及時密封管子敞口，選擇好安裝點，若是管路較多則需要考慮管系層次、流程，遵循從內向外原則安裝。2）安裝支架時，需要根據(jù)管制安裝位置設計選擇相應的支撐形式、材料等，而支架焊接則需要盡可能靠近橫梁、肘板等部位以便強化構建。另外，需要注意加強焊接甲板縫隙、機電設備等。螺栓安裝則需要確保法蘭連接材料規(guī)格符合圖紙設計要求，并保證法蘭連接螺栓螺母露出一段距離，并選擇專業(yè)設備擰接。安裝墊片時，在法蘭中只需要放置1只墊片，需要選擇合適的墊片，避免遮擋內徑管制或附件流通方向，按照圖紙規(guī)定保證法蘭通徑選擇相應的墊片厚度，避免隨意改動，要采用材質合適且工作性能好的管子法蘭面。3.4實現(xiàn)自動化管系布局要提高管道系統(tǒng)設計效率和放置精度，必須自動放置管道系統(tǒng)。三維數(shù)字風管系統(tǒng)布局將風管系統(tǒng)設計從二維平面轉換為三維空間，但它主要基于經驗豐富的設計人員，因此設計可能不理想。成熟的自動化管理系統(tǒng)布局系統(tǒng)使用預定義的專業(yè)知識和算法自動生成最佳管理系統(tǒng)布局。國內外學者對自動管理系統(tǒng)布局優(yōu)化進行了大量研究，研究的方法有:探測法、動態(tài)規(guī)劃法、迷宮法、逃逸法、網絡優(yōu)化法、朱法、遺傳算法、專家系統(tǒng)和理論經過多年的管道布局優(yōu)化設計研究，取得了一些研究成果:一些部門形成了一個小型的管道布局自動系統(tǒng)，但目前研究的算法仍存在問題，沒有一個完整的管道布局自動優(yōu)化系統(tǒng)。結束語現(xiàn)代社會的飛速發(fā)展，使船舶生產建造的水平得到了很大的提升，也對船舶管系布局提出了更高的要求。作為船舶設計布局的重要工作程序，提升船舶管系布局的整體水平，便于后期的生產與安裝，成為現(xiàn)階段重要的研究任務。對現(xiàn)階段的船舶管系布局進行分析，大多的管線布局都是采用二維平面布局的形式，后期的生產與安裝還需要等前期的平面設計完成后才能進行，直接影響了工作效率的提升；同時，對施工人員提出了較高要求，只有具有豐富作業(yè)經驗的技術人員才能夠開展安裝工作，會造成后期的大量返工，不利于船舶企業(yè)經濟效益的提高。Reference：[1]沈沖,朱衛(wèi)華,席海濤.船舶管系設計研究[J].船舶物資與市場,2021(02):3-4.[2]胡阿永.船舶管路綜合布置要點和運用[J].科學技術創(chuàng)新,202