第五编船舶科技第一章船舶设计

专业志上海船舶工业志第五编船舶科技第一章船舶设计第一章船舶设计解放前，船舶设计力量薄弱。解放后，船舶工业发展较快，各船厂设计力量得到充实和加强，并成立了专门的船舶研究设计单位，为上海和全国的军、民用舰船进行预研、开发和设计。改革开放以来，出口船舶的设计，采取多种形式，有自行设计、有引进国外设计图纸、有聘请国外专家来华指导和国外知名的设计单位联合设计，达到博采众长，使设计水平提高较快。出口船舶，从一般的散货船、油轮的设计，发展到设计具有当代先进水平的集装箱船、冷藏船、汽车运输船、成品油轮、化学品船、液化石油气船、大型自卸船、10万吨级的散货船、油船以及海洋石油勘探船和各类工程船舶等，满足船东入级世界知名船级社的要求。第一节设计机构第二节设计程序第三节设计方法第四节设计开发第五节计算机辅助设计研究与应用第六节船舶联合设计第七节生产设计与成组技术第一节设计机构一、专门设计研究机构中国船舶工业总公司第七研究院708研究所，成立于1950年11月，是解放后第一个从事船舶设计的单位。1955年10月改称第二船舶设计室。1965年6月，更名708研究所。所设有军用船舶研究设计室、大型民用船舶研究设计室、海洋工程和工程船舶研究设计室、中小型民用船舶和渔船研究设计室、气垫船及高性能船舶研究设计室；此外，还设立了一个船舶性能试验室，一个试制工厂和一个自动化仪表研究室以及情报信息档案中心等机构，人员最多时达1800人。自建所以来，先后完成各类船舶设计研究900余型，曾获国家级奖37项、省（部）级奖119项、七院（地、市）级奖122项。中国船舶工业总公司上海船舶研究设计院，成立于1964年1月，设有第一船舶产品研究设计室、第二船舶产品研究设计室、第三船舶机械产品研究设计室、第四船型开发研究设计室、第五电子计算机应用船舶研究设计室。此外，还设立情报、标准、资料档案、技术管理等处室。1995年共有职工600余人。30多年来，共完成各类船舶研究设计300余型。二、厂属设计工艺研究机构江南造船厂设计研究所1983年成立。1985年后又陆续建立以造船产品为主的设计一所，以非船舶产品为主的设计二所，以工厂技术改造为主的设计三所和以造船生产设计为主的设计四所，以上共有500余名设计人员组成的技术中心，担负着造船、造舰、非船产品和出口船舶的设计研究任务。沪东造船厂造船研究所1983年成立。1987年又成立了造机研究所。1990年，根据生产发展需要，成立造船生产设计研究所，成员来自造船研究所、计算机信息技术研究所、车间和有关部门，负责工厂造船生产设计、放样、CAD、CAM的开发和应用等科研工作。上海船厂造船设计工艺研究所随着工厂生产的发展和科研工作的需要，1985年，设计科改为“造船设计工艺研究所”，有员工200人，其中工程技术人员占95%，大专生与中专生的比例为3：1，从事技术方面设计与生产设计的人员比例为1：1。造机设计工艺研究所，担负着造机产品的科研开发任务。中华造船厂船舶设计研究所该厂公私合营前设有设计部，1954年合营后改称技术科，1955年成立设计科与技术科，后两科几经合并和整顿，1978年重建技术科，1983年改为“船舶设计研究所”，次年，原工厂技改科下属新工艺、情报、技术图书馆并入该所。有职工220余人，其中工程技术人员占85%。求新造船厂造船研究所该厂解放初的设计机构为技术课，1953年改为设计科，1962年成立技术设计室，下设船舶设计、船舶工艺、造机设计和工艺等科。1980年成立造船研究室，1991年改建为造船研究所，下设开发设计、综合设计（军品）、船体设计、轮机设计、电气设计、生产设计、内装设计、电算应用、标准化、工艺路线和综合管理等11个科及一个描图组，共有设计人员155人，所内工程技术人员占82%，船、机、电专业人员的比例为2.5：2：1。东海船厂船舶设计工艺研究所该厂解放初以修船为主，设计力量较弱。1969年与船舶设计院联合建立设计队伍，1971年开始自行设计，80年代后期成立“船舶设计工艺研究所”，设计人员80余人，所内设置6个专业设计室，主要承担工程船的设计任务，根据工程船的特点，以机械设备为重点，为此又成立“工程机械设计研究所”，其主要任务是自行设计各类工程机械。三、其他设计研究机构上海交通大学水下工程研究所成立于1986年，其前身是上海交通大学深潜研究室，下设总体研究、机电研究、深潜实验室等。主要从事载人深水器研究与设计、无人深潜器的研究与设计、其他水下作业系统研究与设计，以及水下运载体的结构、性能、机电设备的研究与设计。上海交通大学船舶及海洋工程设计研究所该所成立于1979年，其前身是上海交通大学船舶设计室。专业以船体设计为主，历年来完成20多种海洋与内河船舶的设计任务，主要是货船，集装箱船和客船，其次是拖船、交通艇、起重船等，还承担了军用船舶的方案论证工作。承担完成的海洋工程主要有各种形式的钻井平台以及海上石油浮式生产系统、导管架固定平台等。交通部上海船舶运输科学研究所上海交通设计所该研究所成立于1960年，设置船型论证、船舶性能研究和设计等专业，从事散货船、客货船、节能船型、水泥船、滚装船等开发设计工作。1991年，交通部为发展航运事业，在该研究所下成立“上海交通设计所”，扩大船舶研究和设计范围，该所试验水池设备齐全，主要承担交通部直属及地方航运企业的新船型论证、研究与设计任务。曾设计了3000吨节能多用途船、160客双体气垫船、200客铝合金双体客船及20000吨超线吃水运煤船等10多种船型。第二节设计程序一、沿革解放初期，各船厂设计新船时，无明确的设计程序，一般找一艘相类似的母型船，作为设计的参考和依据，进行边设计边施工。设计图纸多数是全船性的布置图、结构图、原理图、系统图等，图纸数量少，深度浅。一些船厂还采用草图施工或现场配合施工的办法。1953年“六四协定”后，船舶设计的程序参照苏联的方式，分为初步（含方案）设计、技术设计和施工设计三个阶段，设计周期分别为三个月、六个月、九个月。60年代末，部分船舶设计的程序有所改变，将初步设计和技术设计合并为一个设计阶段，称为“扩初设计”。至80年代初，为适应改革开放、建造出口船舶的需要，引进国外造船的先进技术和管理，原设计程序和周期已无法适应生产发展的需要，船舶设计程序的改革势在必行。1983年11月，中国船舶工业总公司在上海召开民船设计座谈会，参加单位有各专门设计研究院所和大连、新港、江南、沪东、上海、中华、求新、广船等主要船厂，商议设计程序和阶段的划分等问题，最后确定，凡新建船舶，其产品设计一般经过以下程序：确定产品设计技术任务书或技术规格书或报价设计资料，签订造船合同，包括合同附件的技术文件，提供材料设备订单，提供建造和生产管理的图纸文件，竣工时提交完工文件。二、初步设计阶段初步设计阶段是产品设计的承前启后的重要阶段，主要任务一是配合造船单位为签订造船合同提供全船技术规格说明书、总布置图、中横剖面图、主要设备规格厂商表等。初步设计的前期工作可因船而异，适当增减；二是造船合同签订后，按合同及其技术文件的要求，对全船总体性能、结构、装置、系统等进行设计计算和必要的试验，确定主要技术形态；三是为详细设计提供必要的技术条件和依据。三、详细设计阶段详细设计的依据是初步设计，以及用船单位对初步设计提出的修改意见。主要任务一是对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的技术问题，最后确定船舶全部技术形态、各项技术要求和标准；二是提供船舶检验，用船单位和有关部门送审认可的图纸文件；三是提供造船部门所需的材料、设备、备品、备件清单；四是为生产设计提供必需的技术条件和依据。四、生产设计阶段生产设计的依据是在详细设计的基础上按工艺阶段、施工区域、单元组装和预制预装的要求，绘制有工艺要求和生产管理信息的工作图表。主要任务一是提供建造方案和施工要领；二是提供表示零部件加工、装配程序和施工图；三是提供管理图表；四是实现船舶建造中有关生产、技术、质量管理的协调统一，提高生产效率和经济效益。生产设计的图纸技术文件目录，由各造船单位确定。五、编制完工文件阶段这是产品设计的最后阶段，主要任务是根据造船单位对产品的实际施工情况和试验结果，编制完工图纸和技术文件，反映船舶设计和建造的实绩，供用船部门指导营运操作和维修管理之用。部分完工文件如倾斜试验报告、各种装载稳性计算书等，必须送船检机构审查确定。完工文件目录应在签订合同时明确，或在产品竣工前与用船部门商量确定。第三节设计方法一、设计手段及设施解放初期，船舶设计的手段比较落后，设计工具简单，各专业设计院所以及工厂设计部门的设计人员，都是手工作业，用传统的绘图板、丁字尺、三棱尺、三角板和绘图仪器进行手工绘图；使用算盘、计算尺进行计算。50年代中期起，一些设计部门开始应用简单的面积仪、力矩仪和原始的手摇计算机进行计算，后来逐步应用革新技术，采用表格、曲线、拉尺、模块等工具进行设计计算绘图，设计速度慢、质量差、效率不高。70年代初，各设计部门开始应用电子计算器，至80年代初较普遍地应用电子计算机辅助设计CAD，从单项程序发展到集程系统，利用大型计算机进行设计、绘图、建立数据库，使设计手段日趋现代化。据708研究所和上海船舶设计研究院二个专业设计机构统计，利用大型计算机进行设计绘图的工作量达60%，大大提高了设计工作效率。70年代后，708研究所还具有整套的船舶试验设施，其中包括船模拖曳水池、风、流、浪适航性试验水池、露天水池、低速风洞、空泡试验水池等设备，利用这些设施进行各种船舶性能试验，从而优化设计手段，提高船舶设计质量，并为其他一些船舶设计单位改进船型提高设计质量提供协作，创造有利条件。解放初期，设计方法大多是经验设计，按照母型船进行设计，后逐渐应用理论设计，如分析设计、可靠性设计、有限元设计和优化设计等，利用计算机进行程序设计。50年代中期，引进苏联造船技术，开始按苏联海船规范和内河船规范进行设计。60年代后，中国有了自己的规范，开始按照ZC规范进行设计，70年代末开始建造出口船舶时，根据船东的要求，开始按照英国LR、美国ABS、日本NK、挪威DNV、法国BV、德国GL等规范进行设计。在图样利用、编辑设计方法和复印技术等方面也引进先进方法，缩短了设计周期。80年代初，因建造出口船舶需要，国内的有关设计单位与国外设计单位实行联合设计。这种联合设计方法，既满足外国船东对船舶质量、性能的要求，又可引进、消化吸收国外的先进技术和经验，为国内自行设计出口船舶打下基础，收到很好的效果。由于船舶新技术的研究和应用，促进设计技术的不断优化，设计技术精益求精。50年代，推广和应用波形、槽形钢板造船，以减轻船体重量，增加强度，取得明显的经济效果。60年代开始，以柴油机代替陈旧的蒸汽机动力装置，同时开始船舶节能技术的研究，如船舶线型设计，以往较多利用经验公式选择船舶主尺度决定线型，模型试验仅求出其阻力性能结果，以后逐渐发展到优化船体线型设计，通过模型试验，多方案比较，反复修改线型，并加入附加节能技术的装置，如球首、球尾等，使船体线型设计达到最优化。80年代开始，由于大型计算机在船舶设计中广泛应用，试验设备和手段的完善，进一步推动船舶新技术的研究和应用。如船舶多种性能的研究、船型学的研究、多种船型的系列研究、船体强度与振动的计算研究、应用弹塑性理论进行结构设计的研究、设计中计算机集成化的研究、动力装置中高弹性橡胶联轴节及液压联轴节的应用研究、轴系振动研究和PC机在船舶自动控制中的应用研究等等。这些研究成果陆续在船舶设计中应用，极大地提高设计质量，优化了船型设计。各设计部门都很重视生产设计领域内的新技术的研究。60年代时，结构设计中较多考虑船体的散装、部件安装和分段安装，70年代后，开始管系放样技术的研究和应用，80年代，高倍泡沫灭火系统在油船上开始应用并引进国外机型自行生产、充实船舶设计选型。二、经验设计法经验公式设计法解放前，江南造船所统计了大量有关船舶修造的数据资料，并归纳成有效的经验公式设计法，在设计时加以应用；解放后，许多船