武昌船舶重工集团有限公司 武汉 430000
摘要：本文分析了船舶设计中的材料利用率提升方法及策略，包括合理划分套料放样批次、合理布置板缝、采用混合套料方法、套料零件规格适当代替、恰当的余料管理方法、使用高效率的软件等。
关键词：船舶设计，材料利用率，提升策略
引言：自2008年下半年以来，国内船舶订单量以及船价逐渐步入低谷，使得船舶设计和建造的市场竞争愈加激烈；而伴随这一过程的却是国家经济的进一步过热，CPI指数的连创新高，进而导致造船过程中的材料、设备等硬件成本，以及劳动力价格等软件成本逐年上升。两相作用下导致造船行业利润严重下滑，很多中小船厂面临生存危机。在这样的不利环境下，国内各大中小船厂应对的措施均放在生产各个环节的成本控制上，尤其是材料的合理利用，而在造船领域主要指的就是钢板的利用率，据统计造船过程中钢板利用率每提高一个百分点，带来的是百万元以上的成本节约，而控制钢板利用率的方法基本上全部放在船舶设计阶段，如下列举的措施是本人结合多年生产设计及现场实际检验所总结的经验后提出的行之有效的提高材料利用率的方法，其中的大部分措施目前已被我集团公司采纳，作为集团公司企业标准，开始用于生产实际并取得了可观的成效。
在船舶板缝布置阶段，首先在满足本船舶对应的船级社设计建造规范要求的前提下，各类型零件形状的设计尽量统一并且规则；板厚区域的划分除考虑满足性能、强度要求外，同时要考虑形状的规则即尽可能为矩形，为满足此要求有时候可以适当将厚板区域向薄板区域延伸；最后尽可能减少使用的钢板规格数量，降低船厂采购及生产施工难度。
其次应充分考虑放样套料时钢板的材料利用率；同时也要考虑钢板规格数量的控制，降低船厂采购难度及生产调用难度。一般来说钢板规格越多材料利用率也越高，因此两者还要根据船厂的实际要求进行适当的权衡，目前常规船型订货的钢板规格数量船厂大多要求控制在500种左右。提高材料利用率的方法按套料放样应用的先后顺序如下：
1 合理划分套料放样批次
船舶设计建造领域相关从业者都知道，一艘巨轮的形成是由上百个分段组合在一起来完成的，其中的工作量十分巨大，材料钢板的耗费数额也是相当可观，因此船厂不可能也没有条件（如资金、材料堆放场地等）一次性购进如此多的材料。因此有必要把相同区域的分段做为一个套料放样批次，这样内部的零件类型及形式统一，便于套料放样布置，缩减板材规格数量，达到提高材料利用率的目的。国内船厂通常采用3~5个批次定货，即分为3~5个套料放样批次居多。
2 合理布置板缝
详细设计图纸上只是把不同板厚区域用板缝分开，生产设计阶段需要根据材料订货清单及钢板厂家实际生产钢板的规格情况来把相同板厚区域进行板缝划分，同时考虑划分的经济性，如：板宽不能划分太宽，一般来说板宽超过一定范围（一般为三米）钢板价格会显著增加；板缝不能过多，否则增加船厂切割及拼板施工量；板缝尽可能平直，宽度统一并且能够充分考虑利用整张钢板的宽度，方便套料放样布置，减少钢板规格数量。以上三种布置板缝的原则要综合考虑，以最大限度的提高材料利用率为原则，确定最佳的板缝布置。
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3 采用混合套料方法
同一批次的不同分段可以分别套料，可以相邻两个或者三个分段混合套料，也可以整个批次混合套料。具体采用何种方法船厂需要根据现场实际来考虑。越多分段混和套料当然越不利于材料按分段的配送，但是却越能提高材料的利用率，因此也要综合考虑，目前根据设计计算及船厂实际反馈，对称或相邻两个或者三个分段混合套料的经济性最好。
4 套料零件规格适当代替
套料放样过程中经常发现规格很特殊的少量零件或者是某一规格板材套料放样布置满后剩余的一小部分零件，这些零件套料放样占据一张新钢板使用的量很少，导致此张钢板其余均无法利用，降低材料的利用率，这时可以考虑使用比这些零件规格高一至两个级别的其它已套料钢板的剩余空间来摆放这些零件，从而减少新钢板的使用同时增加已套料钢板的利用率，来大幅度提高整体材料的利用率。
如12.0A规格的零件可以放在14.0AH32规格已套料板的剩余空间。当然这种替代一般指少量的，并且形状较小的、所在位置相对不太重要的零件。
5 恰当的余料管理方法
生产设计阶段尽管采用了如上四种方法来提高材料的利用率，但仍不可避免的会在套料放样过程中有一部分钢板不能够完全摆满零件，剩余很可观的一部分余料。这时为了在后续批次套料放样或者后续船舶建造过程中使用这些余料，我们通常把它们设置成一种特定编码，通过这种编码大致可以了解材料的规格材质以及形状，以方便后续阶段的调用。通常这种需要编码的余料的面积大小要超过：普通材质的钢材2m2；高强度钢材1m2。最后把这些带编码的余料统一登记在一份特定的电子表格中，使之能够通过查找筛选等功能实现后续阶段的调用，以此来进一步提高材料的利用率。
6 使用高效率的软件
目前国内使用的船舶生产设计软件主要为TRIBON、CADDS5和沪东的东欣软件等，TRIBON和沪东的东欣软件能够设置套料放样阶段的各种参数并能够按照手工设定的每张钢板进行零件的自动套料，但是自动套料的布置一般，材料利用率难以达到现行要求，因此目前使用此三种软件的设计单位通常采用手工套料的方式，即逐个摆放每一个零件来提高材料利用率以满足要求，而一条船仅船体部分所包含的零件岂止上万个，因此效率较低且暂用大量的劳动力。2010年，我集团公司引进了一种新的套料放样软件即SigmaNEST，实际使用后发现，此种软件可以对需要套料放样的零件完全实现自动给出板材规格并且自动套料，迅速生成材料订货清单，较之原有的两种软件只能在手工给出的一张钢板上进行单一规格零件的自动套料的方式有了本质的提高。
并且利用该软件进行自动套料的零件布置相对合理，材料利用率基本达到现行要求，只需对局部位置零件进行微调即可满足要求，使材料利用率尽可能的达到最大化，提高效率的同时节省了大量劳动力。
因此在船舶套料放样阶段，使用高效率的软件也是一种大幅度提高材料利用率的手段，借此也希望国内有识之士、有志之士开发更为符合中国造船现状的套料放样软件。船厂提高材料利用率的普遍方法在本篇如上部分已经做了概括性的总结归纳，希望造船领域相关的从业人员能够从中取其精华、合理运用并且不断创新以进一步降低成本，为我国的造船产业在世界市场上获得更大的竞争力贡献一份力量。
伴随国内造船事业的进一步发展，未来各大中小船厂在成本控制上的方法随着经验的累积会越来越丰富，并且效果会越来越好；软件技术的发展也会使船舶设计工作实现进一步的自动化，同时大幅度提高设计工作的效率。
让我们用朝阳的心态与斗志做好造船这一夕阳产业，不断开拓进取、创新实践新的船型，使造船产业焕发新的活力！
参考文献
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论文作者:丁贵斌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/19
标签：套料论文; 利用率论文; 材料论文; 钢板论文; 船厂论文; 零件论文; 规格论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;