以精益设计降低电缆成本

ＳＨＡＮＧＨＡＩ　ＳＨＩＰＢＵＩＬＤＩＮＧ上海造船２０１０年第３期（总第８３期）　以精益设计降低电缆成本　刘芳　，董良志　，刘建峰。　（１．上海交通大学，上海２０００３０；２．上海外高桥造船有限公司，上海２００１３７）　

摘要：面对目前的国际金融危机的经济形势，航运企业陷入需求大幅减少、运价大幅下跌、信贷大幅萎缩的状态，　采用降本增效的有效应对措施，从系统设计，生产设计入手，研究减少电缆用量和避免浪费的有效途径。　关键词：系统设计；生产设计；造船成本　中图分类号：Ｕ６６５　１２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００５—９９６２（２０１０）０３－００２７．０５　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｆｉｎａｎｃｉａｌ　ｃｒｉｓｉｓ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｈｉｐｐｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｂｅｇａｎ　ｔｏ　ｓｈｒｉｎｋ，ｉｔｓ　ｄｅｍａｎｄ　ｆｏｒ　ｓｈｉｐｓ　ｂｅｇａｎ　ｔｏ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｈｉｐｐｉｎｇ　ｆｒｅｉｇｈｔ　ａｌｓｏ　ｄｅｓｃｅｎｄｅｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｃｏｓｔ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｒｉｓｉｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎ￣ｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｃａｂｌｅ　ｂｙ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ；ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ；ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｃｏｓｔ　

０前言　电缆作为船舶电气设计的“命脉”，在船舶建造　总成本中占据着一定的比例。受近年来金融危机和　劳动力价格提高的影响，我国造船企业正在承受成　本和价格双重压力的挤压。通过精益设计减少电缆　用量，降低建造成本显得尤为重要。　与韩国造船业相比，我国造船电缆用量比韩国　造船要多出不少，尤其是超大型油船用量要多４～７　万ｍ。说明在精细化设计方面中国与韩国还是存在　比较大的差距，见表ｌ。　本文从电气系统设计、生产设计入手，采取了　若干改进措施，以降低造船成本，增强竞争力，缩　短与韩国造船的差距。　

表１　中韩部分船型电缆用量对比　

降低电气系统电缆成本　电气系统设计主要包括船舶电力系统设计、电　第一作者简介：刘芳，女，高级工程师，１９７５年生。１９９８　年华东船舶工业学院自动化专业毕业，今为　上海交大在职研究生，现从事船舶电气设计　工作。　收稿日期：２０１０—０１—１９　

力拖动系统设计、照明系统设计、电力推进系统　设计、船内通信系统设计、无线电通信和导航系　统设计以及机舱自动化设计等。随着船舶大型化、　自动化和节能化的发展，电气系统设计在船舶设　计中的地位也日趋重要。其中，电缆类型的选择　直接影响着系统设计的优劣和造船成本的高低。　１．１合理选择电缆类型　１．１．１照明电缆依据敷设区域、位置选取是否带有　铠装层的电缆　铠装层由铜丝网编织而成（如图ｌ所示），其　作用是为了增强电缆机械强度，防止电缆受到机械　损坏。由于机舱区域的照明电缆在敷设和使用时容　易受到机械损伤，因而一般会选用带有铠装层的电　缆，而上层建筑区域里的照明电缆通常敷设在围壁　板后，很少遭遇机械碰撞，所以选用的电缆可以不　带铠装层。如一艘ＶＬＣＣ油船上建区域照明电缆　（２×１．５＋Ｅ）长度约为１１　６６０ｍ，如果由铠装电缆改　为非铠装电缆，可降低电缆成本近３万元。　

≥　、　、　１一导电芯线；２一芯线绝缘；３一胶带；　４一绝缘；５一铠装；６～外护套　图１船用电缆结构　

１．１．２在规范允许的条件下尽可能减少防火电缆　的选用　２８　上海造船２０１０年第３期　据资料介绍，同样截面积的防火电缆的价格　是非防火电缆的１．５倍左右。如２×１．５规格的防　火电缆为７９２４元／ｋｍ，而非防火电缆的价格仅为　５　１５２元　ｍ。因此系统设计时应严格以规范为准　则，不要高于规范来设计。如ＣＣＳ规范中明确　设计的系统，双套系统且其电缆是远离分开敷设　的，只要在失火状态下它们的功能可得到保持，　即使穿过较大失火危险区域也可不选用防火电　缆”。又如ＡＢＳ规范规定图２中标为①的电缆可　选用非防火电缆，若按照防火电缆选用，则导致　规定“有自我监测功能的系统，按故障安全原则　成本增加。　

其它区域　高失火区域　其他区域　应　’、、　

④…　急　①　Ｙ　分①厂、、　配　电　…　

一一６　电①　分　箱　板　电　箱　

防火电缆　…一一滞燃电缆　口接线盒　图２处于高失火区域的设备之间可使用非防火电缆　１。２合理选择电缆截面积　电缆截面积的合理选择也直接影响设备的运　行性能和采购成本。当负载电流通过电缆时，会引　起功率损耗（发热）和电压降，所以如果电缆截面　积选得过小，必将导致过热，使电缆因过热而加速　老化，从而会大大缩短电缆的使用寿命，严重时甚　至损坏绝缘而发生事故。电缆截面积过小还将引起　过大的电压降，使负载端的工作电压过低，影响了　用电设备的正常工作。相反，若电缆截面积选得过　大则不经济，且电缆过粗也会给安装工作带来困　难。因此必须合理选择电缆截面积。　电缆截面积选择的基本原则…：根据用电设备　的工作制度（连续、短时、重复短时）、电流种类　（交流或直流）和负载功率，确定通过电缆的实际　负载电流从而进一步选择电缆截面积。　１）一般连续负载只需按照以下的步骤计算和　修正出负载电流，则可比较容易选择适当的电缆截　面积。　（１）对于３相交流用电设备负载的电流计算　，：Ｋ　：　４３ｕＣＯＳ　式中：，——负载电流，Ａ；　Ｋ——发电机的负荷系数；　Ｐ——负荷功率，ｋＷ；　相电压，Ｖ；　ＣＯＳ　——该负载的功率因数。　（２１根据不同环境、工况等因素对电缆载流量　进行修正　①表２所列电缆的载流量是根据环境温度为　４５℃时来制定的。当电缆环境温度高于或低于４５℃　时，电缆的载流量也将随着减小或增大，此时的载　流量只需将环境温度为４５℃时的载流量乘以温度　修正系数即可。　

表２不同环境温度时的修正系数　以精益设计降低电缆成本　２９　②成束敷设时的修正系数＿２Ｊ　对于５根以下成束敷设的电缆一般不需修正，　当超过６根成束敷设时，因成束敷设的电缆相互紧　靠在一起，影响周围空气的自由循环，载流量大小　需要乘以修正系数０．８５。　③对于５芯及以上电缆的载流量，一般将连　续工作制的载流量乘以一个修正系数【２Ｊ（见表３）。　

表３　５芯及以上电缆的修正系数　芯数　修正系数　Ｏ．５６　０．４９　０　４２　０．３５　

（３）根据修正后的负载电流和综合考虑线路电　压降以及保护装置的协调性，则可查阅表４确定所　需电缆的截面积。　２）短时工作和重复短时工作的设备，对其电　缆的选择尤其要慎重。通常其载流量需要用电缆　连续工作制的载流量乘以一个修正系数加以修　正，如锚机、绞车所用电缆按０．５ｈ短时工作制条　件进行选取，舵机所用电缆按ｌ　ｈ短时工作制条件　进行选取，这样可大大地减小所选用的电缆截面　积。　以ｌ艘ＶＬＣＣ船的阴极保护和绞缆机液压　泵起动箱电缆为例，简要说明电缆截面积选择对　电缆采购成本的影响。艏／艉部阴极保护控制箱　到阳极的电缆原使用规格为ｌｘ９５，经仔细核算　发现该电缆使用规格ｌＸ７０已经足以满足功能需　要。艏部和艉部共８根电缆，电缆长度共计３８３ｍ，　此修改１艘船则可降低电缆成本２万元左右。再　如从配电板到艏部绞缆机液压泵起动箱和艉部　绞缆机液压泵起动箱的电缆规格原为３（３ｘ７０），　经计算核对后电缆规格改为２（３×７０），此处共计　节省电缆长度ｌ　２９５ｍ，１艘船可节省电缆成本约　ｌ６万元。　表４聚氯乙烯绝缘电缆连续工作制的载流量　（导体长期允许工作温度为８５℃，环境温度４５℃）　１．３合理设置接线箱　适当增加接线箱，不仅可以满足上层建筑整体　吊装的需要，而且可减少电缆的长度。如图３所示，　艏部设置１个报警接线箱，则所有艏部的报警信号　可就近接进该报警箱，然后用ｌ根多芯线引至机舱　的报警系统，这样ｌ０根２芯线可由ｌ根多芯线替　代，节约电缆３Ｏ００ｍ左右。上层建筑接线箱功能　也可以如此。　

接线箱　／　ｉＥｉ卜　一　接线箱　—　、　［］　．露　）　——　［　

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图３接线箱的设置　３０　上海造船２０１０年第３期　２从生产设计入手，有效控制电缆长度　

２．１　合理选择最优主干电缆路径　生产设计中的电缆敷设路径决定使用电缆的　长度，在满足规范的前提下合理规划主干电缆路　径可以大量降低电缆成本。如韩国对舵机舱主干　电缆进行布置时，为减少近９ｍ层高所引起的电　缆的增加，则在近２ｍ的高度增加了一圈船体结　构用来布置主干电缆，加之把舵机控制箱和锚绞　机控制箱改为上进线方式，仅此区域电缆可节省　２　Ｏ００ｍ左右。可见合理规划主干电缆不仅直接影　响着船舶电力系统供电的连续性，也关系到电缆　使用的经济性。　２．２提高电缆设计长度的准确性　电缆的设计长度为前长、尾长及所经过节点长　厂］　Ｉ－＿＿＿＿一　起始设备　停止点后　度的总和。每一段的精确性决定了总长的准确性。　电缆经过的节点数较多，如每一个节点有０．１　ｍ误　差，一根电缆２０个节点，则会多出２ｍ的余量。为　尽量降低误差率，可从几个方面着手：　１１应用软件系统提高自动化程度。如用　ＣＡＤＷＩＮ系统测量电缆长度时，设计人员只需填　入电缆经过的第１个节点和最后１个节点，软件　可以按照最短路径自动填入所有经过的中间节点　及自动计算节点长度。这样不仅节点长度的准确　性得以提高，而且有效防止了节点的漏填和重复　填写。　２）敷线图中节点的分布和设置要全面而准确。　３）准确定位机舱大型泵组及轮机设备进线位　置，这部分电缆普遍较粗，尽量精确量取，避免过　多余量浪费，见图４。　

前长　节点　点　ｌ　尾长　图４电缆长度计算　２．３控制设备接线余量　电缆长度计算时，控制电缆长度的有效途径是控　制余量。如设备进线处，拐弯处及每个节点长度的余　量直接影响电缆长度的计算。表５列举了中国与韩国　对部分设备接线的电缆余量比较。综合表５可看出：　１）韩国对余量控制较好，仅表中所列设备节约　的电缆数就上千米。其中进主配电板的电缆中发电　机的电源电缆（３ｘ９５）为３３根，仅此可节约电缆　终止设备　成本１．６万元。　２）韩国在设计时对大型落地设备的接线余量　的计算是从接线端子排开始计算的，而国内目前的　设计则直接从落地设备的贯通件计算，“粗”设计则　可能造成电缆过长或过短，为避免过短情况出现会　加长电缆余量。　由此可见精细化设计对造船成本的控制有着　不可估量的影响。