面向現代造船條件的船體類模塊分段定義

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(武漢理工大學 交通學院，武漢 430063)

近年來，我國船舶工業發展迅速，2010年造船完工6 560萬載重t，新接訂單7 523萬載重t，手持訂單19 590萬載重t，分別占世界市場的43%、54%、41%，均居世界第一，但是，交船期大都集中于未來2年，造船量相對較大，如何進一步提高生產效率，優質地按期完工交船成為我國造船企業必須面對的問題。部分船廠依靠增加設備起重能力、擴大生產面積等措施實現按期完工。然而，生產規模的擴大不僅投資高，造成企業效益下降，而且機動性差，難以在短期內得以改善。為此，探討在不改變生產條件的前提下，通過技術手段，實現船體類模塊分段建造工藝，擴大自動化設備的使用，最終實現提高造船效率。

1 模塊化造船模式研究概況

模塊化造船強調通用化、標準化，可對船東需求做出快速反應，其具有標準尺寸和標準件，且主要部件具有可選性的最終產品預制單元，符合提高效率、綠色制造的理念，是未來發展的趨勢[1]。

由于模塊化造船實現的前提是船型標準化，需要船舶各級部件的尺寸、重量及其裝配工藝均達到系列化，所以目前無論是船舶設計工作，還是我國各大造船企業的生產情況都與這一要求存在很大差距。船舶沒有形成標準化，相應的船廠生產設備和工藝流程也沒有形成標準化，所以要形成完備的模塊化造船，條件并不成熟。

2 船體類模塊分段

面對上述制約模塊化造船的問題，以模塊化制造思想為指導，對部分船舶分段進行“類模塊化”設計，據2009年相關統計數據顯示，油船、集裝箱船、散貨船這三大主力船型占全國當年所造船舶總噸位85%以上，(見圖1)。2009年國內造船企業按噸位分新接訂單中3萬～5萬t與5萬～8萬t船舶均為市場主力噸位船舶；加之平行中體部分在船舶空船重量中的比例也會隨船長不斷加大而增加，所以，船體類模塊分段研究選擇5萬t左右三大主力船型實船平行中體部分分段[2]。

圖1 2009年全國各船型完工量

類模塊分段的研究針對我國船舶標準化、系列化程度偏低的現狀，借鑒成組技術的相似性原理，將相似船型平行中體部分的分段通過采樣對比，分析其共性，設計標準化工藝流程。這些分段不再是單件生產，而是按固定標準的中間產品組織批量生產[3]，以期在分段制造過程中更合理地進行專項任務分工，提高分段制造便易度和焊接變形控制度的專用胎架使用率，有效降低輔助材料消耗和返修工作量，由于類模塊分段屬于標準件，其標準的工藝規程易于工人熟練掌握，即產品質量和生產效率都會有所提高。

3 船體類模塊分段標準

3.1 結構形式

船體類模塊分段要求分段的幾何特征具有較高的相似性，包括分段的尺寸大小、骨架形式、外板形狀等，其中，外板形狀可以在建造工藝相似的前提下有一定差異。

如圖2所示，對于雙層底舭部分段，相似船型的結構形式和工藝流程差別不大，盡管舭部外板不完全一致，但是并不影響構建船體類模塊分段，只要在建造過程中加以適當修正系數，即可將其作為系列化分段進行生產。

圖2 雙層底舭部分段

3.2 功能

分段功能相同。一些分段盡管幾何特征相似，但具有特定功能的結構，如油船槽型艙壁，壁墩，散貨船貨艙內舭部坡形設計等。這些結構所造成的差異不僅是其自身，它們往往會影響分段上相鄰結構布置，見圖3，油船貨艙內壁墩的布置，需要雙層底內有強縱桁和肋板支撐。

圖3 油船雙層底上的壁墩

3.3 建造標準的要求

船體類模塊分段要求分段生產設計的各項標準相同，這樣才能具有共同的生產設計方案。

3.3.1 施工設計標準

1)間隙標準。

2)扇形孔、排水孔、通氣孔、人孔、透光孔等設計標準。

3.3.2 零件字符編碼

1)零件標識。

2)中間產品所需制造級的標記。

3.3.3 施工指令符號標準

1)分段名稱。

2)邊緣加工。

3)余量放置。

4)焊接工藝與參數。

3.3.4 加工和裝配工藝標準

1)各種焊接工藝的坡口加工。

2)各種焊接工藝的操作。

3)各種加工、裝配工藝的操作。

3.3.5 精度控制施行標準

1)加工和裝配過程中由焊接和因清除變形所造成的收縮率。

2)完工切割和合攏對接縫余量位置。

3)切割和裝配的質量準則。

4)標準范圍和公差極限。

3.3.6 安全標準

1)分段建造中的安全操作規則。

2)分段建造安全檢查項目清單。

3.4 工藝設備要求

船體類模塊分段要求分段具有統一的建造設備，從而形成標準化分段生產流水線，例如：胎架的選取需根據船型和分段結構等因素來確定，軍品或精度要求高、批量大的民品宜選用剛性好的單板式胎架，一般產品、單船建造的分段可選用桁架式胎架，而型線曲率小的分段可用支點式胎架；又如，不同的平臺也適用于不同船型的分段，蜂窩平臺主要用于要求精度較高的船型分段，而型鋼平臺既可以用于拼板和裝焊平面分段，也可以作為胎架的基礎[4]。

3.5 工藝方法

船體類模塊分段具有標準化建造工藝流程，因此，對于裝配順序、焊接方法、正造或反造等的確定有賴于對造船企業進行詳細的調研了解。

3.6 舾裝件對接

盡管本文研究的船體類模塊分段主要指船體結構模塊，但由于目前船舶建造中分(總)段的預舾裝程度不斷提高，不得不考慮其在船臺總裝時舾裝件的相似性，這樣才能保證船體類模塊分段具有一定的預舾裝度。

4 結論

1)船體類模塊分段實現后，可以利用分段的互換性，從降低施工難度、擴大自動化設備使用的途徑，形成標準工藝，達到提高造船效率的目的。

2)由于船體類模塊分段研究前提是針對一定的造船條件，所以標準工藝設計并沒有針對所有的造船水平，本文只是選取目前國內較高水平為研究基礎；受客觀條件的限制，部分統計數據截止至2009年，實效性有限，但一定程度上可反應相關問題。

3)通過今后進一步深入研究，探討除油船、集裝箱船、散貨船以外其他船型對船體類模塊分段的適用性，以及嘗試對船舶進行標準化設計，以期達到促進模塊化造船實現的目的。

[1] 翁德偉.造船成組技術[M].上海：上海交通大學出版社，1990.

[2] 郭大成,吳正剛.國防科技工業的模塊化制造與組織[J].國防科技工業，2008(1):45-47.

[3] 楊國兵，甘志霞，王佳寧.模塊化、模塊化網絡與模塊化造船的研究綜述[J].造船技術，2008(1)：1-3.

[4] 謝 新.船舶制造工藝裝備的發展與創新[J].造船技術，2007(6):1-3.