57 000 DWT 散貨船建造精度控制

袁紅莉，廖加棒，董業(yè)宗

(1.集美大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院，福建廈門361021;2.廈門船舶重工股份有限公司，福建廈門361026;3.舟山中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，浙江舟山316131)

0 引言

造船精度管理是現(xiàn)代造船中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)［1］，在船舶建造中發(fā)揮著重要的作用。推行造船精度管理是確保船舶建造質(zhì)量、促進(jìn)科學(xué)管理、提高生產(chǎn)效率的重要手段，而造船精度控制技術(shù)是造船精度管理的主要內(nèi)容之一。自20世紀(jì)80年代起，中國造船界開始對造船精度控制技術(shù)開展研究。為適應(yīng)近十幾年來船舶行業(yè)快速發(fā)展的需要，造船界加大了對造船精度控制技術(shù)研究力度，取得了一定的成果。造船精度控制技術(shù)是以船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)為基本準(zhǔn)則，以數(shù)理統(tǒng)計(jì)為理論基礎(chǔ)，以補(bǔ)償量取代余量為核心，通過科學(xué)的管理方法與先進(jìn)的工藝手段對船體建造進(jìn)行全過程的尺寸精度分析和控制，以達(dá)到最大限度地減少現(xiàn)場修整工作量，提高生產(chǎn)效率，保證船舶產(chǎn)品質(zhì)量［2］。本文擬結(jié)合某公司已完工的57 000 DWT散貨船在建造過程中精度控制方法和對策進(jìn)行總結(jié)。

1 造船精度控制系統(tǒng)建立和階段劃分

造船精度控制與管理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工藝技術(shù)、檢測和檢驗(yàn)等方面［3］，是一項(xiàng)所有參與船舶建造有關(guān)人員的管理活動，因此，首先必須建立造船精度控制系統(tǒng)，使整個造船過程處于可控、有序運(yùn)行。船體建造精度控制階段一般分為設(shè)計(jì)、號料及加工、部件裝配、分段裝配和船臺裝配幾個階段，精度控制按照這幾個階段分別實(shí)施。前一階段的控制結(jié)果，是后一階段的基礎(chǔ)。從生產(chǎn)設(shè)計(jì)開始，就要根據(jù)具體船舶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制訂精度管理計(jì)劃，明確船舶建造過程的尺寸精度控制各階段的具體內(nèi)容，以滿足最終的精度要求。

57 000 DWT散貨船貨船區(qū)域?yàn)殡p底、單殼、單甲板結(jié)構(gòu)，設(shè)有頂邊艙、底邊艙，艏艉結(jié)構(gòu)為橫骨架式。在生產(chǎn)設(shè)計(jì)初始，精度人員就介入設(shè)計(jì)工作，參與分段劃分、分段建造方法、總組及合攏方案和精度補(bǔ)償量等的討論和確定。在進(jìn)行船舶分段劃分時，除考慮常規(guī)因素外，結(jié)合精度控制的需要，將全船劃分為134分段。該船被安排在船臺進(jìn)行大合攏。

2 生產(chǎn)設(shè)計(jì)精度控制

生產(chǎn)設(shè)計(jì)是船體建造精度控制技術(shù)的源頭［4］，從生產(chǎn)設(shè)計(jì)開始對船體零部件的尺寸精度進(jìn)行控制，同時把精度工藝技術(shù)融入到生產(chǎn)設(shè)計(jì)中。某57 000 DWT散貨船在建造過程中，系統(tǒng)深入探索基準(zhǔn)線控制技術(shù)、全船余量及補(bǔ)償量加放技術(shù)、變形和反變形技術(shù)和精度控制圖紙繪制，以達(dá)到深化生產(chǎn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)精度控制的圖紙化、數(shù)字化。

2.1 基準(zhǔn)線控制技術(shù)

基準(zhǔn)線是船舶建造過程中控制建造精度的重要工作，也是合攏時檢查和分段定位的主要依據(jù)，因此制定合理的基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)線，在船舶建造過程中貫徹實(shí)施是精度控制技術(shù)之一。主船體定位基準(zhǔn)線包括肋骨檢驗(yàn)線、縱剖線和水線。

定位基準(zhǔn)線的確定原則:

(1)肋骨檢驗(yàn)線:肋位號+200 mm，每個分段設(shè)定1個，通常選分段中部強(qiáng)框架肋位。

(2)縱剖線(中心線):通常選中線，縱向強(qiáng)結(jié)構(gòu)線+200 mm。

(3)水線:通常選平臺、甲板、水平桁等結(jié)構(gòu)線+200 mm，亦可取整數(shù)水線。

圖1 拼板劃線圖(單位:mm)

精度工法室按照上述規(guī)定繪制全船分(總)段基準(zhǔn)線圖。圖中船臺基準(zhǔn)線、總段基準(zhǔn)線、分段基準(zhǔn)線、100記號線、對合線和檢驗(yàn)線等用不同標(biāo)志標(biāo)示出來。對合線是船體裝配過程中，為了使各個部件(小組)、各個片體(中組)、各個分段(大組或大合攏)有相應(yīng)的對合基準(zhǔn)而設(shè)置的輔助線。對合線基準(zhǔn)線對總體尺寸、水平度、彎度提出要求，有利于提高裝配精度。大多數(shù)對合線、基準(zhǔn)線和檢驗(yàn)線由設(shè)計(jì)部門在TRIBON建模后通過切割版圖轉(zhuǎn)換成數(shù)控切割機(jī)指令自動噴粉而實(shí)現(xiàn)，另一部分通過手工下料圖上增加對合線、基準(zhǔn)線來實(shí)現(xiàn)，如拼板劃線圖。在兩兩相拼接的板上距板邊一定的位置(一般為100 mm)設(shè)置對合線，作業(yè)者按對合線調(diào)整方正度，達(dá)到無余量裝配。拼板劃線圖如圖1所示。

57 000 DWT散貨船在裝配各階段都有相對應(yīng)的對合基準(zhǔn)線，如在小組立、中組立階段設(shè)定拼縫對合線，肋板(骨)框架拼接的對合線，分段以中心線或縱剖線、肋骨檢驗(yàn)線、高度方向的水線為依據(jù)判定分段正確度，大合攏則按船臺基準(zhǔn)線和大接頭兩側(cè)100 mm對合線來定位。

2.2 全船余量及補(bǔ)償量加放技術(shù)

造船精度控制目的是以系統(tǒng)的補(bǔ)償量取代余量，以保證各工件之間尺寸的精度，最終滿足船體建造的精度［5］。補(bǔ)償量的確定是船體精度控制中的核心內(nèi)容，直接影響到船體精度控制。

余量是控制構(gòu)件尺寸的一種工藝措施。余量和補(bǔ)償量一般分為加工、裝配、焊接。余量的加放工藝簡單，而補(bǔ)償量的加放難度高，必須經(jīng)過長期摸索、積累、分析、統(tǒng)計(jì)而得出。57 000 DWT散貨船在前期姐妹船的建造過程中收集匯總了大量數(shù)據(jù)，對余量和補(bǔ)償量的加放提供了依據(jù)。57 000 DWT散貨船精度補(bǔ)償圖(部分)如圖2所示。

貨艙區(qū)分段基本做到無余量制造、機(jī)艙線型平緩部分無余量制造、艏艉分段部分有余量制造無余量上船臺。在有余量的分段或加工成幾何形狀的板材則制定對各階段切割規(guī)定，保證合攏時盡量少割余量，避免2次定位，減少船臺修割。分段無余量上船臺比例達(dá)到85%。

圖2 57000 DWT散貨船精度補(bǔ)償圖(部分)(單位:mm)

船體分段補(bǔ)償量及余量加放原則:

(1)基準(zhǔn)定位分段的首、尾環(huán)形接縫端頭全部正作(不留余量)，縱骨、縱桁同樣正作。

(2)其余分段以基準(zhǔn)定位分段為基準(zhǔn)，在朝向基準(zhǔn)分段的一端有補(bǔ)償量，另一端正作;內(nèi)部構(gòu)件與分段端頭一致，補(bǔ)償量根據(jù)所處區(qū)域、結(jié)構(gòu)形式加放?？v骨架式大接縫處肋距的加放一般為10～20 mm，橫骨架式大接縫處肋距的加放一般為5～10 mm，貨艙區(qū)分段間縱接縫處加放10 mm左右，機(jī)艙及艏艉分段間縱接縫處加放20 mm補(bǔ)償量。

(3)線型曲率大分段的根椐工藝要求再加放30～50 mm余量。

2.3 精度控制圖紙的繪制

精度控制圖紙的繪制包括零件檢測圖、分段精控圖、總段定位測控圖、檢查結(jié)果記錄表等。把每個環(huán)節(jié)測量的要點(diǎn)分別做成圖紙或在分段結(jié)構(gòu)圖表達(dá)出來，以方便各個環(huán)節(jié)的測控。在測量圖中對基準(zhǔn)線、對合線、檢查線的劃線要求作出規(guī)定。

2.4 節(jié)點(diǎn)建模的正確性

建模人員必須按設(shè)計(jì)工藝要求將補(bǔ)償量、反變形量等對模型進(jìn)行處理，使出圖、切割數(shù)據(jù)符合工藝要求。另外，編制有分段裝配計(jì)劃流程圖，指導(dǎo)工人施工。

3 生產(chǎn)過程的精度控制

建造過程中的精度控制技術(shù)是從下料開始，在加工、裝配、分段合攏和總段合攏等各工序中按照相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范實(shí)施精度控制的技術(shù)。生產(chǎn)過程的精度控制主要有兩方面:一是各工序中的精度檢測與評估，二是出現(xiàn)超差問題時的對策。

3.1 分段精度控制

分段精度質(zhì)量控制的好壞直接影響到船臺合攏的難度和效率。

3.1.1 分段生產(chǎn)精度典型問題

(1)數(shù)控下料切割精度誤差—尺寸誤差。常見的有板邊坡度大，影響焊接質(zhì)量;零件方正度差，呈菱形，拼板后誤差大，需要二次修割。

(2)拼板精度—形狀偏差。由于數(shù)控切出來的板邊斜度較大，拼接時間隙大，不能直接進(jìn)行埋弧焊，需用CO2焊打底焊。內(nèi)底板一般較厚，以24 mm為例，打底焊高約6 mm，加上埋弧焊熔深7 mm，剩余板厚11 mm，翻身后用氣刨清根，氣刨的U型剖口深達(dá)12 mm。反面的焊接量大于正面的焊接量，拼板焊接容易產(chǎn)生角變形。

(3)余量劃線切割誤差。分段建造中許多分段由于趕時間，在胎架上沒有進(jìn)行余量劃線。下胎后在門架非水平狀態(tài)下劃線，沒有了基準(zhǔn)，誤差較大。

(4)分段裝焊變形問題—形狀偏差。甲板分段、舷側(cè)內(nèi)縱壁變形、首尾分段的裝焊變形在分段制造中經(jīng)常出現(xiàn)。

(5)測量誤差。主要有測量器具精度、測量部位不準(zhǔn)確和測量過程中溫度變化導(dǎo)致的測量工具和被測工件發(fā)生變形。

3.1.2 分段精度問題分析及解決措施

船體分段建造涉及的工藝環(huán)節(jié)多，影響船體精度質(zhì)量的缺陷也就很多。通過對57 000 DWT散貨船分段制造過程中典型問題統(tǒng)計(jì)分析，主要表現(xiàn)為分段主尺度的偏差、位置偏差、水平度和垂直度等。造成這些偏差的環(huán)節(jié)主要有轉(zhuǎn)運(yùn)變形、切割誤差、劃線誤差、焊接變形、裝配誤差、焊接各種缺陷等。為了分析具體原因，又將其以工藝設(shè)計(jì)(圖紙)、劃線、切割、機(jī)加工、裝配、焊接、火工及起重等進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，具體如圖3所示。

圖3 分段典型問題原因分布圖

從圖3可以看出，典型問題主要原因是由于裝配(46.1%)、劃線(24.8%)、焊接(18.4%)而引起的，因此從主要原因入手尋找解決方法更有效。在加工工序方面，對各類機(jī)器的檢測和修整，定期抽樣檢查零件的切割精度等;在裝配工序方面，對于小組立，主要針對在大構(gòu)件上安裝小骨材的尺寸精度檢測，檢驗(yàn)前期工序是否出錯等;大組立主要檢驗(yàn)構(gòu)件的定位、精度檢驗(yàn)、裝配精度檢查和焊接坡口的寬度等;在分段組立過程中，由于分段生產(chǎn)制造的周期長，制造過程中焊接工藝實(shí)施不當(dāng)，轉(zhuǎn)運(yùn)過程產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形等原因，使得分段與設(shè)計(jì)尺寸存在偏差，導(dǎo)致端部的錯位現(xiàn)象。對策是設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線，按定位要領(lǐng)指導(dǎo)書進(jìn)行作業(yè)，調(diào)整局部變形。

平臺階段的分段建造質(zhì)量與精度控制要點(diǎn)主要是胎架的水平度，縱、橫艙壁的垂直度，強(qiáng)肋位的垂直度，框架、平面片體、曲面片體吊裝定位的準(zhǔn)確性，分段主尺度的控制，首尾合攏縫與下口合攏縫的尺寸控制。這些定位尺寸從結(jié)構(gòu)圖上和分段完工測量圖上均有標(biāo)注，在制作過程中只要加以重視，準(zhǔn)確定位安裝。

為了進(jìn)一步找出誤差原因，進(jìn)行分段制作單位典型問題分布及相應(yīng)責(zé)任工種統(tǒng)計(jì)，分析原因，明確各工種責(zé)任和建立考核制度，加強(qiáng)精度自主管理體系建設(shè)，把精度問題消除在源頭。

3.1.3 分段精度控制考核與測量

要做好分段建造精度控制，必須事先做好所要測量分段的建造精度控制表，將所有需要測量數(shù)據(jù)涵括在此表格中，以避免現(xiàn)場測量時候遺漏重要數(shù)據(jù)。參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，編制各分段的精度控制點(diǎn)、控制方法以及控制要領(lǐng)，設(shè)繪有關(guān)控制圖表，如分段完工測量圖和分段精度考核表，對關(guān)鍵環(huán)節(jié)的施工要領(lǐng)和分段施工圖上的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行完善。分段精度考核表中的主要考核內(nèi)容包括:考核項(xiàng)目、狀況描述、考核權(quán)重、考核得分等，其中考核項(xiàng)目主要有:自檢數(shù)據(jù)、堆放狀態(tài)、基準(zhǔn)線、坡口、余量切割、合攏口端差、焊接/涂裝保留、基準(zhǔn)板平整度、壁板垂直度、火工背燒、尺寸精度。

分段精度控制測量包括零件測量、拼板檢測和完工測量。分段精度測量目前主要經(jīng)歷兩個階段:第一階段是用鋼卷尺、三角錘測量，主要用于零件、拼板、中小組立階段，這一階段主要是通過個人能力來控制;第二階段是采用全站儀配合PDA(掌上電腦)。測量與數(shù)據(jù)的采集用全站儀和PDA，數(shù)據(jù)計(jì)算采用PDA;用EXCEL文本查看測量和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，由專門的精度分析人員進(jìn)行分析判定。精度人員要及時填寫分段精度報(bào)表，定期舉行分段精度分析會，對分段制作過程巡檢典型問題通報(bào)，及時整改。

3.1.4 分段精度的控制模塊

為了規(guī)范分段精度的控制過程，特制定了分段精度的控制模塊。圖4為分段精度的控制模塊。圖中虛線箭頭表示非必要項(xiàng)，亦可采取其他形式替代。

圖4 分段精度的控制模塊

在進(jìn)行合攏工作前首先繪制分段船臺定位圖、分段總組及船臺搭載網(wǎng)絡(luò)圖，明確分段總組范圍和船臺搭載順序，然后根據(jù)船體的結(jié)構(gòu)形式、船體合攏工區(qū)的起吊能力編制合理的分段總組、吊裝及分段合攏區(qū)補(bǔ)償量原則工藝。

3.2 平臺總組

平臺總組是船臺搭載的前道工序，平臺總組的精度控制好壞直接關(guān)系到船臺搭載精度。

影響總組精度的因素主要有:

(1)總組定位精度。

(2)總組裝配作業(yè)導(dǎo)致的精度偏差。

(3)總組電焊作業(yè)導(dǎo)致的精度偏差。

從影響的因素進(jìn)行分析，確定平臺精度控制流程:總組定位精度裝配→精度測量報(bào)告(焊前)→焊接→精度測量報(bào)告(焊后)。

3.3 船臺搭載精度控制

船臺搭載精度控制籠統(tǒng)地講就是控制船舶長度、寬度和高度。明確從基線勘劃、船臺設(shè)置、分段定位、分段合攏直至船舶下水全過程各有關(guān)工序的控制要求，以確保船舶建造符合規(guī)范及精度要求。根據(jù)船舶在大合攏過程中的關(guān)鍵工序識別，主要從以下幾個方面進(jìn)行控制:

(1)船體基線變形量控制。

(2)分段總組及無余量切割精度控制。

(3)分段二次定位的控制。

(4)艙口主要尺度控制。

(5)艙口圍板定位精度控制。

(6)帶有舵系、軸系等艉部分段定位精度控制。

進(jìn)行合攏工作前做好船臺準(zhǔn)備工作和分段準(zhǔn)備工作，合攏過程中嚴(yán)格按照工藝要求。分段搭載時盡量做到不開刀調(diào)整和避免火工，并積極采取分段模擬搭載和預(yù)搭載2種作業(yè)模式;及時填寫船體基線精度跟蹤測量表、船體主尺度精度跟蹤測量表，艙口圍板主尺度精度跟蹤測量表、舵和軸中心線精度測量表等報(bào)表。

3.3.1 模擬搭載的實(shí)施

利用全站儀進(jìn)行測量，通過與全站儀連接的專業(yè)精度分析軟件進(jìn)行分析，在生產(chǎn)過程中預(yù)先了解分段精度偏差值，控制、預(yù)防可能出現(xiàn)的各種變形和扭曲，掌握搭載分段之間的間隙或重疊程度，在計(jì)算機(jī)中模擬分析得出有效的修正方案和定位方案，出具總段模擬報(bào)表。根據(jù)精度管理組提供的測量數(shù)據(jù)在平臺上對總段(或分段)進(jìn)行修正量切割或是進(jìn)行整改，實(shí)現(xiàn)分段船臺一次性吊裝定位成功，提高船臺搭載精度和效率。

模擬搭載主要由測量、分析、劃線、余量切割、搭載定位5個主要流程，由平臺劃線班組、平臺定位班組、船臺劃線班組、平臺定位班組組成，數(shù)據(jù)的交接非常重要。在測量方式上采用貼反射光片的方法。預(yù)先在平臺分段測量點(diǎn)貼上反射光片，后續(xù)的船臺作業(yè)直接測量，對縮減船臺周期、減輕船臺小車資源緊張的問題有很大幫助。

3.3.2 總裝變形的預(yù)防和控制

除常規(guī)的預(yù)防和控制措施外，尤其要重視焊接變形的控制，采取根據(jù)不同的船體結(jié)構(gòu)確定焊接工藝的基本原則、要求，編制具體分段和分段合攏焊接施工程序，選取合理的裝焊工藝、焊接參數(shù)、施焊方法正確施焊，測量、統(tǒng)計(jì)分析焊接收縮量，為后續(xù)船舶補(bǔ)償量的加放提供依據(jù);采取加放反變形、合理布墩、馬板規(guī)范使用等以及新工藝工法研究來預(yù)防和控制船體總裝變形。

3.3.3 搭載精度的控制模塊

總組搭載控制流程按圖5搭載精度控制模塊執(zhí)行。

圖5 搭載精度控制模塊

流程中主要由3大塊角色人員操作，分別為生產(chǎn)部門人員操作、網(wǎng)絡(luò)自動操作和由精度工法室人員操作。不同角色間的信息傳遞由系統(tǒng)自動向接受信息方提示。

4 結(jié)論

船舶精度控制是制造過程的統(tǒng)計(jì)控制，主要目的是提高生產(chǎn)效率。數(shù)據(jù)檢測和精度控制反饋信息的分析是確保施工精度的必要手段，也是精度控制的重要環(huán)節(jié)。精度控制需要從源頭開始抓起，從生產(chǎn)設(shè)計(jì)開始到分段總組合攏等層面全過程展開，對造船各工序探索研究，建立從零件下料到分段合攏全過程的跟蹤測量機(jī)制，對每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)置精度控制點(diǎn)，對精度控制點(diǎn)進(jìn)行跟蹤測量、收集數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，在此基礎(chǔ)上制定相關(guān)的文件和規(guī)定，不斷改進(jìn)和完善生產(chǎn)設(shè)計(jì)，尋求一套適用于本企業(yè)造船工藝流程的精度造船控制手段。

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