現代造船精度管理技術分析與研究

陳彬

摘 要：本文通過對國外先進造船企業的精度管理方法、測量系統、設備運用等方面的研究分析，并結合國內精度管理及控制現狀，探討現代造船精度管理技術發展趨勢。

關鍵詞：船舶；精度管理；精度控制；測量分析

0 概述

船舶建造精度管理是現代船企管理的重要組成部分，也是現代造船中的一項核心技術，其通過建立合理的船舶精度標準，采用科學的管理方法，以數理統計為理論基礎，以補償量取代余量為核心，輔之以改善設計與工藝，包括工裝、設備的改進，以及防止誤差的各種對策，對造船進行全過程的尺寸精度分析與控制，以最大限度的減少現場修整量、提高生產效率[1]。精度控制技術不僅是技術項目，而且包含大量管理內容，更是一項涉及面廣且復雜的工作，應由設計、施工、管理和質檢人員齊抓共管。在整個過程中，每個環節都至關重要，缺一不可。在實際工作中，精度控制要受到相當重視，使其標準化、系列化，這樣不僅可以大幅提高船舶建造質量，而且可以縮短建造周期，增加企業的核心競爭力。

1 國外先進船企精度管理水平

目前日、韓和歐美等國的先進造船企業已形成一套完整的精度管理控制體系，從設計、下料加工、小/中/大組立、總組和搭載、舾裝、涂裝等整個船舶的建造過程都在運用精度管理控制技術，并通過采用新工藝、更新設備、開發測量分析系統等措施不斷的推動其發展與進步，使這些企業的精度管理控制技術已達到世界領先水平。下面通過幾個具體方面來體現日、韓先進船企的精度管理水平：

1）精度管理方法。日本已把造船精度管理作為企業行為融入到“精益造船模式”里，利用數理統計方法通過對造船生產過程中的加工公差和焊接熱變形的精度控制，用補償量代替余量的辦法，來保證各工序間的尺寸精度，以達到保證產品質量、加快生產進度、降低成本、縮短造船周期的目的。

2）測量分析系統。在三維坐標測量系統的開發、更新與運用方面韓國造船業更為突出。如韓國三銘信息株式會社開發的EcoSystem[2] 系統是世界領先的造船精度測量與分析系統，該系統通過與全站儀連接，在生產過程中控制、預防可能出現的各種變形與扭曲，使得實物分段與設計分段的尺寸在最大程度上達到一致，并通過在電腦里的模擬分析、提前分段修整，實現分段合攏上的O.T.S（OneTimeSetting：一次定位）。目前最先進的船舶精度管理測量系統就建在韓國三星重工，他們利用IGPS建立測量控制系統，并在船體分段建造、船塢或船臺搭載過程中實時測量與控制，指導數控小車對分段進行調整，確保搭載精度；分段檢測應用激光雷達；小組立、中組立階段用全站儀檢測與控制[3]。

3）設備運用。國外先進船廠在設備運用方面日趨機械化、自動化和數字化，利用高精度設備最大程度的代替人工操作，這樣不僅大大提高了生產效率而且盡可能消除各工序的誤差累積以確保建造的精度。如日本、歐美先進船企在船體建造過程中，為了保證加工精度，板材對合線和檢驗線由數控機完成，板材切割甚至用上了激光切割機，有的焊接工序直接采用焊接機器人完成，拼裝過程造成的板材變形利用自動矯形機進行矯正，等等，如圖1所示。

2 國內船企精度控制現狀

以前我國造船企業多數是比較注重量而不十分注重質的，造船企業為了趕訂單工期而忽略了建造過程技術的創新，導致在跟日、韓船企競爭過程中因技術落后流失了大量高附加值、高技術含量船的訂單，這其中一項質量核心技術就是精度管理技術。為了贏得市場，近年來我國船企開始認真深入的研究國外先進的精度管理理念、方法并購入先進的測量設備和系統，目前國內多數大中型船企已進入二維到三維精度控制模式的轉換，以上海外高橋、大連船舶重工、江南等為代表的骨干企業在充分吸收借鑒國外先進的精度造船經驗，并結合自身實際和典型產品形成了自主的造船管理核心技術和管理特色，這些骨干船廠在船體建造方面利用全站儀及測量軟件對數據采集、分析，并利用模擬搭載技術開始逐步實現部分船型合攏上的一次定位。下面從某些方面簡介我國船企在精度管理控制方面取得的一些進展。

2.1船體建造精度控制過程測量方法的轉換

傳統測量方法：利用線垂吊垂直、中心，水平儀測平整度，用盤尺測型值，然后將測量數據記錄表格。這種測量方法又稱二維非數字化的測量方法，其過程繁瑣、速度慢、數據準確度不高很難保證分段整體精度且不利于數據的處理分析及存檔。

三維測量方法：利用全站儀結合測量軟件就可以測分段的長、寬、高以及垂直度、水平度、固定角度、直線度等立體三維數據再跟分析軟件生成各控制點的三維理論數據表對比找出差值，也可以將數據導入電腦里的分析軟件計算出測量各點的偏差值。

三維與傳統二維測量方法相比更加快速精確，簡單方便，極大減少了人工測量誤差及工作量同時也提高了測量人員的安全性。鑒于三維測量的優勢目前全站儀已在國內大中型船企廣泛使用，大致實現了二維到三維精度測量方法的轉換，推動了我國現代造船精度管理的發展。

2.2模擬搭載技術的實施與推廣

我國骨干船企在三維測量技術成熟的基礎上開始了對分段模擬搭載技術的研究與運用，并逐步實施和推廣了分段O.T.S模式。

1）模擬搭載技術。模擬搭載技術簡稱O.T.S（one time setting），其方法就是利用全站儀對搭載分段和基準分段進行三維數據的采集，把測得的分段數據導入到三維精度分析軟件中，并在三維模型上進行實測數據與設計數據的自動套合生成偏差值，然后在電腦上用軟件對要搭載的分段與基準分段進行模擬搭載演示，確定搭載分段余量修割值，來制定有效修正方案，在總組平臺上對預搭載總段進行切割修正，以達到吊裝過程確保精度情況下實現一次定位。

2）O.T.S實施與推廣的實例。以江南船廠為例，該公司為了推行O.T.S技術還專門成立了O.T.S班組并通過大量的專業培訓來提高人員的技能水平。目前O.T.S在該公司主要運用在其承接的大型散貨船貨倉區域總段搭載，大型集裝箱船貨倉區域總段搭載和底部模擬總組，各類型集裝箱船艏部總段搭載，并取得了很好的效果。該公司在某大型集裝箱船上的實際作業中，總段搭載時實施O.T.S與傳統定位模式（先將一個分段/總段吊入船塢或船臺進行定位，施工人員根據相關基準線對搭載分段/總段進行余量線勘劃，等余量切割后再進行二次定位）在定位時間與投入的工時量對比情況見表1。

O.T.S定位模式由于將切割余量工作前移至平臺總組階段且使用自動切割設備，余量及焊道坡口一次切割完成，這樣不僅改善了作業環境、降低了工作難度，而且保證了搭載后良好的焊縫狀態。該公司的實踐證明實施O.T.S分段（總段）定位時間快，效率高且合攏口焊縫狀態好，提高了精度合格率，有效縮短了船臺（船塢）的搭載時間，降低了建造成本，所以該技術是值得推廣和完善的。

3 現代造船精度管理技術發展方向

①船體零件加工設備向數控化、自動化、機械化趨勢發展，零件加工精度越高對船體精度管理和控制更加有力。②統計各個階段補償值利用率，建立補償量標準，完善精度補償體系，這個方向的發展可以最大限度的減少現場修割工作量，提高工作效率。③由于測量和分析軟件不斷開發和更新推動了船舶建造過程的精度檢測技術不斷進步，也是未來大力發展方向。如韓國的精度管理系統（EcoMarine G1）發展到了精度服務器系統（EcoMarine G2），解決了數據無線傳輸時時更新與共享的問題。④造船精度專用工具、工裝的研究與運用，如分段總段胎架工裝、搭載支撐定位工裝等都能有效提高船體建造精度水平。⑤未來舾裝過程的精度控制也將成為造船精度管理技術的重要發展方向。如在鐵舾裝件的安裝，管子的制作安裝等方面運用精度控制手段對提高分段預舾裝率有很大意義。

4 結束語

作為船企核心競爭力之一的造船精度管理技術，它的發展與進步顯得尤為重要，盡管我國精控管理技術取得了一定的進展，但還沒形成一個完善的補償數據庫和一整套管理技術體系，且大多只局限于船體建造尺寸的精度控制，與日、韓企業相比還有一定的差距。為了進一步縮小差距，我國船企應通過加大研制和引進各種精度加工、測量設備，研究新工藝、新技術，開發三維測量、分析系統，學習先進的精度管理理念和方法等手段來提高我國的造船精度管理水平，以達到增強國際市場競爭力的目的。

參考文獻

[1]柳良音，等.現代造船模式下精度管理的新探索[J].造船技術，2008，（6）：5-7.

[2]鮑彤，等.Eco-system（精度軟件）在船舶搭載精度管理中的實踐與應用[A].2011中國造船工程學會優秀論文集[C]，2012：315-320.

[3]郭一鳴，等.船體建造精度控制測量方法研究[A].2011中國造船工程學會學術委員會造船企業精益生產學術研討會論文集[C]，2011：51-59.