全面質量管理理念在造船精度管理中的應用

孫 劍，付 剛

(1.江蘇科技大學，江蘇 鎮江 212003；2.南通象嶼海洋裝備有限責任公司， 江蘇 南通 226368)

0 引言

精度管理是當代造船的重大新技術之一，也是船企管理現代化的重要內容之一，船舶工業的發展離不開精細化造船模式的發展。我國的造船技術在近二十年當中取得了飛速的發展，管理水平也有很大提高。精度管理水平也取得了長足的進步，各大型船舶企業都有專門的精度控制部門，對精度管理工作也給予了足夠的重視。但我國各船企的精度管理工作仍處于初步階段，還只局限于對船舶建造階段船體的精度控制，而忽視了對設計準備階段的精度管理，沒有形成系統化、制度化的理論成果，借鑒全面質量管理理念在船舶建造領域形成一套獨特的精度管理體系對于我國發展成為船舶制造強國具有重要意義。

1 精度策劃

1.1 精度管理及全面質量管理的概念

精度管理就是以船體建造精度標準為原則，通過科學管理方法和先進的工藝技術手段，對船體建造進行全過程的尺寸精度分析與控制，以最大限度地減少現場修正工作量，提高工作效率，降低造船成本，保證產品質量[1]。精度管理分事先管理和事后管理。事先管理強調策劃階段的精度管理，而事后管理強調船舶建造過程中的精度管理。全過程的尺寸精度分析與控制也是全面質量管理理念在船舶精度管理中的具體體現。

全面質量管理TQM是指一個組織以質量為中心，以全員參與為基礎，目的在于通過顧客滿意和本組織所有成員及社會受益而達到長期成功的管理途徑[2]。在精度管理活動中，每一道工序的下道工序即為前者的顧客，所以，精度管理的目的就是讓船舶建造各工序尺寸精度可控，每一道工序均滿足下道工序的要求。

1.2 精度策劃的組成

精度策劃為精度管理活動中的事先管理，其體系主要包括的內容有：分段總段劃分圖(BD)、搭載網絡圖(ES)、詳細組立流程(DAP)、總段總組流程圖(FSD)、單元劃分(UD)、精度布置圖、精度計劃書、精度交底等。上述圖紙文件體現了一條船的整個策劃制造過程，策劃階段的精度管理對于整個精度管理工作具有重要意義，相較于事后精度管理將產生事半功倍的效果。下面將就策劃階段的具體內容作詳細介紹。

1.2.1分段總段劃分設計概念及精度影響因素

分段總段劃分圖BD指的是在考慮到船廠的起重能力、場地、設備、船體結構、舾裝布置等眾因素的基礎上，綜合建造周期、精度控制、生產管理而形成的生產設計圖紙，是立足于計劃、物資、質量、成本、安全等基礎上形成的殼舾涂一體化劃分方案。分段總段劃分首先須滿足船廠起吊設備的起重能力和場地要求，具體劃分時再綜合考慮鋼板預處理的最大規格、精度控制的難易程度、艙室劃分的完整性以及預舾裝率等各因素。

分段劃分必須考慮到裝配與焊接的便利性，盡量在大接縫處創造出良好的施工操作環境。分段縫應有利于高效焊的應用與推廣，減少手工焊和焊接變形，提高一次精度合格率。

分段劃分還需考慮舾裝作業前移，提高分段預舾裝率，為單元舾裝及組立舾裝創造條件。對于舾裝作業量較大的機艙區域，合理的分段劃分形式將極大地減少后道分段內舾裝件及船體對接區域的修正工作。

船體分段總段劃分必須依據“船體為基礎，舾裝為重點，涂裝為中心”的建造思路，滿足殼舾涂一體化設計的理念，盡量擴大總段的范圍，減少船塢龍門吊的吊數，提高總段的總組精度，減少船塢修割。

1.2.2DAP設計概念及精度影響因素

分段的典型組立流程(DAP)綜合考慮到制造部門的設備設施、場地布置、工藝流程、人員素養等建立了每一個分段從小組立、中組立、大組立三個階段所有零件、部件、組立的裝配關系，設計的組立順序與生產部門的制造流程相一致。典型DAP見圖1。

左邊欄為組立流程圖，其中①～⑤為小組立件號；右邊欄為組立流程順序，1～7表示具體順序，其中圓弧箭頭表示需翻身

DAP的設計應結合各船廠現場的實際情況。在進行DAP設計之前，須根據不同建造工位的設備配置、施工工藝、人員素質等因素，分析各個施工過程的精度控制重點及難點，保證各工位精度處于受控狀態。

DAP 設計的時候需要根據具體的生產現狀，綜合分析各級組立的翻身、吊運、運輸、預舾裝等信息，進行不同工位、不同部門之間的生產負荷平衡，從而實現分段建造效率的最大化。同時密切關注各施工過程精度控制情況。

DAP 設計還應重點關注舾裝流程。各級組立的劃分以及組立制造基面的選擇應便于舾裝作業的開展，保證部件制作過程中舾裝件安裝前移工作，減少舾裝件在后道施工對精度及進度的影響。

DAP 設計的時候應重點關注各片段制作的難易程度及精度。對于線型較大的艏艉部分分段，要充分關注片段線型的精度控制及各片段合攏過程中焊接變形對分段精度的影響，DAP設計要盡量利于分段精度的控制。

1.2.3FSD設計概念及精度影響因素

總段建造流程圖(FSD)表達船體總段從分段結構完工到總段的形成過程。FSD結合船廠的場地、起重、運輸、涂裝、密性、物資配套等信息，用文字以及模型表達了分段的運出狀態、預舾裝、吊裝方式、預總組及總組方式等信息。典型FSD見圖2。

①～③預組為A；④～⑤預組為B；A、B總組為C總段。

FSD的設計需要考慮結構與舾裝件總重量在滿足起重能力的情況下盡可能地擴大總段范圍，充分利用吊車資源，減少船塢搭載次數，實現船塢周期的縮短。

FSD設計的時候須考慮分段在運輸、吊運，以及總段在總組及船塢搭載吊裝過程中的變形。在不確定的情況下可進行有限元強度分析，確定所需的結構加強數量及位置，減少運輸及吊裝變形，保證總段精度符合要求。

FSD設計需要考慮提高舾裝的完整性，盡量將舾裝件安裝工作前移，減少后期安裝對船塢周期的影響；盡量提高區域總段舾裝的完整性，盡可能地將區域內的管系、設備、電纜等在總段內進行安裝。

不同的FSD設計對于精度控制的難易程度不同，因此在設計時須考慮對精度的影響，選擇精度控制便利的方案，減少因精度質量不合格造成大面積修割。

1.2.4精度布置圖的設計

現有精度控制理論就是通過在策劃過程中加放一定的余量、補償量以及分散延長來彌補各種因素對船體結構尺寸的影響，并在過程中予以嚴密監控，從而使各中間產品尺寸滿足精度要求的一系列方法的集合。而余量、補償量以及分散延長的具體加放值則受多種因素的共同影響，如板厚、分段劃分形式、焊接方法、坡口形式、焊接設備等，這些因素共同決定了余量、補償量及分散延長加放值的大小。為能夠將各因素的影響進行量化，從而確定余量、補償量、分散延長等各項具體指標，特通過以下計算公式進行體現。

主要的量化計算公式為：

實際尺寸=理論尺寸+余量+補償量+分散延長+焊縫補償值-坡口間隙值

式中：余量為主要用于線型較大且精度控制較難的區域，在分段完工后予以割除；補償量為主要用于彌補分段總組搭載過程中的焊接收縮；分散延長為用于彌補分段內部構件在焊接過程中的焊接收縮；焊縫補償值為用于主板拼板過程中焊接收縮所作的補償值，具體加放值視焊接方法而定；坡口間隙為各主板進行對接焊接時都需要預留一定的間隙以保證焊接質量，不同的焊接方法要求的坡口間隙尺寸不同，計算時按實際情況予以扣除。

1.2.4.1余量及補償量的設置

余量及補償量的設置受各種因素的影響，在設計過程中須綜合考慮具體船型、板厚、分段區域、外板線型、內部構件密集程度、焊接工藝、氣候溫度、總組搭載方式等各種因素。余量及補償量的設置主要是保證分段完工后期的總組搭載精度，尤其是在搭載階段的分段精度不合格、吊裝變形、焊接收縮等不可控因素較多情況下采取的措施。在精度控制達到一定水平的后期有望完全取消余量設置，做到全船無余量制作。余量補償量符號設置及解釋見表1。

1.2.4.2分散延長的設置

分散延長的設置主要是為解決船體結構在焊接過程中焊接收縮對結構尺寸帶來的不利影響。由于影響焊接收縮的因素非常多，如板厚、構件尺寸、分段區域、焊接方法、焊接工藝等，這些因素都會對焊接收縮值產生極大的影響，因此，分散延長的設置就成為精度策劃的關鍵內容之一。現今對于分散延長的設置主要采取同船型數據收集分析，運用數理統計的方法統計相應的焊接收縮值，再對新船型同母型船進行相應的對比分析，綜合考慮各影響因素后分區域進行分散延長的設計。

1.2.5精度計劃書的編制

精度計劃書作為船體精度控制的依據對建造階段船體分段的建造、總組搭載過程具有重要指導意義，是指導船體建造的技術性文件。精度計劃書主要包括船體主尺寸、船型特點、分段建造方式、分段建造精度控制難點、精度控制標準、總組搭載方式等重要內容。

表1 余量補償量符號設置及解釋

1.2.6精度交底

精度交底工作一方面可以讓施工作業人員及現場的技術人員了解各中間產品的精度控制點，讓現場施工人員了解設計者的意圖；另一方面可以對設計圖紙進行會審，發現并解決各專業設計之間可能存在的矛盾，消除施工圖上的差錯。現今很多船企只重視后期船體建造階段的精度控制，而不重視設計階段的精度控制，對準備階段精度交底的過程重視不夠，現場施工人員對精度控制重點理解不夠，后期精度控制的效果往往事倍功半。因此，對于船企的精度控制部門來講，必須重視精度計劃書的編制以及對現場施工人員及技術人員進行技術交底，使每個參與人員了解作業重點，避免后期出現大量的修正及返工，減少資源的浪費及工期的影響。

2 精度控制

2.1 精度控制流程

2.1.1加工部裝階段的精度控制

加工部裝階段作為船舶建造流程的源頭，其精度控制的好壞對后續流程中的中組乃至分段質量有著顯著的影響，因此，對于加工階段的各項目均需進行精度管控，如主板、大拼板、曲板、小組立、T排、板條等，抓好加工階段的精度控制工作將對后續流程中的精度管控工作起到事半功倍的效果。

2.1.2分段的精度控制

分段作為現有造船模式中的主要中間產品，其精度質量直接體現各公司的精度管理水平。各造船企業對分段的精度控制都有著自己的控制流程，主要是將制作流程分為P階段、B階段、C階段、D階段四個階段。通過過程階段的劃分，能更好地體現過程中的精度控制，更有利于分段精度的控制，同時明確過程控制的時間節點有利于報檢、檢驗、修正等報檢流程的實施，方便現場管理工作的開展。

2.1.2.1P階段

P階段主要是針對拼板劃線一系列流程的精度控制，包括胎架水平檢查、拼板主尺寸檢查、劃線尺寸精度檢查。該過程是分段制作的起始流程，對分段的制作精度有著決定性的影響，特別是劃線精度的檢查，該過程涉及到分散延長的加放，劃線精度的好壞直接決定前期策劃的效果。

2.1.2.2B階段

B階段主要是指在裝配完成且焊接率達30%狀態下對分段狀態進行檢查，對于精度問題超差的現象方便進行修正，維修成本處于最佳狀態。

2.1.2.3C階段

C階段為焊接工作接近完成狀態，焊接過程中產生的焊接變形已完全體現。該過程的檢測是對分段制作結果的最終檢驗，是分段能否順利提交的依據。因此，必須重視對該過程的控制，對于產生的問題及時進行修正，線型偏差較大的地方及時進行火工矯正，防止不合格產品流入下一流程，減少后道維修成本。

2.1.2.4D階段

D階段為分段完工后的收尾階段，主要檢查分段的線型、完整性、涂裝保留等項目。通過該階段的檢查可以確認分段在涂裝之前的完整性，避免在分段完工后的修正對油漆涂層造成破壞。同時通過該過程的驗收也預示著分段中間產品的結構性完工，可以進入下一流程。

2.1.3總組搭載的精度控制

總組搭載階段的精度控制主要是針對分段總組和總段搭載過程中的精度控制，該過程精度控制的水平直接影響船塢搭載周期和總體建造成本。對于散貨及郵輪之類的低附加值船舶來講，這類船舶搭載精度要求較低，因此船塢周期影響還較小；但對于超大型集裝箱船及LNG船這類高附加值船舶，其船塢周期占整體船舶建造周期60%以上，且這類船舶的貨艙精度要求極高，如由于搭載精度控制不良，將影響導軌及絕緣箱的安裝。

2.2 精度控制手段及方法

目前，精度控制主要方式采用二維加三維相結合的方式進行檢查測量。二維方式主要是采用卷尺、剛直尺、線墜等工具進行檢查；三維方式主要是使用全站儀、經緯儀等精密測量儀器進行取點測量，同時使用三維分析軟件進行模型分析的管理方法。

二維工具及三維測量共同構成了精度測量的主要監控手段，各有優劣，共同發揮相應作用。對于線型較大的分段主要采用全站儀進行現場取點，再同模型進行比對分析，從而得出測量結果。

3 結語

本文重點對我國船舶企業近年來在精度管理方面取得的成績進行總結，通過調查研究發現主要分為前期策劃、過程控制、后期總結三個過程。我國船舶業近年來取得了飛速的發展，相關精度管理工作逐步做到從無到有，但相關工作在推進摸索過程中還處于比較凌亂的狀態，沒有形成完整的體系。本文為今后精度管理工作的開展提供了一個比較通用的思路，即借鑒全面質量管理理念，在船舶建造過程中進行全過程的尺寸精度分析與控制，希望能將我國精益化造船模式推升到新的高度。