工藝裝備在船舶修造工程中的應用

孫東輝 李佳偉

工藝裝備簡稱工裝，是指產品制造過程中所用的各種工具總體，包括刀具、夾具、模具、量具、檢具、輔具、鉗工工具和工位器具等。使用工藝裝備的目的：有的是為了制造產品所必不可少的，有的是為了保證加工制造的質量，有的是為了提高勞動生產率，有的則是為了改善勞動條件等等。

一、工裝分類及特點

工藝裝備按照其的使用范圍，可分為通用和專用兩種。

通用工藝裝備（簡稱通用工裝）適用于各種產品，如常用刀具、量具，一般單件金額較低，財務會計上作低值易耗品處理，資產評估中幾乎不會列入固定資產。

專用工藝裝備（簡稱專用工裝），即僅適用于某種產品、某個零部件、某道工序的，屬專用資產，且大多單件金額較高，符合固定資產的定義和確認條件。

專用的由企業自己設計和制造，而通用的則由專業廠制造。一般而言，專用工藝裝備的數量與企業的生產類型、產品結構以及產品在使用過程中要求的可靠性等因素有關，在大批大量生產中要求多用專用工裝，而單件小批生產則不宜多采用；產品結構越復雜、技術要求越高，出于加工質量的考慮，也應多采用；產品和工裝的系列化、標準化和通用化程度較高的工廠，專用工裝的數量就可以適當減少。

二、工裝在船舶修造工程中的概況

工裝在船舶修造工程中的應用相當廣泛。在一些大型的造船廠已經實現了殼、舾、涂一體化的分段建造的流水化作業，這與工裝的大規模應用密不可分。

在整個船舶建造的工藝流程中（如圖1）從材料入庫、下料加工、零部件裝焊、分段裝焊、到分段合攏，工裝的種類和數量也較多，規格尺寸相差迥異，包括各種吊運工具、料斗、工具箱、工具架、工作平臺、胎架等，例如板材、零件或者分段吊運常用的吊卡、吊鉤和卸扣（如圖2）；除此之外，還有工人在加工和裝配中常用的活絡樣板、可調拉桿和手拉葫蘆（如圖3）。

在塢內或者船臺的分段搭載階段更多的是采用專用工裝，綜合考慮分段的結構特性、船廠自身的生產計劃安排和吊運能力、工藝條件等因素，旨在提高生產安全、進度、質量和控制成本，包括分段吊運、合攏用的胎架和擱架，分段吊裝用的專用吊鉤例如圖4中分段的吊裝與搭載。

由于分段數量較多、重量較大、規格尺寸各不相同，工裝在船舶建造工程中的應用整體呈現種類、規格、數量繁多，標準化和通用化程度較低，專用化程度較高。相比通用工裝，專用工裝在船舶建造過程中得到了更加顯著的應用。同時，對工裝普遍存在管理上的混亂，比如一次性使用、亂擺亂放等，還有設計上的不合理、不實用造成浪費的現象也時有發生。

三、專用工裝在船舶修造工程中的應用

船舶修造工程區別于其他機械類的工程主要有以下幾個特點：

1.作為鋼制為主的大型工程，從幾千噸到幾萬噸的重量，零部件繁多，管理水平對控制工程整體的成本、質量和進度起到了至關重要的作用。

2.以分段為核心的分段建造法。對分段的建造、吊運和存儲是控制成本和進度，保證質量最基礎的一環。

3.塢內或船臺搭載作為船舶下水前的主要工程，直接影響船廠的產能和效率。

專用工裝貫穿整個工程從材料到成品得到了廣泛的運用，也起到了重要的作用。根據船舶修造工程的特點，下面列舉幾種常見的工裝及其作用：

1.因為分段本身自重少則十幾噸，多則幾十上百噸，所以在分段吊運、翻身的過程中一般都會根據分段的結構特點對分段進行臨時綁扎、支撐及保護（如圖5），待分段搭載之后再將其拆除。主要起到了對分段形體的固定作用，使其便于安裝。不同的裝配工藝和吊裝方案需采用不同的工裝方法。

2.作為大型的鋼制工程，船舶修造工程中經常發生安全事故。比如，腳手架是為了保證各施工過程順利進行而搭設的工作平臺，但是腳手架也是最容易出現安全隱患的地方。如何利用工裝制作或者改進既合理適用又安全可靠的腳手架一直是一個重要的課題。例如圖6中的舵和軸、槳安裝的作業平臺，相較于普通的腳手架更加安全牢固，而且還便于施工和管理。

3.胎架起到了承受分段重量、方便裝焊的作用，但是不同的分段制作工藝使用的胎架也有不同，有些曲面分段的胎架還不能重復使用。通過改進，使用可移動螺旋頂桿式胎架，既方便管理，又可重復使用（如圖7）。

船舶修造工程中零部件數量大，種類多，如何利用工裝幫助零部件的運輸管理和裝配，以期達到事半功倍的作用。例如圖8中，型材裝配工裝在施工中常見的簡單實用小工裝；管子法蘭端面封帖要比填塞物更好的對半成品的管子起到保護作用。

四、工裝的管理和專用工裝的設計選擇

正是因為工裝在生產過程中的重要作用，工裝的設計選擇必須遵循一定的原則，管理必須規范。

工裝除了可以分為通用工裝和專業工裝；也可以根據標準化程度分為標準和非標準工裝；還可以分為組合和非組合工裝，可調和非可調工裝等。對于工裝的管理，必須做好分類，以及資料備案，且有序可查。同時，也要對工裝使用情況進行統計，記錄工裝的利用率和額定消耗，計算工裝的消耗費用。對于工裝的存儲、維修保養也需根據規章制度結合實際情況進行。

專用工裝的設計選擇一般需遵循一定的流程。首選，由資產管理部和生產部門出具專用工藝裝備設計任務書，對專用工藝裝備設計提出的一種指示性文件，作為工裝設計人員進行工裝設計的依據。其次，由技術部門的根據專用工裝設計任務書進行設計，由生產部門制造。制造完畢后由質檢部門工裝，通過試驗、檢驗、試用，考核其合理性，出具工藝裝備驗證書。管理部門對新工裝進行備案記錄，需包含工裝負荷、復雜等級、重量、尺寸等參數。

工裝的設計選擇的一般規則，包括生產綱領、生產類型及生產組織結構；產品通用化程度及其產品壽命周期；工藝方案的特點；專業化分工的可能性；標準工裝的應用程度；現有設備負荷的均衡情況；成組技術的應用；安全技術要求。工裝設計選擇的經濟原則，是指在保證產品質量的條件下，用完成工藝過程所需工裝的費用作為選擇分析的基礎：選擇不同工裝方案進行比較；產品數量和生產周期；提高產品質量和效率的程度；工裝的制造費用及其使用維護費用。確定工裝復雜系數，以便對其進行技術經濟評價；完善工裝的設計、制造、使用過程的管理。分析工裝選擇后的效益，主要用計算消耗費用與額定消耗費用之間的比較，進行評價，并納入企業考核的技術指標。

隨著我國造船模式向“精益造船”方向的發展，造船精度的提高為裝焊流水化、自動化、智能化提供了發展所必要的基礎。隨之，工裝的應用也向著規范化、標準化、通用化的方向發展，為了提高生產效率和產品質量，降低生產成本，方便管理，加強安全，將會出現更多的自動化、數字化的工藝設備。目前，在全球經濟低迷和船舶行業不景氣的大背景下，我們只有練好內功，蓄精養銳，深入開展船舶工藝及裝備技術的研究和應用，快速提升焊接裝備技術水平，為世界船舶行業的下一個大發展做好蓄勢待發的準備。