造船典型中間產品生產過程中“0.1%”遺留工程的分析和對策

吳幼奇, 劉建峰, 曹 嶺

(上海外高橋造船有限公司， 上海 200137)

0 引 言

船舶建造是一項極為復雜的工程。按照不同的工藝階段，將構成船舶某一部分 “實物”定義為相應階段的中間產品，經過產品導向型工程分解，這些中間產品的制造過程，即是中間產品的工程項目[1]。基于現代造船模式，船廠生產部門面對的是一個個被分解的中間產品，即中間產品的制造過程。船舶建造是一種拉動式生產，以后道的需求拉動前道的作業計劃，造船生產的計劃、設計、工藝、物流、管理等都是以中間產品為對象而組織開展的。對于一個作業區來說，每個中間產品制造就是一個工程項目，有嚴格的工程技術標準和作業標準，具備完善的質量控制體系和安全管理體系等。

典型中間產品如分段、總段等中間產品制造過程還包括管系安裝、鐵舾件安裝、涂裝等多工種的復合作業，在這些典型中間產品生產過程中往往會有遺留作業至下道工序，這些作業的工程量往往不大，本文統稱為"0.1%"遺留工程。“0.1%”遺留工程作業內容繁雜，在實際建造過程中經常會影響下道工序。最后“0.1%”工程的遺留引起后道作業返工和修正，造成作業周期延長、作業環境變差、人力物力耗費增加等問題，導致建造成本上升。本文提出面向造船中間產品的“0.1%”遺留工程，分析“0.1%”遺留工程的內涵以及對整個造船項目管理的影響，分析成因，提出解決路徑，以達到完整的中間產品建造和檢驗，實現價值增值的目標。

圖1為某船廠的造船工藝流程，中間一條線以船體建造為基礎；上部以舾裝作業為主線，其物流的對象為托盤、單元或模塊；下部以涂裝作業為主線，從分段到碼頭全過程。基于此模式，船廠生產部門面對著的是一個個被分解后的中間產品。

圖1 某船廠造船主要流程

1 典型船舶中間產品制造項目特征

中間產品在船舶建造過程中分為船體建造和舾裝作業兩種類型，其中，船體建造包括：零件、部件、分段、總段；舾裝作業主要有托盤、單元、模塊等。以區域類型來劃分，船體結構分為艏部區域、貨艙區域、艉部區域和上層建筑等4部分，通過各自獨立工藝流程并行展開各種作業，實現空間分道、時間有序、責任明確、相互協調的作業優化排序。按照船舶建造流程，將船舶分段建造的中間產品進行分類，如表1所示。

表1 分段建造中間產品分類

選取典型平行舯體分段、機艙分段預舾裝中間產品予以說明。

(1) 平行舯體分段。平行舯體分段多采用肋板拉入法進行，其肋板垂直度、縱骨直線度等應滿足精度要求，以防止出現貫穿孔處裝配間隙過大造成的焊接不良和應力集中。部分外板、甲板上設置的舾裝件(如帶纜樁、導纜孔、絞纜機基座)反面應布置結構加強。為保證結構對位，基座本體精度、反面結構安裝精度應滿足要求，且應在分段階段按照圖紙進行裝配精度檢驗線施工以便后續對位安裝。

雙層底分段多設置有長管隧，壓載管應在分段階段進行預舾裝作業，在涂裝前采取管口保護[2]。另外對于涂裝還應滿足所有類型船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側處所保護涂層性能標準(Performance Standard of Protective Coatings， PSPC)的要求。

分段完整性檢驗應包括船體結構裝配完整性檢驗、裝配精度檢驗、焊腳檢驗、預密性檢驗、鐵舾件安裝檢驗、管舾裝安裝檢驗、涂裝檢驗等。

(2) 機艙分段預舾裝。機艙底部舾裝區空間狹小，是整個船舶管路、電纜、風管等舾裝件分布最為密集的區域。該區域舾裝件錯綜復雜，加上施工過程中不同工種的交叉作業，給機艙區域的分段舾裝完整性以及質量和安全控制帶來了一定困難。

機艙區域分段多以甲板面為基面進行反態舾裝，分段階段的舾裝作業有反頂管件及支架、反頂管束單元、側壁管束單元等管系的安裝，眼板、斜梯、風管及支架等鐵舾件的安裝以及電纜托架、通艙件等電舾件的安裝，如圖2所示。

圖2 機艙區域反態舾裝

機艙內敷設的大量管舾件、電舾件在進涂前應進行管口保護，避免破壞內部涂層或進入垃圾。機艙一般是橫骨架形式，大量肋骨軟趾端尺寸應滿足設計標準，避免隨意換板或切割破壞。機艙內艙壁、甲板等板材均較薄，其平整度應滿足船級社質量標準。

2 中間產品“0.1%”遺留工程成因

雖然通過相似性原理將船舶逐級劃分為一個個相似的中間產品，但每個中間產品的制造還是極為復雜的，其復雜性體現在：中間產品的制造工藝、物量等具有技術要求高、數量多等特征；中間產品的種類繁多，管理的維度多、項目多、難度大；中間產品的時間性強，運轉快；中間產品與相鄰的其他中間產品之間的接口設計復雜，如分段與分訊、總段與總段、單元與船體結構、管子與管子對接等。這種復雜性形成了大量的管理數據，需根據類型進行管理、分析和決策。

2.1 “0.1%”遺留工程內容

中間產品“0.1%”遺留工程內容如表2所示。其中精度、背燒、舾裝和結構完整性最突出，精度工程(包括端差)遺留約占60%，結構完整性約占15%，舾裝完整性占10%，其他占15%。

表2 中間產品“0.1%”遺留工程內容

2.2 “0.1%”遺留工程成因

按照船廠工藝流程(見圖1)，即使是相同的作業放在不同的階段去做，其難易程度所耗費的資源都是不同的。假定將加工階段耗費的成本設定為“1”，那么同樣的作業到組立階段則為“3”，到總組階段則為“5”，船塢階段則為“7”，碼頭系泊試航階段則為“9”。換言之，系泊試驗階段相同的作業耗費成本將是加工階段的9倍。造成中間產品“0.1%”遺留工程的主要原因如下：

(1) 分段精度管理難點。根據不同的區域和不同的分段類型，分段精度管理點是不同的。以最簡單的雙層底分段為例，其精度管理范圍包括尺寸管理、水平管理、端差管理、端面重合度管理等。分段精度嚴重超差將影響后續船塢搭載和管系預舾裝等工作，一般可以將雙層底分段精度問題原因歸結為以下幾點：

① 主板、型材切割不良。主要是指在加工切割階段由于種種原因導致的切割尺寸超差、自然坡口、板材型材邊緣切割直線度不良，由此導致后續分段裝配過程中主尺度不良。

② 裝配定位不良。主要是指在內外底板拼板階段以及定位不良等導致的分段端面重合度超差和構件端差不良，由此會導致后續搭載時出現“剪刀口”、舾裝管系定位偏差而引起搭載干涉等。

③ 內外底水平不良。主要是由焊接過程中產生焊接變形、支撐加強不到位而引起的水平超差，由此導致后續隔艙、橫艙壁、底邊水艙搭載過程中進行背燒、修正等。

(2) 舾裝作業的難點。中間產品由于舾裝產生的缺陷主要分為兩類：一是舾裝精度不良產生的缺陷，二是舾裝完整性不高而產生的缺陷。

① 舾裝精度管理目前國內船廠開展得很少，舾裝精度問題多種多樣，比如由于管系安裝精度不良造成的管子偏心、管子錯位問題，以及管子與其他舾裝件、設備、船體結構等各種干涉問題，一旦發生以上問題現場往往很難調整，不得不借助于制作現校管的方法予以解決，大幅增加成本和工期。

② 舾裝完整性難點。舾裝完整性是指應根據管子分段托盤管理表和安裝圖在分段制作階段將管舾件等安裝完整；分段內部的調整管安裝完畢；支架、腹板、套管與結構焊接部位應清除焊渣、飛濺物，對支架、腹板焊接部位還需補油漆；根據圖紙要求在分段階段進行管系密性，隔艙分段所有管子要求密性結束；穿越甲板、大梁、鋼圍壁等的風管通艙件應按圖紙安裝完成；管子開口端應采取有效的保護封妥措施；另外對于閥件等還需核對證書編號等，除此之外，還有相應的電舾、鐵舾等的完整性安裝。

(3) 總組搭載過程中的難點。總組搭載階段引起中間產品缺陷的問題也是多種多樣的，除了常規的總組搭載精度不良、舾裝完整性不夠和結構干涉等原因外，還有一些其他因素需予以考慮，比如根據總段吊裝要求檢查吊馬及加強，拆除多余的吊環、眼板和分段臨時加強而造成的油漆破壞；總段階段完成擱置門架或擱墩位置的油漆修補；總段內各分段大接頭處在焊接結束并完成密性后，外板焊縫打磨，總組施工作業時造成的破損等。舾裝單元組裝后在機艙進行安裝，如圖3所示。

圖3 機艙底層總段盆舾裝

3 中間產品“0.1%”遺留工程實際案例

在大型船舶建造過程中，中間產品的“0.1%”遺留工程對后道的生產影響巨大，不僅影響人力物力，而且嚴重影響建造進度和生產效率的提升，解決“0.1%”遺留工程就是最大的提質增效。在船舶建造中，往往認為某一建造階段的遺留工作對后道影響不大，在后道可以通過人為簡單處理就能解決，但其實這些小問題最終累積到后道均變成了大問題，均需以多倍的付出去解決。

圖4對某船廠近年來總組搭載發生的精度問題進行分析。從圖4可以看出，問題數量逐年減少，但是從問題類型來看，造成總組船塢搭載的精度問題基本是遺留的一些端差問題、構件錯位、垂直度不良、背燒不良等。這些被認為是中間產品的小缺陷恰恰是造成后道累積問題的根源，嚴重影響船塢周期的提升。

(1) 小組立精度遺留工程。小組立精度遺留工程主要是劃線、端差、舾裝件安裝錯位、尺寸偏差。在小組立階段存在的尺寸偏差往往超出標準1～2 mm，累計到后道則會成為大問題。小組立肋板拼接是加工車間每天都要做的事情，在肋板拼接過程中，多拼板進行拼接由于尺寸累計和穿越孔自身切割的自然坡口，就會造成肋板穿越孔與穿越孔之間的尺寸偏差，如圖5所示，這些尺寸偏差雖然只超出標準1～2 mm，但對后道肋板拉入影響很大。

在平直中組裝配流水線對加工遺留的FR 233肋位精度問題進行跟蹤，發現超出標準2 mm的穿越孔基本需進行二次切割，如圖6所示。通過對二次切割造成人工、氣體、胎位周期、打磨、焊接等消耗的測算，得出每切割一處需投入人民幣200元。

圖4 總組搭載問題數量及類型比例

圖5 肋板穿越孔間距偏差

圖6 肋板穿越修割

(2) 分段精度工程遺留。分段精度工程遺留一般主要是端差、100MK線、洋沖遺留、尺寸、結構水平超差，局部舾裝精度超標等問題。從分段總體精度遺留工程分析，其中端差占比最大，也是嚴重影響原始坡口保留率提升的主要因素，如圖7a)所示，在分段階段185分段中存在13 mm內部材端差，在搭載過程中與145分段進行對接，出現累積25 mm的間隙，造成間隙的主要原因是185分段自身端差問題。如圖7b)所示，前道分段主板端差、端面切割質量不良造成了搭載對接間隙超差。這些端差造成的搭載精度問題只能通過開刀修正調整，在船塢只能通過高空作業進行修正，既破壞了油漆，又耗費大量人力、物力，影響船塢分段快速吊裝和船塢周期。

(3) 舾裝精度工程遺留。分段舾裝精度工程遺留一般主要是劃線、管子安裝端差、結構和舾裝的匹配精度超標等問題。對舾裝來說，實施精度管理難度較大的是管舾，其不僅涉及管子的下料、制作和安裝精度，而且還涉及分段制作與合龍精度。現今國內大部分船廠往往忽略對管件制作安裝的精度控制，這些遺留精度問題都是在后道通過采取撤換管子、“硬裝配”或增加一個合攏管的方式解決。撤換管子不僅浪費材料、提高成本，而且還增加施工人員反復作業工時，在造船成本上升的同時又延緩了建造進度。“硬裝配”通常指在需要對接的兩組管子出現明顯偏差時施工人員通過一定措施(如拉伸、壓彎、調整U型卡套螺栓位置等)強行將法蘭對接，如圖8a)所示，大多導致管子發生局部塑性變形，內應力突增，表層油漆或涂塑出現裂紋或脫落。強度要求較高的貨油和壓載水管路如采取硬裝配，將會產生很大的安全隱患。增加一個合攏管是兩管段合龍時偏差大到無法通過以上措施硬裝而采用的方法，也是現場施工時最為普遍的現象。圖8b)為國內某船企在一艘散貨船上使用合攏管和現校管連接管線，施工人員在現場實際測量兩管段法蘭具體位置坐標后再至管子車間加工合攏管和現校管，最后吊至船塢對接處進行裝配，這也是無法提高預舾裝率和施工效率的重要因素之一，嚴重影響船塢周期和生產效率。

圖7 分段搭載端差問題

圖8 分段舾裝搭載問題

(4) 背燒問題遺留。在船舶建造過程，大量的工作通過焊接完成，在構件、片段、分段、總段焊接過程中都會出現焊接變形，此時需通過背燒進行焊接應力釋放和校正。但往往在中間產品制作過程中會出現小組構件不背燒或背燒不良就送往下道，在下道的構件裝配焊接組裝成片體或分段，焊接應力增大，分段完工后變形增加，如圖9a)所示。在中組階段背燒難度加大，有些位置通過背燒無法達到品質要求，只能通過校正實現要求。分段和總段階段完工不按照工藝要求開展背燒作業，將這些工作遺留到后道影響更大，因為此時分段總段在船塢的再次修復需高空作業，背燒不僅消耗人力、物力，影響本質安全，還會因為背燒造成的油漆破壞和環境污染，如圖9b)所示。

圖9 現場背燒問題

4 中間產品“0.1%”遺留工程解決路徑

中間產品的制作是一個系統的工程項目，所以中間產品缺陷問題解決路徑也可歸結為設計、建造、管理等3類。

(1) 設計。從設計源頭進行詳細策劃和方案優化，需重點做好中間產品的劃分和中間產品的完整性建模。中間產品的劃分是后續中間產品建造的基礎，在劃分時需遵循以船體為基礎，舾裝為中心，涂裝為重點的殼、舾、涂一體化設計原則，遵循高空作業平地做，封閉作業敞開做等基本原則[3]。中間產品完整性建模需考慮船體結構完整性建模、精度完整性建模、裝配完整性建模、舾裝完整性建模等。對于船體結構完整性建模是指要建立完整的板架、型材、過焊孔、肘板等模型，避免船體結構信息或模型遺漏。精度完整性建模是指在船體建模過程中，應將精度余量、補償量、分散延長量等精度信息建立進模型中，避免理論模型尺寸出現誤差。裝配完整性建模是指將包含了各種工藝信息的全部零件完成分段建造流程規劃，形成裝配組立樹，理順各零部件加工和裝配順序。舾裝完整性建模則是指根據殼、舾、涂一體化原則，根據舾裝作業階段，將船舶管系、設備、電舾件等完整地建立模型，并根據作業階段作業內容形成托盤，保證舾裝作業的完整性。

(2) 建造。建造階段工作極為復雜，可從以下幾個方面著手進行：①做好分段建造的精度控制工作。后道大量建造問題的產生往往是由前道分段精度控制不良引起的，在分段建造過程中應嚴格按照精度策劃書建造方案和相應的工藝文件執行，避免分段出現嚴重的尺寸不良、扭曲等精度問題，減少后道的修正作業。②做好舾裝件的安裝和保護工作，如圖10所示。根據舾裝安裝托盤，完成相應舾裝件的安裝工作，這里主要解決的問題：一是需確定舾裝安裝托盤的完整性，即舾裝件是否有缺失；二是需解決舾裝件安裝精度控制問題；另外，對于安裝完成的舾裝件需相應地進行保護，比如管子開口端應采取有效的保護封妥措施，欄桿扶手等需做好油漆補涂工作等。

圖10 舾裝件及管口保護

(3) 管理。無論是設計問題還是建造問題，最后都能歸結為管理問題。船舶中間產品建造完整性涉及的檢查項目極多，管理工作也極為復雜。對典型船舶中間產品制造中“0.1%”的管理問題，更需予以充分重視。可從以下幾方面改善提升：

① 事先確認中間產品完整性檢驗項目。分段完工檢驗項目極多，包括分段完工精度檢查、背燒檢查、無損檢測、CM節點、焊縫檢查、結構檢驗、預密性檢查、預舾裝安裝檢查等。同時，對不同的船舶分段，完整性檢驗的項目和要求也是不同的。因此，為保證中間產品完整性，不僅需確定附件完整性檢驗的基本項目，而且還需明確每個項目包括的內容細節，最終形成中間產品完整性檢驗清單。如管系預舾裝檢查，不僅要求管子安裝無遺漏，而且還需保證安裝位置準確、表面處理完好、管子端頭保護完好等。對中間產品的精度檢查，可以形成如表3所示的精度收尾檢查精度表，防止檢查項目的遺漏。

表3 精度收尾檢查精度表

② 制定中間產品完整性檢驗階段和流程。根據中間產品完整性檢驗項目的不同，應該在不同的施工階段進行檢查。例如：水線、牛腿、100MK線檢查等可在中間產品建造完工脫胎后進行；對于預舾裝完整性檢查，由于牽扯的項目可能極多，可在建造過程中就對托盤進行檢查并在建造完工后再次進行確認檢查，但前提應保證中間產品結構和預密性已檢驗合格；對于精度檢查、探傷檢查、附件完整性檢查等，由于各部分相互獨立，可以相互并行檢查，以縮短整個周期。

③ 人員的管理和培訓。對于中間產品完整性檢驗，可以推行區域化定責管理，將相應工作明確到人，做到專人專責、職責明確，避免相互推諉扯皮現象的發生。另外，需依托企業內外部條件，積極開展培訓工作，確保有關人員對中間產品完整性檢驗項目熟悉了解，以期能及時準確發現問題、解決問題。另外，還需建立相應的獎懲機制，對各個施工隊、施工人員進行評分排名，對于做得好的予以獎勵，排名靠后的予以懲罰，通過合理的獎罰，充分調動員工的工作積極性，強化“第一次就把事情做對”的管理理念。完成“0.1%”遺留工程關鍵是人，建立識別“0.1%”遺留工程標準，使 “0.1%” 遺留工程完成，使中間產品真正商品化。

5 總 結

本文結合現代造船模式下的中間產品控制，提出面向造船中間產品的“0.1%”遺留工程，分析“0.1%”遺留工程的內涵以及對整個造船項目管理的影響，研究了占遺留工程比例最大的精度問題以及結構和舾裝的完整性對船舶建造的影響。針對遺留工程，分析其成因，提出解決路徑，在現代造船模式下實現有效的成本工程管控和提質增效。