在生產(chǎn)實(shí)踐中探索造船精度管理

摘 要：船舶建造和施工流程中，每個(gè)工序中產(chǎn)品形態(tài)的控制就是我們通常所說(shuō)的精度管理。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐中每一步精度管理的解析，提出了基于流程控制的精度管理方法，建立了精度管理基準(zhǔn)模式。

關(guān)鍵詞：船體建造；精度管理；基準(zhǔn)線(xiàn)；精度準(zhǔn)則

中圖分類(lèi)號(hào)：U671.99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

國(guó)內(nèi)外造船技術(shù)發(fā)展迅猛，造船精度管理是現(xiàn)代造船的核心技術(shù)之一，在船舶建造過(guò)程中，如何縮短船舶建造周期、降低建造成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量顯得意義重大。以管理科學(xué)化、現(xiàn)代化的要求，精度管理在造船企業(yè)管理中的地位和作用越來(lái)越顯得重要。

精度管理要源于實(shí)踐立足于實(shí)踐，在實(shí)踐中探索有關(guān)精度管理的理論和方法，使得精度管理得以豐富和深化。通過(guò)組織保證、數(shù)據(jù)積累、理論研究等手段建立起完善有效的精度管理體系。實(shí)施船體建造精度管理，實(shí)現(xiàn)無(wú)余量下料、加工、組裝、搭載，縮短船體建造周期，最終促進(jìn)造船水平的提高。

2 生產(chǎn)與精度

船體生產(chǎn)制作主要為下料（板材下料、型材下料）、線(xiàn)型加工（坡口加工、 板材、型材加工）、拼板劃線(xiàn)、零部件組裝（拼板裝焊、部件組件）、分段制作、分段總組、搭載等幾個(gè)階段流程。精度則是各個(gè)工序流程中產(chǎn)品的尺度。在生產(chǎn)中要通過(guò)科學(xué)的管理方法與先進(jìn)的工藝技術(shù)手段，對(duì)船體建造全過(guò)程進(jìn)行的尺寸精度分析與控制，保證各個(gè)產(chǎn)品尺度達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范要求。各個(gè)階段產(chǎn)品精度質(zhì)量都是環(huán)環(huán)相扣，相輔相成。

（1）船體建造中第一道工序就是號(hào)料/下料。采用手工或數(shù)控機(jī)對(duì)平板進(jìn)行切割形成所需的零件，并進(jìn)行自由邊打磨；對(duì)型材號(hào)料、接長(zhǎng)、斷料、打磨。下料階段是精度控制的基礎(chǔ)，在下料階段需要進(jìn)行重點(diǎn)精度監(jiān)控有設(shè)備檢測(cè)及切割精度，切割平臺(tái)的水平度，零件切割尺寸跟蹤檢測(cè)，零件補(bǔ)償量及余量施放檢驗(yàn)，基準(zhǔn)線(xiàn)完整性、誤差精度等。

（2）線(xiàn)型加工是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。對(duì)板材、型材自由邊進(jìn)行加工，形成一定坡度的加工工序；對(duì)已號(hào)料的板材或型材進(jìn)行冷彎、熱彎、校對(duì)、開(kāi)孔、打磨等。在這個(gè)階段，要求控制坡口的角度、尺度、光潔；保證加工樣臺(tái)、模板的精確度；折邊加工中各種折邊寬度、折邊角度、折邊方向直線(xiàn)度、腹板方向直線(xiàn)度；型板曲面與樣板的間隙、樣板檢驗(yàn)線(xiàn)的直線(xiàn)度、拉線(xiàn)與樣板上基線(xiàn)的偏差等等都需要進(jìn)行控制，使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）拼板劃線(xiàn)是對(duì)多個(gè)零件板的拼裝焊接、劃線(xiàn)及切割過(guò)程，含部件、組件劃線(xiàn)。拼板前、劃線(xiàn)前板材要求進(jìn)行尺寸復(fù)核，拼板時(shí)對(duì)接縫間隙、坡口方向、凈料端直線(xiàn)度及整體尺寸檢測(cè)，控制劃線(xiàn)精度，做好結(jié)構(gòu)線(xiàn)、對(duì)合線(xiàn)、肋檢線(xiàn)、中心線(xiàn)的劃線(xiàn)，并做沖印標(biāo)記，拼板劃線(xiàn)要清晰準(zhǔn)確。

（4）零部件組裝是個(gè)重點(diǎn)工序，對(duì)多個(gè)零件或零件與部件或部件與部件的裝焊。施工中要求對(duì)零件安裝對(duì)位狀況、安裝尺寸、焊接方法、焊后變形等嚴(yán)格控制。重點(diǎn)檢測(cè)裝配對(duì)位、間隙、端頭節(jié)點(diǎn)，焊接方法及參數(shù)，焊后變形校正和加強(qiáng)，基準(zhǔn)劃線(xiàn)完整性及準(zhǔn)確度等。

（5）將零件、部件、組件組合裝焊形成分段單元的分段建造，是船體建造的重要節(jié)點(diǎn)，是檢驗(yàn)上幾道工序的精度管理成果，同時(shí)也是下一道工序（總組/搭載）精度控制的基礎(chǔ)。分段精度是顯示精度管理水平的重要體現(xiàn)。分段建造過(guò)程中要消化掉在料、加工、拼裝時(shí)的精度誤差，嚴(yán)格控制胎架制作強(qiáng)度、精度，零部件裝配定位間隙及尺寸，裝焊方法及流程，工裝加強(qiáng)。確定合理完整的基準(zhǔn)定位，在最佳時(shí)期進(jìn)行分段數(shù)據(jù)收集。如圖1，分段建造精度控制要點(diǎn)。

圖1 分段建造精度控制

（6）總組/搭載階段，對(duì)多個(gè)分段進(jìn)行組裝形成整體。船體總組/搭載首先要確定定位基準(zhǔn)線(xiàn)及劃線(xiàn)精度，明確分段、總段定位基準(zhǔn)點(diǎn)及定位尺寸要求，根據(jù)具體分段確定相應(yīng)的定位固定保型方案，重點(diǎn)控制主尺寸、分段四周合攏口線(xiàn)型數(shù)據(jù)、肋距及余量預(yù)修整精度，注重合攏的焊接方法及焊接變形控制。對(duì)每個(gè)分段、總段的定位數(shù)據(jù)定期收集，并進(jìn)行定位數(shù)據(jù)跟蹤、反饋。

3 船舶精度管理的認(rèn)識(shí)

精度管理的實(shí)質(zhì)是科學(xué)管理與先進(jìn)制造技術(shù)的互相結(jié)合。隨著造船理念和造船技術(shù)、檢測(cè)手段的發(fā)展和進(jìn)步，精度的控制水平也不斷地達(dá)到新的高度。

船舶建造精度管理通過(guò)建立合理的船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)，采用科學(xué)的管理方法，輔以改善設(shè)計(jì)與工藝，包括工裝、設(shè)備改進(jìn)，以及防止誤差的各種對(duì)策，對(duì)造船進(jìn)行全過(guò)程的尺寸精度分析與控制，以保證船體工件在各個(gè)工藝流程階段內(nèi)所規(guī)定的尺寸精度，最大限度地減少現(xiàn)場(chǎng)修整工作量，提高工作效率。隨著船體加工精度的不斷提高，船體裝配、焊接的精度也隨之提高，船體的建造質(zhì)量得到了可靠地保證。

船舶專(zhuān)用壓載艙涂層標(biāo)準(zhǔn)（PSPC）的強(qiáng)制執(zhí)行，現(xiàn)代造船規(guī)模的日益擴(kuò)大，各種生產(chǎn)制造工藝的飛速發(fā)展，原材料及人力成本的迅速增長(zhǎng)，對(duì)造船精度管理提出了更高度要求。

精度管理在生產(chǎn)實(shí)踐中實(shí)施的難點(diǎn)：

（1）船體結(jié)構(gòu)在加工和裝配以及結(jié)構(gòu)焊接變形和水火矯正作業(yè)過(guò)程中，由于施工方式、方法的多樣性，結(jié)構(gòu)變形尚不能用計(jì)算的方法精確地予以預(yù)報(bào)。

（2）船體零部件、分段在轉(zhuǎn)運(yùn)和堆放過(guò)程中的變形無(wú)法得到有效的控制，無(wú)法預(yù)估變形情況，無(wú)法得到可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

（3）船體建造的過(guò)程中采用的測(cè)量工具精度普遍較低，人為誤差較大。

（4）造船生產(chǎn)過(guò)程較復(fù)雜，搜集、整理和統(tǒng)計(jì)制作誤差的數(shù)據(jù)較困難，同時(shí)難以控制建造工藝過(guò)程的穩(wěn)定性，即使是通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，也難以找到其中的規(guī)律。

（5）船舶結(jié)構(gòu)繁多，形式多樣，無(wú)法完全實(shí)行統(tǒng)一固定的精度準(zhǔn)則。

（6）船體建造過(guò)程大部分依賴(lài)手工操作，產(chǎn)品的精度往往取決于工人的技術(shù)熟練程度。

4 精度管理基本條件

船體建造精度管理包含了豐富的工藝技術(shù)與管理內(nèi)容，實(shí)施精度管理必須在以下幾方面下工夫。

（1） 具有穩(wěn)定的技術(shù)精湛的精度管理人才；

（2）深化生產(chǎn)設(shè)計(jì)，把精度管理的主旨融入生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，從設(shè)計(jì)角度推動(dòng)精度管理；

（3）全面推廣數(shù)字放樣，提高結(jié)構(gòu)放樣的精度；

（4）根據(jù)各個(gè)工序及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制訂合理的建造工藝；

（5）數(shù)據(jù)反饋體系，數(shù)據(jù)積累及形成數(shù)據(jù)庫(kù)；

（6）制定出對(duì)特定產(chǎn)品的且合理的可實(shí)施的精度管理準(zhǔn)則；

（7）完善的精度管理組織保障。

5 造船精度管理的實(shí)踐探索

造船精度管理是為滿(mǎn)足造船的需要而對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程的自我控制。不同船廠(chǎng)要以本船廠(chǎng)的生產(chǎn)任務(wù)和產(chǎn)品特點(diǎn)來(lái)制訂精度管理模式。精度管理應(yīng)中包括基本方針、工作重點(diǎn)、各階段的精度控制項(xiàng)目，以及控制的目標(biāo)值、實(shí)際測(cè)量值、責(zé)任單位、工藝流程、基準(zhǔn)線(xiàn)系統(tǒng)等內(nèi)容。精度管理成為船廠(chǎng)正常的生產(chǎn)管理重點(diǎn)工作之一。

精度管理的目標(biāo)是通過(guò)分析積累數(shù)據(jù)，反饋到前期的技術(shù)準(zhǔn)備，如精度方案準(zhǔn)則中，把所有精度質(zhì)量問(wèn)題都消滅在源頭，并實(shí)行全員精度質(zhì)量管理。嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)一次作業(yè)合格，嚴(yán)禁將次品流人下一道工序，從而節(jié)約大量返修量和人工成本。

5.1 完善精度管理準(zhǔn)則

實(shí)行精度管理，首先要制定一個(gè)合理的可實(shí)施的精度管理準(zhǔn)則。精度管理的準(zhǔn)則包括：余量施放標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)償量標(biāo)準(zhǔn)、收縮公差標(biāo)準(zhǔn)、基準(zhǔn)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)、參考線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)、檢查次序標(biāo)準(zhǔn)、加工和裝焊精度標(biāo)準(zhǔn)、信息傳遞和管理標(biāo)準(zhǔn)等。圖2為精度管理參考線(xiàn)基準(zhǔn)形式。

圖2 參考線(xiàn)基準(zhǔn)形式

精度管理要通過(guò)一定的施工控制，使隨機(jī)的施工誤差服從一定的變化規(guī)律。因此，制定精度管理的基準(zhǔn)原則，并使其符合施工標(biāo)準(zhǔn)的要求是精度管理的首要工作。精度管理準(zhǔn)則建立后，應(yīng)該落實(shí)到生產(chǎn)過(guò)程、施工組織、員工培訓(xùn)、控制監(jiān)督等各個(gè)方面工作中。

精度管理必須對(duì)每一個(gè)施工階段提出工作要求，進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，制作精度管理檢查表，以便收集的信息能夠用來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤和分析。精度管理關(guān)鍵點(diǎn)和關(guān)鍵尺寸數(shù)據(jù)的采集必須充分借助先進(jìn)儀器和軟件，使采集到的數(shù)據(jù)非常有效準(zhǔn)確。這些數(shù)據(jù)應(yīng)該按照下料、零部件加工、部件制作、分段合攏和船體大合攏的次序進(jìn)行分級(jí)管理，然后運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，進(jìn)行誤差的統(tǒng)計(jì)分析，來(lái)指導(dǎo)整個(gè)精度管理的過(guò)程。

精度管理準(zhǔn)則是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期精度管理的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的，同時(shí)，還要在持續(xù)生產(chǎn)實(shí)踐中不斷完善。圖3顯示了整個(gè)精度管理的循環(huán)過(guò)程，即“設(shè)計(jì)—實(shí)施—檢驗(yàn)—結(jié)果反饋”的精度管理流程。

圖3 精度管理循環(huán)流程圖

5.2 實(shí)用先進(jìn)工具、工裝

實(shí)用先進(jìn)的工具設(shè)備、工裝是產(chǎn)品精度的保障，主要有數(shù)據(jù)測(cè)量檢測(cè)工具和一些保型設(shè)備、工裝。

5.2.1 精度檢測(cè)工具

全站儀（Total Station Instrument）已經(jīng)開(kāi)始在造船業(yè)廣泛運(yùn)用。全站儀基于激光特性，應(yīng)用光學(xué)系統(tǒng)給出基準(zhǔn)水平直線(xiàn)，確定虛擬空間坐標(biāo)系，通過(guò)調(diào)整焦距，可以在不同距離獲得測(cè)量對(duì)象點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)。全站儀可測(cè)量任何三維空間點(diǎn)，數(shù)據(jù)通過(guò)時(shí)時(shí)連接的PDA（Personal Digital Assistant）可直接得出測(cè)量部件及分段的水平度、垂直度、角度和直線(xiàn)度等等，測(cè)量精度高，快捷精準(zhǔn)，簡(jiǎn)單方便，極大地減少了人工誤差以及工作量，比起傳統(tǒng)的測(cè)量工具在性能上有很大優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)，全站儀測(cè)量的數(shù)據(jù)可以通過(guò)電腦利用專(zhuān)用軟件對(duì)采集的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型進(jìn)行對(duì)比分析，并生成分析報(bào)告，用于指導(dǎo)返修工作，如圖4所示。

圖4 精度數(shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)交換分析

5.2.2 保型設(shè)備、工裝

船體產(chǎn)品保型方法有產(chǎn)品自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)保型和外部的工裝保型，其中工裝保型在精度控制中占很重要的位置，貫穿整個(gè)建造流程。

影響下料加工形狀尺寸的設(shè)備有數(shù)控切割機(jī)、油壓機(jī)、肋骨冷彎?rùn)C(jī)、各類(lèi)焊機(jī)，設(shè)備的加工精度對(duì)產(chǎn)品精度起到首要的作用。工裝有切割加工工裝、焊接工裝、胎架工裝、裝配工裝和吊運(yùn)工裝等。切割工裝主要是用于仿行切割的模具，配合開(kāi)孔模具可以快速開(kāi)孔，質(zhì)量好。加工工裝主要是零件彎曲加工的壓頭模具，鋼板角度壓制精確度高、速度快。焊接工裝包括拼板壓力架和平直分段流水線(xiàn)等，這些焊接工裝可以有效減小分段的焊接變形。胎架工裝根據(jù)建造分段類(lèi)型主要分為水平胎架、管子活絡(luò)胎架、典型分段胎架和專(zhuān)用固定胎架。裝配工裝不僅減少裝配、焊接變形量，而且可以降低勞動(dòng)壓力，提高效率。利用先進(jìn)設(shè)備及實(shí)用的工裝，建造精度才能得到保證，生產(chǎn)成本也容易控制。

5.3 專(zhuān)業(yè)的精度管理軟件

數(shù)字化造船已經(jīng)廣泛實(shí)施，各種關(guān)于精度管理的專(zhuān)業(yè)測(cè)量、控制、分析的軟件的研究和應(yīng)用，為現(xiàn)代化總裝造船提供了條件。通過(guò)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用精度管理軟件，大大促進(jìn)了造船精度管理的水平。

主要軟件工具：

（1）實(shí)現(xiàn)船體分段建模和模擬制造的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，例如現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)造船界應(yīng)用較多的Tribon設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在設(shè)計(jì)階段加放各種精度補(bǔ)償量，并能提取模型，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析；

（2）有限元計(jì)算軟件，如ANSYS有限元計(jì)算軟件，可以用于計(jì)算焊接結(jié)構(gòu)變形，也可以應(yīng)用于分析計(jì)算船體零部件及分段在吊運(yùn)、擱置和沖砂的受力和變形，從而采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，減少變形；

（3）分段精度數(shù)據(jù)的收集、分析和處理的軟件系統(tǒng)。如AMS精度分析系統(tǒng)，可以對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出分段在各個(gè)加工階段的變形數(shù)據(jù)，為改進(jìn)精度補(bǔ)償量的加放提供依據(jù)。且分析系統(tǒng)可生成數(shù)據(jù)分析報(bào)告，進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋及歸檔，圖5為AMS系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)及精度報(bào)告。

圖5 AMS系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)及精度報(bào)告

5.4 有效的施工工藝

精度控制要以有效的施工工藝作為手段，模擬搭載是其重要的成分，如圖6所示。根據(jù)采集到的分段最終完工數(shù)據(jù)（船臺(tái)搭載前數(shù)據(jù)）或已搭載分段合攏口定位數(shù)據(jù)，通過(guò)電腦利用專(zhuān)業(yè)軟件來(lái)進(jìn)行數(shù)字模擬合攏，顯示分段間合攏口的結(jié)構(gòu)誤差，形成誤差數(shù)據(jù)表。模擬搭載是值得造船企業(yè)深入探索研究的一個(gè)課題，模擬搭載是承接分段與搭載的一個(gè)重要工序，是精度管理最后一道流程，其重要性不言而喻。由于分段在轉(zhuǎn)運(yùn)堆放、打沙等工序中變形的不確定性、不可控性和已搭載分段合攏口尺寸誤差的隨機(jī)性，因此通過(guò)模擬搭載，找到每個(gè)合攏縫的誤差特性，根據(jù)大量數(shù)理分析找出其中的規(guī)律，并反饋至各個(gè)工序，做到防患于未然。根據(jù)模擬搭載誤差數(shù)據(jù)表，分段的余量、變形等可以在搭載前就得到合理的修割整改，搭載效率會(huì)得到很大的提高。

圖6 電腦模擬搭載

6 結(jié)束語(yǔ)

造船精度管理在造船發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用。造船積累精度數(shù)據(jù)，形成完整和動(dòng)態(tài)的精度數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)成為船廠(chǎng)的核心技術(shù)。如果要形成真實(shí)有效的精度數(shù)據(jù)，必須應(yīng)用先進(jìn)完整的管理體系，采用先進(jìn)的工具設(shè)備和精度軟件系統(tǒng)，建立符合船廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)流程的精度準(zhǔn)則，開(kāi)展精度測(cè)量、反饋和分析、優(yōu)化，這是精度管理的必然要求。造船精度管理是轉(zhuǎn)換造船模式、實(shí)現(xiàn)殼舾涂一體化的基礎(chǔ)，很多先進(jìn)技術(shù)均建立在船舶制造精度管理技術(shù)的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)上，只有船舶制造精度達(dá)到了一定水平，其他各項(xiàng)工藝的實(shí)施才能得以發(fā)展并在實(shí)船建造中應(yīng)用，造船綜合水平才得以提高。