提升船用鋼材利用率的方法

胡鋮鋮，林 偉，汪家政

（金海重工股份有限公司，浙江舟山 312000）

0 引言

伴隨國內(nèi)造船技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，造船經(jīng)驗(yàn)越來越豐富。為提升船企的綜合實(shí)力和企業(yè)競爭力，越來越多的船企加大了成本控制方面的研究。船舶建造直接成本大致包括材料費(fèi)用、設(shè)備費(fèi)用和人工費(fèi)用。而鋼材費(fèi)用在成本中占據(jù)了極大的比重，所以控制鋼材的利用率對于成本的控制極為重要，文中提到的鋼材利用率主要指一次利用率。

1 提高鋼材利用率的途徑

1.1 設(shè)計(jì)階段優(yōu)化

結(jié)合船廠預(yù)處理、運(yùn)輸、起吊等設(shè)備的能力繪制分段劃分圖，盡量將分段長度劃分一致。詳細(xì)設(shè)計(jì)在分板區(qū)時(shí)將分段縫繪制到圖紙中去，根據(jù)分段縫及時(shí)調(diào)整板區(qū)劃分。在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下盡量將板厚換算為同一板厚，如一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)已將散貨船槽型艙壁板厚統(tǒng)一為單一板厚，目前國內(nèi)普遍還是采用三段式板厚布置。

通過設(shè)計(jì)手段來優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，充分利用鋼材，減輕結(jié)構(gòu)重量。為了節(jié)省鋼材，降低造價(jià)，應(yīng)盡量減少材料品種規(guī)格，采用合理的結(jié)構(gòu)布置[1]。

生產(chǎn)設(shè)計(jì)之前，鋼材利用率無法準(zhǔn)確預(yù)估出來，但是鋼材規(guī)格卻可以事先加以控制[2]。

對于鋼板規(guī)格的選擇，國內(nèi)船廠的選擇都大致相同，但最大寬度、長度與各廠設(shè)備狀況有關(guān)系，須滿足船企預(yù)處理、切割、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備對板材最大尺寸的要求。對鋼板規(guī)格，一般長度按每500毫米遞增，寬度按每100毫米遞增，所以在劃分板縫時(shí)就要考慮盡量按訂貨規(guī)格將一塊板用足。值得注意的是板縫劃分還要考慮到割縫、零件套料間隙、零件距板邊間距、余量等因素。

為控制好鋼材利用率及板規(guī)數(shù)量，在拿到詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙對各區(qū)域進(jìn)行板縫劃分時(shí)需按以下建議去布置板：1）將同一厚度的各區(qū)域劃分結(jié)束之后再排布下一板厚；2）將每種厚度所排板縫的寬度記錄下來作為套料定義板寬的依據(jù)；3）對不規(guī)則的板采用組合法劃分；4）先劃分組立，再劃板縫。

1.2 套料優(yōu)化

在零件套料之前需確定好該船型的加工批次順序，為便于現(xiàn)場生產(chǎn)和集配批次內(nèi)各分段先按單分段套料，對于利用率不高的板內(nèi)零件再進(jìn)行批次內(nèi)混套。同一材質(zhì)、板厚的套料板盡量選用同一規(guī)格。前面批次套完后將余料定義出來可供后面批次使用，但應(yīng)盡可能的減少余量的產(chǎn)生。一般來講，余料跨批次使用是為便于現(xiàn)場余料管理，余料使用最多跨3個(gè)批次。當(dāng)套料效果不好且利用率偏低或板規(guī)數(shù)量太多時(shí)，需要想辦法將利用率和板規(guī)盡量控制在目標(biāo)范圍之內(nèi)。為提高效率，目前的套料工作一般采用軟件自動(dòng)套料。然而軟件畢竟不能100%達(dá)到預(yù)想效果，這就需要在自動(dòng)套料基礎(chǔ)上進(jìn)行人工干預(yù)。當(dāng)單分段有不規(guī)則的余料時(shí)可直接將批次內(nèi)其他零件混套進(jìn)去；當(dāng)一個(gè)批次套完還有少量小零件未套，也沒余料供其利用需開新板時(shí)，可考慮以厚代薄，代板厚度需在3毫米以內(nèi)，所套零件不涉及坡口修改；當(dāng)前面批次余料較多，后面批次又消耗不掉時(shí)，可將后面批次單一規(guī)格板部分零件優(yōu)先使用余料；當(dāng)套料板調(diào)整結(jié)束后，可通過套料軟件或人工計(jì)算單批次及全船的利用率，當(dāng)利用率未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，板規(guī)數(shù)量又較多時(shí)，對定額匯總表做分析工作，具體如下：

1）按套料長度篩選，根據(jù)分段劃分對分段長度的定義確定最長板長，超出這一數(shù)字的板長，將套料板找出來，縮短板長后重新套料。一般這樣的板數(shù)量不是很多，修改起來主要是通過零件重新組合或加板縫等形式使其訂板長度減少從而達(dá)到減少板規(guī)的目的。

2）按板寬篩選，在匯總表中選出同材質(zhì)同厚度板規(guī)，查看分布區(qū)域，由于同區(qū)域零件規(guī)格、樣式相近，將數(shù)量少的板規(guī)盡量改為數(shù)量多的板規(guī)。

3）按數(shù)量篩選，選出全船單張訂貨板規(guī)，將單張板規(guī)內(nèi)零件拆分、增加板縫等手段修改為板規(guī)數(shù)量多的板規(guī)。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于受各種原因的影響，常常出現(xiàn)各分段的生產(chǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)度不能完全滿足按批次組織生產(chǎn)的要求，而往往在首制船不得不以犧牲鋼材的利用率來滿足生產(chǎn)進(jìn)度的要求，無法完全按照既定的套料原則進(jìn)行套料。在批量建造時(shí)，應(yīng)力求盡快在后續(xù)船開工前進(jìn)行再次優(yōu)化套料的工作。按照最理想的狀況進(jìn)行優(yōu)化，往往會(huì)取得較大的收獲，有可能提高2~4個(gè)百分點(diǎn)。

1.3 鋼材的二次利用

當(dāng)船體材料套料結(jié)束后，單船肯定會(huì)剩下很多的余料未被利用。設(shè)計(jì)部門可將這些余料單獨(dú)編制余料清單提供給余料管理部門單獨(dú)管理。各專業(yè)各部門需要使用鋼材便時(shí)，可在共享網(wǎng)絡(luò)中查看余料清單選取自己所需的材料，向余料管理方申請使用，使用后管理方做好記錄和統(tǒng)計(jì)工作。在余料的管理上可采用計(jì)算機(jī)補(bǔ)助管理系統(tǒng)，采用FoxBASE及UCDOS 3.1作為軟件開發(fā)平臺[3]。

利用余料的情況有很多，如制作舾裝件、制作工裝件、補(bǔ)料、用作焊接試板等，通過二次消耗后鋼材的利用率必將進(jìn)一步提高。

在設(shè)計(jì)中，有很多的不規(guī)則零件在套料板中無法很好的組合，空隙較大。當(dāng)數(shù)控切割后，這些鋼板丟棄了很可惜，但留著又實(shí)在沒用[4]。則可將這些不規(guī)則的材料利用小型切割機(jī)切割成一些小的工裝件，如馬板、胎架墊板等。這些小的工裝件對原材的規(guī)格沒有太高的要求，利用這些原本要當(dāng)廢料處理的鋼材切割，變廢為寶，鋼板利用率將會(huì)有一定的增長，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2 合理提升利用率的方法

眾所周知，鋼材的利用率越高，投鋼量就越少，單就噸位而言就越輕。但是不是鋼材用的越少，采購鋼材的成本就越少呢?每個(gè)鋼廠都有生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的鋼材，而采購非標(biāo)的鋼材是需要增加相應(yīng)的價(jià)格，鋼廠均有鋼材尺寸加價(jià)表。因此，在劃分板縫時(shí)需參考鋼廠提供的尺寸加價(jià)表，選取加價(jià)較少的板規(guī)，盡量降低鋼材采購的成本。

在追求高利用率時(shí)往往訂貨板規(guī)就會(huì)增多，若不加以控制板規(guī)將影響到整個(gè)鋼材集配。從鋼廠到船廠的鋼材一般按船級、板厚、尺寸等堆放在料場。訂貨板規(guī)越多，需要堆放鋼材的場地就越大。然而一個(gè)船廠的材料堆放場地是有限的，不可能無限制的擴(kuò)大。控制好板規(guī)的數(shù)量在有限的料場中便能有效的節(jié)省鋼材堆放場地。面對堆積如山的鋼板，當(dāng)需要集配到所需的材料時(shí)，所需的鋼材規(guī)格越多，集配所需的時(shí)間就越長，耗費(fèi)的精力就越多。物資流動(dòng)愈快，占用資金時(shí)間愈短[5]。一方面需要物資主管部門在采購、庫存、配送等方面做好管理和協(xié)調(diào)，另一方面需要在設(shè)計(jì)階段做好板規(guī)的控制，減少鋼材集配時(shí)間和庫存管理難度。

當(dāng)零件尺寸越小，套料時(shí)就能更好的自由組合，套料效果就越好，利用率也會(huì)越高。現(xiàn)在船舶建造采用的是全焊接模式，零件劃分的越小表示焊縫數(shù)量越多，這便增加了船舶建造的工作量。同時(shí)制作精度控制越麻煩，要求的余量調(diào)節(jié)就更多。

鋼材無法 100%的被利用，在設(shè)計(jì)中有很多的不規(guī)則零件在套料板中無法很好的組合，空隙較大。零件間距、零件距板邊距離在套料時(shí)也是有一定的要求，這些是不可避免的鋼材損耗。流水孔、透氣孔等一定程度上也影響著利用率。所以在提升鋼材利用率的同時(shí)，也要同時(shí)考慮采購成本、鋼材集配、現(xiàn)場制作等因素。需要平衡各因素的利弊，從最終成本最小化去制定鋼材套料利用率、板規(guī)數(shù)量等數(shù)據(jù)的合理范圍，盡量提升鋼材的利用率。

3 結(jié)束語

鋼材利用率高低是衡量一個(gè)公司設(shè)計(jì)和管理水平好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，希望各公司在看重鋼材利用率的同時(shí)能夠很好的認(rèn)識和理解判斷利用率高低的利弊，從而加強(qiáng)對設(shè)計(jì)水平和管理手段的提升。

[1]陳欽泰, 船舶設(shè)計(jì)如何節(jié)省鋼材降低造價(jià)的幾個(gè)問題[J]. 造船技術(shù), 1990(6): 23-23.

[2]趙定剛, 劉建峰, 張志英, 等, 提高造船鋼材利用率的方法研究[J]. 江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2006(6): 5-8.

[3]朱正宇, 趙衛(wèi)芳. 鋼材余料管理系統(tǒng)的建立和運(yùn)用[J].造船技術(shù), 1997(10): 41-41.

[4]彭遠(yuǎn)征. 提高鋼板利用率及降低切割成本方案報(bào)告[R].長沙: 鴻遠(yuǎn)實(shí)業(yè), 2009.

[5]阮邦友. 船廠集配中心實(shí)施方案[J]. 武漢造船, 2000(3):42-42.