中小船廠精度控制模型的建立與應(yīng)用研究

傅曉斌

（南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南通226010）

中小船廠精度控制模型的建立與應(yīng)用研究

傅曉斌

（南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南通226010）

中小船廠需要在分段建造過程中應(yīng)用精度控制技術(shù)，但由于缺乏數(shù)據(jù)的積累和分析，一定程度上制約了中小船廠的產(chǎn)品質(zhì)量。在此背景下，本文分析了中小船廠分段精度數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀，針對中小船廠的特點，提出了中小船廠精度控制模型，討論了分段精度控制模型的構(gòu)成因素與影響，闡述了分段精度模型運行與成果，為中小船廠分段精度模型的應(yīng)用與推廣提供一定參考。

中小船廠；分段精度；精度模型

船舶建造精度控制技術(shù)是現(xiàn)代造船模式中重要的核心技術(shù)。這項技術(shù)在大型先進船廠得到了廣泛的應(yīng)用，取得了不錯的效果。基于此原因，船舶建造精度控制技術(shù)在中小船廠的推廣應(yīng)用與發(fā)展，將會提高國內(nèi)造船工業(yè)整體產(chǎn)品質(zhì)量，提升中小船舶企業(yè)競爭力。筆者通過對南通市周邊船舶企業(yè)的調(diào)查分析，認(rèn)為中小船廠的船舶產(chǎn)品的特點主要是船舶噸位小，批量少，單船建造居多，船舶種類復(fù)雜，船型也相對復(fù)雜。中小船廠自身在組織生產(chǎn)過程中建立符合自己發(fā)展特點的精度控制模型，是研究中小船廠精度控制技術(shù)的關(guān)鍵問題。

傳統(tǒng)中小船廠的精度控制往往只是簡單地作為分段或者是船體結(jié)構(gòu)完工后的檢驗的一個環(huán)節(jié)，只是為了滿足合攏尺寸的要求，缺乏對建造過程的控制。為了能夠更好地提高自身產(chǎn)品的質(zhì)量，中小船廠在發(fā)展精度控制技術(shù)上，應(yīng)該遵循“搬—學(xué)—用”的原則：引進先進的精度控制技術(shù)，學(xué)習(xí)如何運行和管理，形成屬于自己的建造體系模式和標(biāo)準(zhǔn)，在工程實踐過程中不斷地應(yīng)用和改善。考慮到目前國內(nèi)各家中小船廠所建造的船型、噸位的不同，建立了以下中小船廠精度控制模型，可以使各船廠收集的數(shù)據(jù)比較集中，節(jié)省資金和時間，發(fā)揮優(yōu)勢，形成特色，利于交流和推廣。

一、中小船廠精度控制模型

中小船廠船舶分段精度控制基礎(chǔ)模型如上圖1所示。傳統(tǒng)的精度控制，一般是按照工序的先后，以設(shè)計開始以建造完工為結(jié)束，建立單一直線型的模型。

新的中小船廠船舶分段精度控制基礎(chǔ)模型，是將船舶建造過程看做一個環(huán)，生產(chǎn)設(shè)計控制建造過程，建造過程中的數(shù)據(jù)測量，經(jīng)過統(tǒng)計分析后，形成新的補償方式，反饋到生產(chǎn)設(shè)計當(dāng)中，再次指導(dǎo)建造過程的精度控制，構(gòu)成一個完整的新的循環(huán)，不斷地自我更新。

二、中小船廠精度控制模型構(gòu)成因素分析

（一）建造過程因素

建造過程因素，主要是體現(xiàn)在整個建造過程中的各個工藝階段對于精度控制技術(shù)的應(yīng)用。例如在構(gòu)件加工，部件裝配，到分段裝配，直到總段船塢合攏，按著依照精度技術(shù)規(guī)范，實施建造工藝，主要有兩方面的內(nèi)容：各工序中的精度檢測與評估；出現(xiàn)超差問題時的對策。按照制造環(huán)節(jié)分為以下兩個階段：

1.加工階段

（1）邊緣加工階段：目前中小船廠切割技術(shù)也可以達(dá)到自動化加工水平。通過購置各類先進機器，加工水平與大型船廠之間差別不大。中小船廠主要應(yīng)該關(guān)注調(diào)整機器的加工精度和培訓(xùn)設(shè)備操作人員的技術(shù)水平。可以制定相應(yīng)的質(zhì)量抽樣檢查方式，以保證零件的切割精度。

（2）曲面加工階段：這方面中小船廠相對落后，基本屬于設(shè)備配合手工作業(yè)水平。中小船廠應(yīng)通過培訓(xùn)生產(chǎn)實踐人員，了解水火彎板變形機理，熟悉火焰熱加工的溫度控制，以及水冷的方式選擇等，通過積累不斷提高加工的技術(shù)水平。這段工序的精度控制的檢驗方式主要是對成品的成型尺寸檢驗。

2.部件到分段到總段的裝配階段

（1）部件裝配階段：這個階段的精度控制主要起到承上啟下的作用，對中小船廠而言，這一階段非常重要。一方面要檢驗前期工序是否出錯。一旦發(fā)現(xiàn)加工階段產(chǎn)生修整超差的變形，立即反饋。以書面報告形式，將前面工序的精度錯誤匯總統(tǒng)計，把結(jié)果上報精度控制部門，構(gòu)件或者部件返工到前面的工序重新加工。另一方面也要控制部件裝配過程中的尺寸精度檢測，以保證后期分段裝配的精度要求。

（2）分段裝配階段：這是整個船舶建造過程中的核心階段。中小船廠應(yīng)該主要關(guān)注兩個方面：一方面是焊接的精度控制：檢驗定位精度；檢驗焊接裝配精度。這些應(yīng)該是找出裝配中產(chǎn)生誤差的原因，并能分析累積誤差，作為補償量的參考數(shù)據(jù)。另一方面就是分總段合攏過程的精度控制技術(shù)：對于中小船廠，這一階段主要是分段端面測量技術(shù)和調(diào)運定位技術(shù)的應(yīng)用，同時也要考慮分段重量和重心的影響。通過引進測量軟件和測量設(shè)備，控制吊運過程所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形，編制定位要領(lǐng)指導(dǎo)書，按照基準(zhǔn)點和基準(zhǔn)線進行作業(yè)，進而控制變形。

（二）補償量數(shù)據(jù)因素

補償量是指相對工件基本尺寸多加放的量值，相對應(yīng)于建造過程，分為加工階段補償、裝配階段補償、焊接工藝補償三大類。一般累計各個階段補償量作為船體建造過程應(yīng)加放補償量的系統(tǒng)補償量。系統(tǒng)補償量是建造過程中最便捷的一種精度控制手段，可以有效防止結(jié)構(gòu)尺寸超差。建造系統(tǒng)補償量和余量的區(qū)別：補償量所預(yù)留的尺寸經(jīng)過船體建造各工藝階段施工后，隨著工藝消耗逐步抵消掉，余量則不同，需要在建造工藝階段某個特定的階段，經(jīng)過一次切割工藝來消除多余數(shù)值，需要多一個工藝階段來滿足船舶最終尺寸的要求。中小船廠精度控制模型意義就是逐步要用系統(tǒng)補償量來代替工藝余量。

補償量數(shù)據(jù)的選擇是最關(guān)鍵的技術(shù)，也是最難掌握的，也需要中小船舶企業(yè)經(jīng)過一段時間積累。補償量數(shù)值如何確定將直接關(guān)系中小船廠船體精度控制的成敗。一般來說，大型船廠設(shè)計和技術(shù)能力較強，在滿足經(jīng)濟性基礎(chǔ)上，同時考慮企業(yè)聲譽，一般將自身船舶產(chǎn)品穩(wěn)定在某一類型，連續(xù)穩(wěn)定船舶訂單使得產(chǎn)品具有相似的船體結(jié)構(gòu)形式，所以對補償量數(shù)值的確定具備了有利的條件。從條件來說，中小船廠由于產(chǎn)品量小變化大，建造工藝流程可控性差，精度控制的管理水平有限，更加需要中小船舶企業(yè)重視精度控制技術(shù)，加大技術(shù)人員和資金投入，縮小與大型船舶制造企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量差距。

（三）生產(chǎn)設(shè)計因素

生產(chǎn)設(shè)計環(huán)節(jié)重要體現(xiàn)在兩個方面，一是在建造工藝階段預(yù)留余量，經(jīng)過一系列加工裝配后，將預(yù)先所留的余量，切割后再進行下一步驟，直至分總段上船臺；另一方面在加工過程中，考慮加工工藝的損耗，預(yù)留補償量數(shù)值，經(jīng)過零件加工、部件裝配等各施工過程后，隨著工藝的進行，補償量逐漸消耗掉，不需要進行專門的切割，整個過程都是無余量的。顯然，對于中小船廠而言，后者難度要大多了。目前國內(nèi)大型船廠經(jīng)過多年的積累，基本能夠做到對船舶大型平行中體分段加放補償量，曲面分段預(yù)修整上船臺。中小船廠也需要這樣一個過程。

中小船廠應(yīng)該立足自身條，找到符合自己發(fā)展的精度控制技術(shù)的道路。在生產(chǎn)設(shè)計過程中，補償量數(shù)據(jù)的確定，先從焊接工藝角度出發(fā)。由于焊接工藝在中小船舶企業(yè)也已經(jīng)充分掌握，焊接質(zhì)量比較容易控制。從而確定補償量加放的基本原則：1.主尺度原則：根據(jù)分段的長、寬、高三維數(shù)值確定。分段越長（寬），裝配范圍內(nèi)焊縫越多，補償量加放越大；2.板厚原則：裝配焊接的對象決定補償數(shù)值，焊接的板越薄，補償量越大；3.結(jié)構(gòu)疏密原則：結(jié)構(gòu)安裝越密，焊接次數(shù)越多，補償量越大；4.焊接工藝尺寸原則：與角焊焊腳有關(guān)，焊腳越大，熱輸入量越大，補償量越大。其次對于裝配階段的補償量的數(shù)值，應(yīng)該通過建造過程中的數(shù)據(jù)測量，經(jīng)過統(tǒng)計分析后，不斷反饋到生產(chǎn)設(shè)計當(dāng)中，再次指導(dǎo)建造過程的精度控制，形成新的補償數(shù)值，構(gòu)成一個完整的新的循環(huán)，不斷地自我更新。

三、中小船廠精度控制模型的應(yīng)用

1.分段精度數(shù)據(jù)平臺的運行

基于前文所介紹的精度控制模型和影響因素的分析，根據(jù)所提出的中小型船廠的精度管理體系和精度方案標(biāo)準(zhǔn)。通過和揚州某船舶企業(yè)合作研究，共同成立了船舶精度管理小組，進行方案的實施論證，檢驗整個體系的可行性。

實施過程主要是基于該企業(yè)的7500T散貨船的建造過程。該企業(yè)共接到8條7500T散貨船的建造訂單，已完成一條船舶的建造，正在舾裝過程中。本次精度管理體系的實施對象主要是2#和3#船舶。2#船舶建造過程中按照精度管理方案和控制標(biāo)準(zhǔn)進行，并且將積累的數(shù)據(jù)，反饋到3#船的建造過程中。基于匯總反饋的數(shù)據(jù)，通過分段的建造精度、完成質(zhì)量、周期等方面進行比較。

2.分段精度數(shù)據(jù)平臺應(yīng)用的成果

從2013年9月開始，到2014年12月結(jié)束，共16個月。每兩個月為一個階段，分別進行選題論證與現(xiàn)狀調(diào)查、制定研究目標(biāo)、現(xiàn)狀原因匯總、影響因素分析、制定對策、造船精度控制系統(tǒng)建立與實施、效果檢查與推進等七個階段。以7500T散貨船建造過程為載體，匯總反饋的數(shù)據(jù)，通過分段的建造精度、完成質(zhì)量、施工效果與周期等方面，進行比較。

精度控制模型實施后，工作組成員對活動過程中和活動過程后的分段精度進行了調(diào)查和統(tǒng)計，檢驗精度控制體系推進效果：精度控制體系推進之前，分段外板線形差，變形比較明顯。精度控制體系推進之后分段的外板線形有明顯改善，尺寸精度基本滿足建造要求。檢查情況如下表：

表1 中小型船廠造船精度控制模型建造質(zhì)量檢查對比表

基于中小船舶企業(yè)發(fā)展的需求和生產(chǎn)模式的特點，分析了制約中小船廠發(fā)展精度控制技術(shù)的因素，根據(jù)實際存在問題，提出一些相應(yīng)的對策。建立了中小船廠造船精度控制的模型，并且分析了其中構(gòu)成因素的影響。基于模型提出中小型船廠無余量建造實施要領(lǐng)，通過工藝實踐，提出了中小船廠補償量數(shù)值確定的方法和實施方案，并論證其可行性。進行數(shù)據(jù)匯總和分析，基于精度數(shù)據(jù)的提高和實際建造質(zhì)量的改善，肯定了中小船廠精度控制模型的實際應(yīng)用效果，證明在中小船舶企業(yè)中推廣船舶精度控制體系的意義。

[1]江創(chuàng)宏.造船精度管理的探索和實施[J].江蘇船舶，2013（2）.

[2]傅曉斌.中小型船廠船體建造精度控制研究[J].南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009（6）.

[3]郭會平.船體曲面分段建造過程中的精度控制的研究[D].江蘇科技大學(xué)，2013.

[4]胡日強.船體建造精度控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D].大連理工大學(xué)，2006.

T

A

1673-0046（2015）7-0168-02

基金項目：《面對中小船廠的分段精度檔案建立研究》，南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院，HYKJ/2011B05