船舶制造精度管理和控制技術(shù)研究

摘 要：近年來，中國造船行業(yè)產(chǎn)量已達(dá)到世界前列，但整體建造技術(shù)水平卻十分落后，尤其體現(xiàn)在精度管理和控制方面。該作者結(jié)合近幾年的工藝主管經(jīng)驗(yàn)，于2016年在本文中剖析了船舶建造精度管理及其控制技術(shù)，旨在為企業(yè)縮短建造周期、降低成本、提高質(zhì)量，增強(qiáng)自身的核心競爭力提供參考。

關(guān)鍵詞：船舶制造；精度管理；控制技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.178

1 船舶制造精度管理

（1）精度管理的發(fā)展現(xiàn)狀。從上世紀(jì)40年代起，國外已經(jīng)將公差與配合的概念引入造船行業(yè)，逐步探索各工序間的公差要求；70年代中期，通過生產(chǎn)實(shí)踐積累的原始數(shù)據(jù)，編制出經(jīng)驗(yàn)公式來解決焊接熱變形的補(bǔ)償量問題；到了 80年代，隨著電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，又開發(fā)出智能數(shù)據(jù)補(bǔ)償系統(tǒng)，真正做到了船舶的無余量建造。我國從70年代開始接觸精度管理，雖然在國家相關(guān)部門的推動(dòng)下取得了一定的進(jìn)展，但并沒有學(xué)到精度管理的精髓。我國造船精度管理仍屬于初期的船體建造精度管理階段，尚未延伸到后續(xù)舾裝件的制作安裝，精度控制技術(shù)也僅限于平直分段以補(bǔ)償量代替余量，艏部、艉部等曲面分段仍然通過在合攏口加放余量的方式進(jìn)行建造，至今尚沒有形成一個(gè)完善的補(bǔ)償量數(shù)據(jù)庫和一整套管理技術(shù)體系。

（2）精度管理的工作內(nèi)容。精度管理不僅是一種品質(zhì)管理，而且是企業(yè)管理體系的重要組成部分。結(jié)合國內(nèi)外精度管理的發(fā)展歷程，歸納出精度管理的內(nèi)容大致包含了如下五個(gè)方面。

1）組建精度管理組織。為了實(shí)施造船精度管理，必須完善精度管理的組織體系。其根本在于從高層領(lǐng)導(dǎo)開始就給予足夠的重視，統(tǒng)一企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)班子思想，成立精度管理小組，明確具體的管理職責(zé)，全面推動(dòng)企業(yè)內(nèi)部的建造精度管理工作。

2）制定精度標(biāo)準(zhǔn)。船舶建造精度是精度管理的行為準(zhǔn)則，其標(biāo)準(zhǔn)必須在各船級(jí)社規(guī)范的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求前提下，結(jié)合企業(yè)內(nèi)自身的實(shí)際建造水平而制定。精度標(biāo)準(zhǔn)通常包含了補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)、工藝標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。主要通過研究典型船舶的各工序階段的精度管理控制點(diǎn)，制定出適用于本企業(yè)的基準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書。

3）加強(qiáng)精度控制。精度管理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須堅(jiān)持全過程控制。從零件的下料開始，小組立、中組立、大組立、分段中組，直到船臺(tái)的合攏搭載，每個(gè)制作過程的精度狀態(tài)都必須得到嚴(yán)格的控制。

4）改進(jìn)測量方法及工器具。精度控制離不開測量技術(shù)，準(zhǔn)確地測量船舶各個(gè)部位的數(shù)據(jù)是船舶建造的一項(xiàng)重要工作。可靠的檢測工具和較高的測量技術(shù)水平是提高船舶精度的重要保障。為避免出現(xiàn)不合格品的誤判，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須摒棄落后的測量方法，選擇先進(jìn)的測量工器具，定期校準(zhǔn)測量工器具來減小測量誤差，使得前后道工序間的數(shù)據(jù)能夠得以搜集和采納。

5）推廣信息技術(shù)。精度管理廣泛采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)，需要不斷的采集各種數(shù)據(jù)。目前，已經(jīng)從原始的個(gè)人測量，手工記錄方式逐漸過渡到利用PDA、全站儀等設(shè)備進(jìn)行檢測，并通過計(jì)算機(jī)整理后進(jìn)行人工分析。但隨著精度管理的深入研究，大量三維空間數(shù)據(jù)無法得以分析，必須積極引進(jìn)先進(jìn)的配套軟件，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行管理。

2 精度控制技術(shù)研究

（1）補(bǔ)償量的加放技術(shù)。補(bǔ)償量是指相對(duì)于船舶零件理論尺寸而多加放的量值，補(bǔ)償量的加放是否合理恰當(dāng)，直接影響著船舶的建造質(zhì)量。目前，船舶建造過程中補(bǔ)償量加放的計(jì)算最常采用的方法是《幾何量公差》中尺寸鏈的計(jì)算方法。

求解補(bǔ)償量的具體實(shí)施方法是由后一道工序向前一道工序提出具體的精度要求。這些要求包含了零件下料、余量的切割范圍、初始余量的設(shè)計(jì)值、余量的切割時(shí)機(jī)、具體補(bǔ)償值的大小等。

由于船舶結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不同的建造方法形成了不同的部件、分段結(jié)構(gòu)形式，這就要求我們從錯(cuò)綜復(fù)雜的尺寸關(guān)系中，找出對(duì)裝配精度和技術(shù)要求有影響的那些尺寸，形成不同建造階段及不同結(jié)構(gòu)部分的尺寸，進(jìn)而求解尺寸鏈。

（2）對(duì)合線基準(zhǔn)技術(shù)。對(duì)合基準(zhǔn)線的應(yīng)用是精度控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，在船體的各個(gè)裝配階段，如零部件、分段、總段以及型尺寸所依據(jù)的點(diǎn)、線、面，均是借助對(duì)合基準(zhǔn)線的方法。

對(duì)合基準(zhǔn)線是由設(shè)計(jì)在三維TRIBON軟件建模，轉(zhuǎn)換生成零件套料版圖，再通過數(shù)控切割機(jī)的噴粉劃線功能實(shí)現(xiàn)。

對(duì)合基準(zhǔn)線一般包含了中心線、直剖線、肋骨檢驗(yàn)線、水線、拼板對(duì)合線、肋骨校直線、合攏端100mmMark線等，其大量的應(yīng)用有助于提高精度控制手段。

（3）數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)。數(shù)理統(tǒng)計(jì)屬于統(tǒng)計(jì)學(xué)范疇，其內(nèi)涵包含兩個(gè)方面：1）如何合理有效地獲得資料數(shù)據(jù)；2）如何利用獲得的資料數(shù)據(jù)得出盡可能精確的可靠結(jié)論。

船舶建造過程中通過精度控制測量手段產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過搜集、整理形成一個(gè)完整的精度數(shù)據(jù)庫，然后用先進(jìn)的數(shù)理方法和統(tǒng)計(jì)技術(shù)對(duì)此類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成有效的反饋信息，借此來為精控標(biāo)準(zhǔn)的修正、余量與補(bǔ)償量的加放提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

（4）模擬搭載技術(shù)。傳統(tǒng)的船舶建造搭載方式是采用二次定位方法，即先將一個(gè)分段（總段）吊裝至船塢（船臺(tái)）進(jìn)行定位，現(xiàn)場施工人員依據(jù)相關(guān)基準(zhǔn)線對(duì)搭載分段（總段）進(jìn)行余量線的勘劃并進(jìn)行余量切割，待余量修割完畢后再重新進(jìn)行分段的吊裝定位（二次定位）。

模擬搭載技術(shù)，簡稱OTS（一次定位）。其方法是使用PDA連接全站儀進(jìn)行船舶分段（總段）三維數(shù)據(jù)的采集，把測得的分段數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維精度分析軟件ECO-Block中，并進(jìn)行實(shí)測數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)套合，然后對(duì)將搭載的分段與已經(jīng)搭載的分段在電腦上用ECO-OTS軟件進(jìn)行電腦模擬搭載，預(yù)先了解分段焊接后的變形、錯(cuò)位情況，同時(shí)分析搭載后的分段離空、錯(cuò)位等狀態(tài)，確定搭載分段余量修割值，在分段吊裝搭載前將余量進(jìn)行割除，從而達(dá)到一次吊裝、直接定位。

通過模擬搭載技術(shù)來取代傳統(tǒng)的船舶總組，將設(shè)計(jì)的三維坐標(biāo)模型運(yùn)用到實(shí)際的生產(chǎn)過程中，為無余量建造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

盡管我國精控管理技術(shù)已取得了一部分進(jìn)展，但始終未形成一個(gè)完整的管理技術(shù)體系和完善的補(bǔ)償量數(shù)據(jù)庫，尚局限于船體建造尺寸精度。因此，為了縮小與國外先進(jìn)船舶企業(yè)的差距，我國企業(yè)必須熟知精度管理的工作內(nèi)容，明確精度管理的方針、目標(biāo)，采用先進(jìn)的測量方法，完善精度管理的標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)過程控制技術(shù)的應(yīng)用，只有這樣才能不斷地提升建造的整體技術(shù)水平，增強(qiáng)自身的國際市場競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔祥華.船舶制造精度管理及過程控制技術(shù)簡析[J].建材與裝飾，2016（31）.

[2]彭公武.船舶制造精度管理及過程控制技術(shù)分析[J].科技展望，2016（04）.

作者簡介：孫云（1985-），男，江蘇靖江人，本科，工藝主管，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。