基于SPD軟件的焊材精細化派工

顧黎軍， 孟云芳， 郭蘇琪

(1.上海江南長興造船有限責任公司， 上海 201913； 2.中國船舶工業集團有限公司， 北京 100044)

0 引 言

船舶生產設計階段主要對工藝、結構、焊材、鋼板等進行分解，將圖紙制作完成后供現場使用。對于焊材的測量，主要考慮焊接方法、焊接位置和焊腳高度等因素。為有效控制焊接成本，由結構重量按百分比估算焊材消耗，根據不同焊接方式、生產部門劃分焊材比例。通過人工、計算的方式得到焊材預估量。本文主要描述在此基礎上，將理論數據導入船舶產品設計(Ship Product Design， SPD)軟件，通過模型的轉換，生成精細化派工數據。

1 焊材的測算

按船型及結構重量去估算焊材，可通過系列船得到一個相對消耗系數[1]，但對于不同船廠以及新船型來說，誤差較大。表1為各類船型的焊材消耗系數。

由于船型的多樣化，且各船型的焊材消耗系數不統一，因此需要由焊接設計人員進行細化，將整船按制作階段劃分成若干個區域，并計算出特殊焊材的實際消耗量，焊材需求量計算公式[2]為

(1)

式中：W為焊接材料需求量，g；A為截面積，cm2；ρ為密度，g/cm2，一般情況下，碳鋼取7.8，Cr-Ni不銹鋼取7.9，Cr-Ni-Mo不銹鋼取8.0，鎳及鎳合金取8.9；L為焊縫長度，cm；η為熔敷效率，一般情況下，焊條為55%，TIG/MIG/MAG/CO2為95%，藥芯焊絲為85%，埋弧焊絲為99%。

表1 各類船型的焊材消耗系數

焊接一般可分為對接形式和角接形式。

(1) 對接形式具體如圖1所示，其焊接截面積計算公式為

A=(g×t)+(t-f)2×tanθ(2)

式中：g為坡口間隙；t為板材厚度；f為坡口留根；θ為坡口角度。

圖1 對接形式

(2) 角接形式具體如圖2所示，其焊接截面積計算公式為

(3)

式中：a、b分別為對應焊接高度。

圖2 角接形式

通過上述計算公式，結合船體結構不同焊接方式，得到一份焊材預估表，如表2所示。

表2 某船型焊材定額

2 精細化派工制作

通過上述介紹，焊接設計人員對船型進行分析，對焊接方式進行測算，將焊材細化分配到部門來控制生產部門對焊材的消耗，但實際生產過程中，由于各種增補、返工、焊腳高度等原因，導致焊材需求量增加，實際焊材消耗系數遠大于表2中所示的2.25%。角焊縫中，焊腳高度指直角三角形的直角點(兩焊腳交點)到斜邊的距離[3]。通常由于施工原因，實際焊腳高度遠高于理論值，當焊腳高度由5 mm增加至7 mm時，焊材的消耗就會增加一倍。因此，嚴格控制角焊縫的焊腳高度能提高派工的精準度。據統計，此船型建造完成后的焊材消耗系數在2.4%～2.5%。因此，需要通過設計軟件提供大量準確數據完成現場焊材用量計算，并將數據制作為派工單供現場使用。

2.1 按DAP分配

在生產設計階段，每個分段按照生產設計流程進行制作，因此也決定了相應組立的分工。如圖3所示，BH、BJ、CH組立及其下屬組立為加工部建造，A、B、C及整個分段為組立部制作。因此，需將此分配作為焊接精細化派工的依據進行數據處理。

圖3 某分段建造流程

2.2 焊接計劃模塊

由于船舶上的焊縫數量眾多、型式各異，統計焊縫的長度和材料是一項繁瑣又易于出錯的工作。為減輕船舶設計人員的工作，并保證統計結果的準確性，在SPD 船體模塊的基礎上研發焊接計劃模塊。

SPD焊接模塊分為2部分。第1部分為定義焊接系數。如圖4所示，生產設計人員在制作模型的過程中會添加焊縫形式，例如埋弧焊、垂直氣墊焊等高效焊接形式。在模塊中，配置人員將此類焊接方式定義至系統中，包括對接形式、角接形式，其中角接焊為雙面角接焊。因此，在定義時，一條焊縫在實際生產過程中為兩次施焊。第2部分為焊接計劃抽取。三維模型及焊接形式定義完成后，通過SPD軟件船體設計模塊進入焊接計劃。點擊“操作設置-按分段設置焊接計劃對象”，選擇需抽取焊接計劃的分段號，右擊分段號，選擇焊縫逐級自動搜索，抽取完成后點取“確認并保存”完成焊接計劃抽取。圖5為焊接計劃抽取界面。

圖4 焊接工藝數據庫[4-5]

圖5 焊接計劃抽取界面

2.3 下發派工單

按上述操作完成后生成焊縫長度明細表。

如表3、表4所示，5DB～95FG后的數據分別為制作此組立需要焊接的焊縫長度，A組立由5DB～95FG及H組立組成，后面的數據為這些組立制作成A組立所需焊接的焊縫長度。生產部門可根據制作的組立階段，提取表中的數據進行派工單和焊材的同步下發，以控制目標成本。

表3 分段內焊縫長度統計 m

續表3 分段內焊縫長度統計 m

表4 焊縫明細

2.4 精細化派工未來發展

目前公司以上述表單的形式進行焊接物量和焊材的精細化派工，數據框架已通過SPD軟件系統建立完成，后續將引進數字化車間技術，直接通過點對點操作，將設計給出的數據通過數據傳輸，直接導入現場電腦中，現場監控人員通過對終端機的操作，將派工單直接傳輸給工作人員進行焊接派工，實現人機同步派工，通過對焊接參數的限定間接監控施工過程，嚴格執行焊接工藝并通過數據進行效率分析，以優化目前造船行業管控的過程。

3 小 結

通過設計給出焊材定額及各個建造階段的詳細焊縫長度，生產部門可將此作為派工的依據進行管理，提高管理精度及效率。造船行業主要分為設備、管舾、結構、涂裝、焊接等多個模塊，目前仍以人力為主要勞動手段。通過焊接精細化派工的方式及今后數字化車間的完善，進一步提高生產管理效率，降低管理成本，達到高效造船的目的。