一種大型復(fù)雜基座及結(jié)構(gòu)一體化制造工藝研究

費夢茹 蔡建雄 曹冬君

摘? 要：某新型設(shè)備采用內(nèi)嵌方式布置在船體上層建筑外側(cè)壁板上，對該區(qū)域外板表面及設(shè)備自身基座有具體精度要求，但本型產(chǎn)品上建外側(cè)壁板板厚普遍較薄，首制船在設(shè)備安裝前檢測發(fā)現(xiàn)存在精度超標情況，需采用貼板后再人工打磨方式找平，考慮施工過程中需反復(fù)兼顧基座安裝及貼板施工的相互作用，效率較為低下，文章主要論證通過合理改變分段劃分及分段建造流程，將基座及結(jié)構(gòu)一體化并采用整體機加工方式以保證安裝面精度，進而提升生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：合理分段劃分;調(diào)整建造流程;基座及結(jié)構(gòu)一體化制造

中圖分類號：U662? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）16-0103-02

Abstract： A new type of equipment is arranged on the outer panel of the hull superstructure in an embedded way， which has specific precision requirements for the surface of the outer plate and the base of the equipment itself， but the thickness of the outer panel built on this type of product is generally thin. The inspection of the first ship before the installation of the equipment found that the accuracy exceeded the standard， and it was necessary to use the manual grinding method after the plate was affixed to leveling， considering that the interaction between the base installation and the plate construction should be taken into account repeatedly in the construction process， and the efficiency was relatively low. This paper mainly demonstrates that by reasonably changing the division and construction process， integrating the base and structure and adopting the whole machining method to ensure the accuracy of the installation surface， so as to improve the production efficiency.

Keywords： reasonable segmentation; adjustment of construction process; integrated manufacturing of pedestal and structure

1 背景及概述

目前該型產(chǎn)品具有尺度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，新研設(shè)備多，設(shè)備定位及安裝精度要求高等技術(shù)特點。其中某新型設(shè)備改型后不再使用露天安裝方式，而是采用內(nèi)嵌方式布置在艉部上層建筑外側(cè)壁上，該新型設(shè)備及其基座整體尺寸較大，安裝精度要求高，但目前本型產(chǎn)品關(guān)于此區(qū)域的建造方式為：結(jié)構(gòu)大開口分屬兩個分段，船臺搭載階段分段合攏時大開口完整成型，對大開口區(qū)域外板表面矯平后采用專用工裝輔助設(shè)備基座安裝并矯平，保證基座表面及外板表面（該表面為設(shè)備安裝面）精度達標后，設(shè)備上船安裝。由于本型產(chǎn)品上層建筑外側(cè)壁板板厚普遍較薄，設(shè)備安裝前針對外殼安裝面及基座表面的精度控制在船臺階段耗費大量時間，嚴重制約后續(xù)設(shè)備安裝且不符合目前趨于節(jié)約搭載周期的先進造船理念，故本文主要針對此設(shè)備基座及結(jié)構(gòu)一體化制造工藝研究進行分析。

2 工藝方案研究分析

2.1 工藝改進方案

該新型復(fù)雜設(shè)備結(jié)構(gòu)大開口位于艉部上層建筑左右舷舷側(cè)外側(cè)壁區(qū)域，長約7米，高約1.2米縱向布置，根據(jù)設(shè)備安裝要求，設(shè)備外殼安裝面的不平度不允許超過8mm，表面粗糙度Ra為6.3;設(shè)備基座的面板不平度不允許超過8mm，表面粗糙度Ra為6.3。根據(jù)原有分段劃分，設(shè)備安裝的大開口分別劃分至007，008分段內(nèi)，原有建造流程為007分段與013分段，018分段形成00C正態(tài)總組，船臺階段00C總組與008分段合攏形成完整艉部上層建筑;艉部上層建造成型后，制造完畢的設(shè)備基座與基座輔助框架固定連接后上船安裝，輔助框架待設(shè)備安裝前拆除。

考慮吊裝及焊接變形等諸多因素的影響，在艉部上層建筑搭載結(jié)束后，設(shè)備安裝前對設(shè)備外殼安裝面及基座面板的不平度及粗糙度進行檢測。外殼安裝面根據(jù)實際變形量首先采用火工矯平方式，再采用局部增加貼板而后再人工打磨的方式以滿足設(shè)備安裝精度要求。由于此區(qū)域布置設(shè)備縱向大開口，設(shè)計時考慮結(jié)構(gòu)強度因素，大開口區(qū)域結(jié)構(gòu)骨架密集，焊接變形量不可控（舷側(cè)外板較薄，大組階段骨架燒焊易引起外板變形;搭載階段，大開口所在為分段接頭區(qū)域，接頭燒焊工作引起外板二次變形，且正態(tài)總組狀態(tài)下分段接頭焊縫為立焊，與平焊相比，焊接難度較大），搭載完成后僅采用火工矯平方式難以實現(xiàn)精度要求，故該型產(chǎn)品首制船采用火工矯平再貼板后打磨方式以使安裝面精度達到要求。基座面板通過采用基座輔助框架約束方式，變形量較小，目前首制船在輔助框架拆除后，僅需對基座面板進行局部打磨即可滿足精度要求，但考慮基座安裝過程的火工作業(yè)對周邊構(gòu)件的影響，在實際操作過程中，需反復(fù)兼顧基座安裝及外殼貼板施工的相互作用。

該施工方式雖對場地無特殊要求且無需大型加工設(shè)備配合施工，但同時也存在如下缺陷：（1）火工矯平、貼板、打磨均為人工作業(yè)，耗費大量工時，影響后續(xù)設(shè)備安裝;（2）船臺階段上層建筑搭載完成后外板表面施工為高空作業(yè)，存在一定的安全隱患。（3）考慮反復(fù)兼顧基座安裝及外殼貼板施工的相互作用，對于現(xiàn)場施工人員而言，基座在船臺階段安裝仍具有一定不便性。

隨著造船行業(yè)生產(chǎn)節(jié)奏日益加快，生產(chǎn)周期的不斷壓縮，結(jié)合考慮現(xiàn)場施工便利以及減少安全隱患，可將該型復(fù)雜設(shè)備對船體精度的要求，通過合理調(diào)整分段劃分和分段的建造流程，實現(xiàn)該復(fù)雜基座和結(jié)構(gòu)一體化制造，并采用機加工的方式以保證外殼安裝面及基座面板精度，進而提高生產(chǎn)效率，以期達到提質(zhì)增效的目的，具體實施方案如下：

（1）合理調(diào)整分段劃分：考慮原有分段劃分導(dǎo)致結(jié)構(gòu)大開口不處于同一分段內(nèi)，可將008分段靠艏部設(shè)備大開口區(qū)域結(jié)構(gòu)完整并入007分段（原007，008分段大接頭為FR256+100，大開口艉部邊界為FR258+100，綜合考慮舷側(cè)外板肋骨及甲板橫梁布置，可將大接頭修改至FR261+100處），保證大開口及周邊關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)處于同一分段內(nèi)，減少搭載階段分段接頭燒焊工作對大開口區(qū)域結(jié)構(gòu)平面度的影響，同時對精度指標進行分解，將設(shè)備針對此區(qū)域的表面不平度及粗糙度指標體現(xiàn)在船體分段組立圖內(nèi)。

（2）優(yōu)化分段建造流程，并將設(shè)備基座安裝階段提前至大組立階段：原007分段以甲板為基面反造，舷側(cè)片體完成中組、其余構(gòu)件在部件作業(yè)區(qū)完成小組后送大組形成完整分段，考慮機加工場地限制因素，完整007分段無法滿足機加工要求，可將新007分段一拆為二，分別為007A，007B，在靠近中縱位置將分段分成左右兩個小分段，避免構(gòu)件過大無法加工的同時，也可加快建造節(jié)奏，縮短制造周期。小分段仍采用以甲板為基面反造的方式，舷側(cè)片體完成中組、其余構(gòu)件在部件作業(yè)區(qū)完成小組后送大組形成完整分段。在舷側(cè)片體制作過程中，設(shè)備基座即可上胎架安裝形成舷側(cè)片體中組立（考慮基座與分段連接后具有較強的剛性約束，可取消基座輔助框架，簡化制造流程），大組立制作完成后，送機加工車間對設(shè)備外殼安裝面及基座面板進行機加工，精度指標易于控制。（注：該區(qū)域甲板上另有重要設(shè)備對精度指標有要求，大開口外板結(jié)構(gòu)的一次完工，可避免后續(xù)的貼板更改對甲板產(chǎn)生變形等影響）。

（3）簡化船臺搭載階段施工工序：考慮型船連續(xù)建造的一致性，不對艉部上層建筑的建造順序進行修改，007A與007B仍與013分段，018分段形成00C正態(tài)總組，船臺階段00C總組與008分段合攏形成完整艉部上層建筑，此時設(shè)備基座已經(jīng)安裝到位，故設(shè)備安裝前，僅需對外殼安裝面及基座面板復(fù)測精度指標并進行局部修補打磨工作。

2.2 工藝改進風險管控

（1）改進后分段吊裝可行性：改進前，007分段理論重量為38.892t，008分段理論重量為34.085t，改進后，008分段約有5t重量轉(zhuǎn)移至007分段內(nèi)，設(shè)備基座單舷重量為2.931t，考慮新007分段因加工場地限制因素已分為2個單獨小分段，故改進后007A，007B，008分段皆小于改進前分段重量，目前大組立車間吊運能力為100t，改進后分段滿足吊裝要求。

（2）精度控制工序前移后的后續(xù)精度管控：目前實際施工中對基座安裝面及外殼安裝面在不同階段提出了不同的精度指標，具體為基座制造完工后基座面板平面度不大于2mm，基座加工完成后基座面板平面度不大于1mm，外場裝焊結(jié)束后基座面板平面度不大于6mm;外場搭載裝焊結(jié)束后基座面板平面度不大于8mm。采用新工序后，基座加工完成后精度仍可達到原技術(shù)指標，考慮基座及結(jié)構(gòu)一體化制造后該區(qū)域具有較強的剛性約束，且后續(xù)燒焊工作對該區(qū)域影響較少，從基座加工完成后至外場搭載裝焊結(jié)束這一過程中的風險較老工藝更為可控。

3 研究成果分析

3.1 經(jīng)濟、社會效益

通過新的工藝方案研究表明，新方案最大限度的減小修改范圍，008分段部分結(jié)構(gòu)并入007分段后并不會引起007分段施工工作量的大幅增加，且通過優(yōu)化分段建造順序可加快建造節(jié)奏，縮短分段制造周期;同時安裝面采用機加工方式，并對精度指標進行分解，在分段階段實現(xiàn)精度控制，一方面降低后續(xù)搭載階段施工的安全隱患，另一方面大幅減少施工周期（注：目前采用的貼板后打磨的方式，整個施工周期約為20～30天，采用新工藝后僅需在搭載完成后復(fù)測精度，局部進行批磨處理即可）。

3.2 進一步研究方向

通過該工藝研究，將基座安裝精度要求提前分解，在制造階段提前提出精度要求，綜合考慮基座及結(jié)構(gòu)一體化制造及機加工的可能性，實現(xiàn)高精度要求基座安裝的流程簡便化，精度指標易于控制，縮短設(shè)備的安裝周期，進而提質(zhì)增效。該工藝研究的思路及方法，可以推廣至相似復(fù)雜基座或同類型產(chǎn)品的不同復(fù)雜基座上，進而以期實現(xiàn)全船復(fù)雜基座的結(jié)構(gòu)一體化制造，降低設(shè)備的安裝風險和難度，極大的加快產(chǎn)品建造周期，提高產(chǎn)品核心競爭力。

參考文獻：

[1]劉寅東.船舶設(shè)計原理[M].國防工業(yè)出版社.

[2]周啟學.船舶生產(chǎn)設(shè)計[M].人民交通出版社.