39000 DWT散貨船管系加工精度控制

劉振宇 周海生 彭茂清

摘 要：在現代造船模式的實施過程中，常常會出現因管系加工精度差而返工的現象，嚴重影響生產效率和造船周期，因此提高管系加工精度是各船廠期待改善的技術問題。本文以39 000 DWT散貨船為案例，介紹一種船舶管系精度控制的有效方法，其主要內容是：針對船舶自身特點，確定管子安裝基準及輔助線，對合攏管余量、布置進行優化，將三維攝影測量技術運用于合攏管制作所需的數據采集，以此輸入計算機進行三維建模，并生成加工零件圖。

關鍵詞：管系精度;制作與安裝;余量優化;設計改進;三維攝影測量

中圖分類號：U671.91

文獻標識碼：A

1 前言

目前國內已有較多船廠在推行船舶精度控制，但其關注點多在船體結構方面，而涉足船舶管系精度控制的則較少。而在船舶建造過程中，常常會出現管系偏差較大而返工的情況。顯然，管系精度控制應與船體結構精度相吻合，如果分段制作精度不滿足要求，在分段總組、船塢搭載時未控制好定位基準及精度對合，則管系精度控制顯得毫無意義。因此，造船精度管理應該是全方位和系統性的，在保證船體精度的基礎上，還應該同時提高管系加工制作精度。

管系是船舶建造中的重要組成部分，其數量多、工作量大，管系的制作與安裝效率是影響船舶建造周期的重要因素之一，精度匹配是影響管子生產效率的關鍵環節。因此，控制好管子制作和安裝精度，減少返工，是提高安裝效率的有效辦法。本文簡要介紹39 000 DWT散貨船管系加工精度的控制方法。

2 管系精度控制的必要性

船舶的各個部位幾乎均布置有管路，其數量龐大、線路復雜，圖1為39 000 DWT散貨船機艙管系布置圖。隨著船舶企業殼舾涂一體化造船技術的逐步成熟，大部分管子需進行分段預安裝：首先，車間內加工制作出合格的管子;在分段制作及分段總組時，以結構為基準對管子進行定位安裝;對于跨合攏口的直管，在車間制作，現場安裝;對于跨合攏口的大管及曲度管則設計成合攏管，利用法蘭面在現場進行精度匹配取樣，法蘭與管焊接固定后運回車間進行加工制作，加工完再運至現場安裝。

從上述過程可以看出，管系建造過程復雜，操作空間小，作業難度大，管子加工精度對生產效率影響大，需針對船舶管系特征和控制難點，采取適宜的精度控制措施，以提高其精度，減少施工環節。

3 管子加工制作精度控制措施

（1）管子下料

采用鋸床或數控相貫線切割機下料，不允許手工切割或砂輪機切割，嚴格控制管材的尺寸誤差，端面與管段垂直偏差≤1 mm，下料長度偏差≤3 mm，超差的需要進行處理，滿足要求后方可進入下道工序。

（2）彎管控制

彎制由專人操作機器設備及檢測工具定期檢查，確保符合要求;管子彎制過程中，利用角度檢驗尺自檢、互檢，記錄過程數據以備專職人員抽檢;管子彎曲角度及旋轉角度偏差控制在±0.5。以內。

（3）管子法蘭面安裝

首先對管子按照圖紙尺寸進行切割，放置在水平工作臺上固定，將法蘭套到管子端頭，四周間隙均勻;同一根管子，兩端法蘭上的螺絲孔要求一一對應，在單個法蘭面安裝時，利用水平尺調整兩孔邊在用一個水平面，見圖2所示;為了保證管子法蘭面的垂直度，現場制作出法蘭面曲度尺進行現場檢測，滿足要求后進行點焊固定，焊前焊后自檢、互檢，要求法蘭面垂直度偏差控制在±1 mm以內，見圖3所示。

4 管子安裝精度控制措施

（1）管子安裝現狀

在船體結構裝配過程中，管子緊隨其后進行安裝;管子安裝前先安裝管子支架（管碼），在支架上面標識中心位置，根據該中心線確定管碼寬度方向安裝位置;為保證高度方向的精度，往往需現場制作輔助工裝托舉管子，然后用卷尺量取高度進行定位;因現場安裝管碼及管子是根據相鄰的船體結構拉尺進行量取數據，無統一安裝基準點，且未考慮裝配偏差及板件變形等影響，因此管子安裝后在總組或船塢合攏時，往往會出現管口對接錯位情況，需要對管碼和支架拆除重新調整管口對接，耗工費時。

（2）管子安裝精度控制方案

針對上述問題，可采用增加管子定位基準線和安裝輔助線的工藝方案解決：首先，根據船體結構建造基準，由專業劃線工勘劃定位基準線和輔助線，施工人員按線安裝管碼和管子，安裝完成后進行自檢、互檢、精度專檢，偏差控制在3 mm以內;同時，根據控制方案，編制管子安裝控制精度等工藝文件進行固化。

（3）現場跟蹤及實施

根據分段管系安裝精度控制工藝進行施工，如底板管弄區域首先確定分段中心為管子安裝基準，在安裝前劃出兩條輔助半寬線（距中650 mm、距中1 020一）和輔助高度線（距基750 mm），見圖4所示;現場安裝時，利用拉粉線及吊線錘對管碼進行安裝，見圖5所示;安裝管子后進行測量，管子中心與地樣線（半寬方向）精度偏差控制在1-2 mm，管子與輔助高度基準線偏差控制在2-3 mm。

5 管子余量控制

（1）合攏管余量控制的必要性

通常，單根合攏管設計時兩端均加放有100 mm左右初余量，船上安裝時進行匹配氣割。以39 000 DWT散貨船為例，總計約有990根合攏管，其余量總長度達198 m。現場調研發現，合攏管在船塢安裝時均需要經過二次以上修割。由于現場條件差，切割質量難以保證，工作效率降低，故需對管子余量加放方案進行優化。

（2）余量控制方案

①根據相關設計人員、管理人員多次討論，確定余量加放要求為：對于外場直管，僅管子一端加放50mm余量;對于外場彎管，管子兩端各加放50 mm;經統計，可節約管子長度達99m;

②合攏管部分加工工序前移：對于機艙、上建、首部區域的合攏直管，無余量端法蘭內場安裝焊接，完成表面處理，另一端法蘭在船上校裝;合攏直管兩端采用套管連接的，其套管電焊在內場完成表面處理。

③根據上述方案，對在建船舶進行優化改進：在管系設計時，對于外場單根直管，單邊加放50 mm;對于外場彎管，兩端各加放50 mm，并在圖紙上進行明確;同時，在車間完成一端法蘭表面處理。實施后，不僅節省了管材，而且提高了生產效率。

6 合攏管優化設計方案

管系放樣準確率直接影響外場合攏管的安裝精度控制。管路走向布置，需合理有序，在降低管子安裝難度的同時，也要保證管子安裝精度;針對合攏管在船塢安裝對合偏差情況，可在形式、位置、長度等設計上進行了改進優化，將部分合攏管利用直管連接的形式進行固化，設計成以下三種形式。改進實施后，校管直管設計率達到62.24%，超過項目預計的目標。

（1）A型船校管

全船通用，優先選用。除滑油及其循環艙的透氣管、燃油、液壓油及主機海水等系統管之外的所有管子，均可選用;適用于DN125通徑及其以下規格的所有管子;兩根一組，均為內場制作，單根長度為0.8-1.2m，結構形式見圖6所示。

（2）B型船校管

適用于所有系統管以及各種通徑規格的管子，在A型管無法滿足要求時選用，適合在分段總組及搭載誤差錯位較大的情況下使用;B型船校管均為外場安裝，單根長度為0.8-1.2 m，其結構形式見圖7所示。

（3）C型船校管

除燃油、液壓油及主機海水等系統管之外，其他管子均可選用。在分段預裝管上，可臨時拆卸并能向上移動的情況下選用;船校管適用于DN80通徑及其以下規格的管子，船校管均為內場管，其套管外場焊;單根長度為0.8-1.2 m，結構形式見圖8所示。

7 三維攝影測量技術應用

（1）合攏管制作現狀

大曲度的合攏管精度要求高，分段合攏口處往往預留一截管子待制，待分段船塢合攏后再進行放樣制作/安裝。目前傳統合攏管主要制作方法是：將法蘭和角鋼等輔材運到船上安裝，完成假模取樣，假模下船后進行放樣制作。傳統工藝制作方法效率低、浪費人工、浪費材料、生產周期長、且存在較大的安全隱患。

（2）三維攝影系統流程

引進工業上的三維攝影測量技術，通過拍照提取合攏口法蘭信息位置，建立三維模型，輸出管子制作小票，再進行加工制作以及船上安裝。其系統工作流程，見圖9所示。

（3）現場采集數據

首先利用輔助工裝一基準測量尺，利用其磁力與結構吸附，保證精準定位;同時利用測量孔及管孔工裝放置到需要配管的法蘭面，通過專用攝影測量相機進行近景測量，將測量的數據存儲并傳輸至計算機。

（4）建模及制作安裝

利用新開發的合攏管現配軟件，根據其數據庫中標準件和設計要求讀取測量數據，自動生成三維合攏管模型，然后結合其形態和現場情況手動微調，即完

（5）發展趨勢

三維攝影技術的運用，將替代傳統的合攏管假模取樣方式，能有效提高現配管安裝效率和質量，達到了降本增效的目的。目前該技術還在研發試用階段，硬軟件及其設備配置成本較高，對操作人員技能要求高，其技術推廣尚具有一定難度，但隨著該技術的進一步成熟，其廣泛運用將會成為一種趨勢。

8 結束語

船舶管系精度控制是一個綜合性的工程，涉及到生產設計、工藝方案、技術創新等內容。39 000 DWT散貨通過確定管子安裝基準及輔助線，對合攏管余量及設計方案進行優化改進，將三維攝影測量技術應用于合攏管現場施工取樣等，有效改善了管子加工制作精度，提高了工作效率和施工質量。如果要實現合攏管路對接零調整目標，還需要在實際生產中不斷總結經驗，創新精度控制方法，培養新技術的研發人才并加大投入，夯實管系精度控制的基本條件。

參考文獻

[1]付錦云.船舶管舾生產設計，哈爾濱：哈爾濱T程大學出版社，2019.