摘 要：船舶建造和施工流程中，每個工序中產品形態(tài)的控制就是我們通常所說的精度管理。通過對生產實踐中每一步精度管理的解析，提出了基于流程控制的精度管理方法，建立了精度管理基準模式。

關鍵詞：船體建造；精度管理；基準線；精度準則

中圖分類號：U671.99 文獻標識碼：A

1 引言

國內外造船技術發(fā)展迅猛，造船精度管理是現(xiàn)代造船的核心技術之一，在船舶建造過程中，如何縮短船舶建造周期、降低建造成本、提高產品質量顯得意義重大。以管理科學化、現(xiàn)代化的要求，精度管理在造船企業(yè)管理中的地位和作用越來越顯得重要。

精度管理要源于實踐立足于實踐，在實踐中探索有關精度管理的理論和方法，使得精度管理得以豐富和深化。通過組織保證、數據積累、理論研究等手段建立起完善有效的精度管理體系。實施船體建造精度管理，實現(xiàn)無余量下料、加工、組裝、搭載，縮短船體建造周期，最終促進造船水平的提高。

2 生產與精度

船體生產制作主要為下料（板材下料、型材下料）、線型加工（坡口加工、 板材、型材加工）、拼板劃線、零部件組裝（拼板裝焊、部件組件）、分段制作、分段總組、搭載等幾個階段流程。精度則是各個工序流程中產品的尺度。在生產中要通過科學的管理方法與先進的工藝技術手段，對船體建造全過程進行的尺寸精度分析與控制，保證各個產品尺度達到相應的標準或規(guī)范要求。各個階段產品精度質量都是環(huán)環(huán)相扣，相輔相成。

（1）船體建造中第一道工序就是號料/下料。采用手工或數控機對平板進行切割形成所需的零件，并進行自由邊打磨；對型材號料、接長、斷料、打磨。下料階段是精度控制的基礎，在下料階段需要進行重點精度監(jiān)控有設備檢測及切割精度，切割平臺的水平度，零件切割尺寸跟蹤檢測，零件補償量及余量施放檢驗，基準線完整性、誤差精度等。

（2）線型加工是一個重要的環(huán)節(jié)。對板材、型材自由邊進行加工，形成一定坡度的加工工序；對已號料的板材或型材進行冷彎、熱彎、校對、開孔、打磨等。在這個階段，要求控制坡口的角度、尺度、光潔；保證加工樣臺、模板的精確度；折邊加工中各種折邊寬度、折邊角度、折邊方向直線度、腹板方向直線度；型板曲面與樣板的間隙、樣板檢驗線的直線度、拉線與樣板上基線的偏差等等都需要進行控制，使之達到標準要求。

（3）拼板劃線是對多個零件板的拼裝焊接、劃線及切割過程，含部件、組件劃線。拼板前、劃線前板材要求進行尺寸復核，拼板時對接縫間隙、坡口方向、凈料端直線度及整體尺寸檢測，控制劃線精度，做好結構線、對合線、肋檢線、中心線的劃線，并做沖印標記，拼板劃線要清晰準確。

（4）零部件組裝是個重點工序，對多個零件或零件與部件或部件與部件的裝焊。施工中要求對零件安裝對位狀況、安裝尺寸、焊接方法、焊后變形等嚴格控制。重點檢測裝配對位、間隙、端頭節(jié)點，焊接方法及參數，焊后變形校正和加強，基準劃線完整性及準確度等。

（5）將零件、部件、組件組合裝焊形成分段單元的分段建造，是船體建造的重要節(jié)點，是檢驗上幾道工序的精度管理成果，同時也是下一道工序（總組/搭載）精度控制的基礎。分段精度是顯示精度管理水平的重要體現(xiàn)。分段建造過程中要消化掉在料、加工、拼裝時的精度誤差，嚴格控制胎架制作強度、精度，零部件裝配定位間隙及尺寸，裝焊方法及流程，工裝加強。確定合理完整的基準定位，在最佳時期進行分段數據收集。如圖1，分段建造精度控制要點。

圖1 分段建造精度控制

（6）總組/搭載階段，對多個分段進行組裝形成整體。船體總組/搭載首先要確定定位基準線及劃線精度，明確分段、總段定位基準點及定位尺寸要求，根據具體分段確定相應的定位固定保型方案，重點控制主尺寸、分段四周合攏口線型數據、肋距及余量預修整精度，注重合攏的焊接方法及焊接變形控制。對每個分段、總段的定位數據定期收集，并進行定位數據跟蹤、反饋。

3 船舶精度管理的認識

精度管理的實質是科學管理與先進制造技術的互相結合。隨著造船理念和造船技術、檢測手段的發(fā)展和進步，精度的控制水平也不斷地達到新的高度。

船舶建造精度管理通過建立合理的船體建造精度標準，采用科學的管理方法，輔以改善設計與工藝，包括工裝、設備改進，以及防止誤差的各種對策，對造船進行全過程的尺寸精度分析與控制，以保證船體工件在各個工藝流程階段內所規(guī)定的尺寸精度，最大限度地減少現(xiàn)場修整工作量，提高工作效率。隨著船體加工精度的不斷提高，船體裝配、焊接的精度也隨之提高，船體的建造質量得到了可靠地保證。

船舶專用壓載艙涂層標準（PSPC）的強制執(zhí)行，現(xiàn)代造船規(guī)模的日益擴大，各種生產制造工藝的飛速發(fā)展，原材料及人力成本的迅速增長，對造船精度管理提出了更高度要求。

精度管理在生產實踐中實施的難點：

（1）船體結構在加工和裝配以及結構焊接變形和水火矯正作業(yè)過程中，由于施工方式、方法的多樣性，結構變形尚不能用計算的方法精確地予以預報。

（2）船體零部件、分段在轉運和堆放過程中的變形無法得到有效的控制，無法預估變形情況，無法得到可靠的數據依據。

（3）船體建造的過程中采用的測量工具精度普遍較低，人為誤差較大。

（4）造船生產過程較復雜，搜集、整理和統(tǒng)計制作誤差的數據較困難，同時難以控制建造工藝過程的穩(wěn)定性，即使是通過數理統(tǒng)計的數據，也難以找到其中的規(guī)律。

（5）船舶結構繁多，形式多樣，無法完全實行統(tǒng)一固定的精度準則。

（6）船體建造過程大部分依賴手工操作，產品的精度往往取決于工人的技術熟練程度。

4 精度管理基本條件

船體建造精度管理包含了豐富的工藝技術與管理內容，實施精度管理必須在以下幾方面下工夫。

（1） 具有穩(wěn)定的技術精湛的精度管理人才；

（2）深化生產設計，把精度管理的主旨融入生產設計中，從設計角度推動精度管理；

（3）全面推廣數字放樣，提高結構放樣的精度；

（4）根據各個工序及產品結構特點，制訂合理的建造工藝；

（5）數據反饋體系，數據積累及形成數據庫；

（6）制定出對特定產品的且合理的可實施的精度管理準則；

（7）完善的精度管理組織保障。

5 造船精度管理的實踐探索

造船精度管理是為滿足造船的需要而對整個生產流程的自我控制。不同船廠要以本船廠的生產任務和產品特點來制訂精度管理模式。精度管理應中包括基本方針、工作重點、各階段的精度控制項目，以及控制的目標值、實際測量值、責任單位、工藝流程、基準線系統(tǒng)等內容。精度管理成為船廠正常的生產管理重點工作之一。

精度管理的目標是通過分析積累數據，反饋到前期的技術準備，如精度方案準則中，把所有精度質量問題都消滅在源頭，并實行全員精度質量管理。嚴格按標準一次作業(yè)合格，嚴禁將次品流人下一道工序，從而節(jié)約大量返修量和人工成本。

5.1 完善精度管理準則

實行精度管理，首先要制定一個合理的可實施的精度管理準則。精度管理的準則包括：余量施放標準，補償量標準、收縮公差標準、基準線標準、參考線標準、檢查次序標準、加工和裝焊精度標準、信息傳遞和管理標準等。圖2為精度管理參考線基準形式。

圖2 參考線基準形式

精度管理要通過一定的施工控制，使隨機的施工誤差服從一定的變化規(guī)律。因此，制定精度管理的基準原則，并使其符合施工標準的要求是精度管理的首要工作。精度管理準則建立后，應該落實到生產過程、施工組織、員工培訓、控制監(jiān)督等各個方面工作中。

精度管理必須對每一個施工階段提出工作要求，進行抽樣檢驗，制作精度管理檢查表，以便收集的信息能夠用來進行實時的跟蹤和分析。精度管理關鍵點和關鍵尺寸數據的采集必須充分借助先進儀器和軟件，使采集到的數據非常有效準確。這些數據應該按照下料、零部件加工、部件制作、分段合攏和船體大合攏的次序進行分級管理，然后運用數理統(tǒng)計方法，進行誤差的統(tǒng)計分析，來指導整個精度管理的過程。

精度管理準則是根據生產實踐且經過長期精度管理的經驗總結出來的，同時，還要在持續(xù)生產實踐中不斷完善。圖3顯示了整個精度管理的循環(huán)過程，即“設計—實施—檢驗—結果反饋”的精度管理流程。

圖3 精度管理循環(huán)流程圖

5.2 實用先進工具、工裝

實用先進的工具設備、工裝是產品精度的保障，主要有數據測量檢測工具和一些保型設備、工裝。

5.2.1 精度檢測工具

全站儀（Total Station Instrument）已經開始在造船業(yè)廣泛運用。全站儀基于激光特性，應用光學系統(tǒng)給出基準水平直線，確定虛擬空間坐標系，通過調整焦距，可以在不同距離獲得測量對象點的空間數據。全站儀可測量任何三維空間點，數據通過時時連接的PDA（Personal Digital Assistant）可直接得出測量部件及分段的水平度、垂直度、角度和直線度等等，測量精度高，快捷精準，簡單方便，極大地減少了人工誤差以及工作量，比起傳統(tǒng)的測量工具在性能上有很大優(yōu)勢。

同時，全站儀測量的數據可以通過電腦利用專用軟件對采集的實測數據與模型進行對比分析，并生成分析報告，用于指導返修工作，如圖4所示。

圖4 精度數據的采集及數據交換分析

5.2.2 保型設備、工裝

船體產品保型方法有產品自身的內部結構保型和外部的工裝保型，其中工裝保型在精度控制中占很重要的位置，貫穿整個建造流程。

影響下料加工形狀尺寸的設備有數控切割機、油壓機、肋骨冷彎機、各類焊機，設備的加工精度對產品精度起到首要的作用。工裝有切割加工工裝、焊接工裝、胎架工裝、裝配工裝和吊運工裝等。切割工裝主要是用于仿行切割的模具，配合開孔模具可以快速開孔，質量好。加工工裝主要是零件彎曲加工的壓頭模具，鋼板角度壓制精確度高、速度快。焊接工裝包括拼板壓力架和平直分段流水線等，這些焊接工裝可以有效減小分段的焊接變形。胎架工裝根據建造分段類型主要分為水平胎架、管子活絡胎架、典型分段胎架和專用固定胎架。裝配工裝不僅減少裝配、焊接變形量，而且可以降低勞動壓力，提高效率。利用先進設備及實用的工裝，建造精度才能得到保證，生產成本也容易控制。

5.3 專業(yè)的精度管理軟件

數字化造船已經廣泛實施，各種關于精度管理的專業(yè)測量、控制、分析的軟件的研究和應用，為現(xiàn)代化總裝造船提供了條件。通過開發(fā)和應用精度管理軟件，大大促進了造船精度管理的水平。

主要軟件工具：

（1）實現(xiàn)船體分段建模和模擬制造的設計軟件系統(tǒng)，例如現(xiàn)階段國內造船界應用較多的Tribon設計軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在設計階段加放各種精度補償量，并能提取模型，與實測數據進行對比分析；

（2）有限元計算軟件，如ANSYS有限元計算軟件，可以用于計算焊接結構變形，也可以應用于分析計算船體零部件及分段在吊運、擱置和沖砂的受力和變形，從而采取相應的加強措施，減少變形；

（3）分段精度數據的收集、分析和處理的軟件系統(tǒng)。如AMS精度分析系統(tǒng)，可以對采集到的數據進行分析，得出分段在各個加工階段的變形數據，為改進精度補償量的加放提供依據。且分析系統(tǒng)可生成數據分析報告，進行數據反饋及歸檔，圖5為AMS系統(tǒng)分析數據及精度報告。

圖5 AMS系統(tǒng)分析數據及精度報告

5.4 有效的施工工藝

精度控制要以有效的施工工藝作為手段，模擬搭載是其重要的成分，如圖6所示。根據采集到的分段最終完工數據（船臺搭載前數據）或已搭載分段合攏口定位數據，通過電腦利用專業(yè)軟件來進行數字模擬合攏，顯示分段間合攏口的結構誤差，形成誤差數據表。模擬搭載是值得造船企業(yè)深入探索研究的一個課題，模擬搭載是承接分段與搭載的一個重要工序，是精度管理最后一道流程，其重要性不言而喻。由于分段在轉運堆放、打沙等工序中變形的不確定性、不可控性和已搭載分段合攏口尺寸誤差的隨機性，因此通過模擬搭載，找到每個合攏縫的誤差特性，根據大量數理分析找出其中的規(guī)律，并反饋至各個工序，做到防患于未然。根據模擬搭載誤差數據表，分段的余量、變形等可以在搭載前就得到合理的修割整改，搭載效率會得到很大的提高。

圖6 電腦模擬搭載

6 結束語

造船精度管理在造船發(fā)展中起到至關重要的作用。造船積累精度數據，形成完整和動態(tài)的精度數據庫已經成為船廠的核心技術。如果要形成真實有效的精度數據，必須應用先進完整的管理體系，采用先進的工具設備和精度軟件系統(tǒng)，建立符合船廠實際生產流程的精度準則，開展精度測量、反饋和分析、優(yōu)化，這是精度管理的必然要求。造船精度管理是轉換造船模式、實現(xiàn)殼舾涂一體化的基礎，很多先進技術均建立在船舶制造精度管理技術的研究和應用基礎上，只有船舶制造精度達到了一定水平，其他各項工藝的實施才能得以發(fā)展并在實船建造中應用，造船綜合水平才得以提高。