傅曉斌

（南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南通226010）

中小船廠精度控制模型的建立與應(yīng)用研究

傅曉斌

（南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南通226010）

中小船廠需要在分段建造過(guò)程中應(yīng)用精度控制技術(shù)，但由于缺乏數(shù)據(jù)的積累和分析，一定程度上制約了中小船廠的產(chǎn)品質(zhì)量。在此背景下，本文分析了中小船廠分段精度數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀，針對(duì)中小船廠的特點(diǎn)，提出了中小船廠精度控制模型，討論了分段精度控制模型的構(gòu)成因素與影響，闡述了分段精度模型運(yùn)行與成果，為中小船廠分段精度模型的應(yīng)用與推廣提供一定參考。

中小船廠；分段精度；精度模型

船舶建造精度控制技術(shù)是現(xiàn)代造船模式中重要的核心技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)在大型先進(jìn)船廠得到了廣泛的應(yīng)用，取得了不錯(cuò)的效果?；诖嗽?，船舶建造精度控制技術(shù)在中小船廠的推廣應(yīng)用與發(fā)展，將會(huì)提高國(guó)內(nèi)造船工業(yè)整體產(chǎn)品質(zhì)量，提升中小船舶企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。筆者通過(guò)對(duì)南通市周邊船舶企業(yè)的調(diào)查分析，認(rèn)為中小船廠的船舶產(chǎn)品的特點(diǎn)主要是船舶噸位小，批量少，單船建造居多，船舶種類復(fù)雜，船型也相對(duì)復(fù)雜。中小船廠自身在組織生產(chǎn)過(guò)程中建立符合自己發(fā)展特點(diǎn)的精度控制模型，是研究中小船廠精度控制技術(shù)的關(guān)鍵問題。

傳統(tǒng)中小船廠的精度控制往往只是簡(jiǎn)單地作為分段或者是船體結(jié)構(gòu)完工后的檢驗(yàn)的一個(gè)環(huán)節(jié)，只是為了滿足合攏尺寸的要求，缺乏對(duì)建造過(guò)程的控制。為了能夠更好地提高自身產(chǎn)品的質(zhì)量，中小船廠在發(fā)展精度控制技術(shù)上，應(yīng)該遵循“搬—學(xué)—用”的原則：引進(jìn)先進(jìn)的精度控制技術(shù)，學(xué)習(xí)如何運(yùn)行和管理，形成屬于自己的建造體系模式和標(biāo)準(zhǔn)，在工程實(shí)踐過(guò)程中不斷地應(yīng)用和改善。考慮到目前國(guó)內(nèi)各家中小船廠所建造的船型、噸位的不同，建立了以下中小船廠精度控制模型，可以使各船廠收集的數(shù)據(jù)比較集中，節(jié)省資金和時(shí)間，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，形成特色，利于交流和推廣。

一、中小船廠精度控制模型

中小船廠船舶分段精度控制基礎(chǔ)模型如上圖1所示。傳統(tǒng)的精度控制，一般是按照工序的先后，以設(shè)計(jì)開始以建造完工為結(jié)束，建立單一直線型的模型。

新的中小船廠船舶分段精度控制基礎(chǔ)模型，是將船舶建造過(guò)程看做一個(gè)環(huán)，生產(chǎn)設(shè)計(jì)控制建造過(guò)程，建造過(guò)程中的數(shù)據(jù)測(cè)量，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析后，形成新的補(bǔ)償方式，反饋到生產(chǎn)設(shè)計(jì)當(dāng)中，再次指導(dǎo)建造過(guò)程的精度控制，構(gòu)成一個(gè)完整的新的循環(huán)，不斷地自我更新。

二、中小船廠精度控制模型構(gòu)成因素分析

（一）建造過(guò)程因素

建造過(guò)程因素，主要是體現(xiàn)在整個(gè)建造過(guò)程中的各個(gè)工藝階段對(duì)于精度控制技術(shù)的應(yīng)用。例如在構(gòu)件加工，部件裝配，到分段裝配，直到總段船塢合攏，按著依照精度技術(shù)規(guī)范，實(shí)施建造工藝，主要有兩方面的內(nèi)容：各工序中的精度檢測(cè)與評(píng)估；出現(xiàn)超差問題時(shí)的對(duì)策。按照制造環(huán)節(jié)分為以下兩個(gè)階段：

1.加工階段

（1）邊緣加工階段：目前中小船廠切割技術(shù)也可以達(dá)到自動(dòng)化加工水平。通過(guò)購(gòu)置各類先進(jìn)機(jī)器，加工水平與大型船廠之間差別不大。中小船廠主要應(yīng)該關(guān)注調(diào)整機(jī)器的加工精度和培訓(xùn)設(shè)備操作人員的技術(shù)水平?？梢灾贫ㄏ鄳?yīng)的質(zhì)量抽樣檢查方式，以保證零件的切割精度。

（2）曲面加工階段：這方面中小船廠相對(duì)落后，基本屬于設(shè)備配合手工作業(yè)水平。中小船廠應(yīng)通過(guò)培訓(xùn)生產(chǎn)實(shí)踐人員，了解水火彎板變形機(jī)理，熟悉火焰熱加工的溫度控制，以及水冷的方式選擇等，通過(guò)積累不斷提高加工的技術(shù)水平。這段工序的精度控制的檢驗(yàn)方式主要是對(duì)成品的成型尺寸檢驗(yàn)。

2.部件到分段到總段的裝配階段

（1）部件裝配階段：這個(gè)階段的精度控制主要起到承上啟下的作用，對(duì)中小船廠而言，這一階段非常重要。一方面要檢驗(yàn)前期工序是否出錯(cuò)。一旦發(fā)現(xiàn)加工階段產(chǎn)生修整超差的變形，立即反饋。以書面報(bào)告形式，將前面工序的精度錯(cuò)誤匯總統(tǒng)計(jì)，把結(jié)果上報(bào)精度控制部門，構(gòu)件或者部件返工到前面的工序重新加工。另一方面也要控制部件裝配過(guò)程中的尺寸精度檢測(cè)，以保證后期分段裝配的精度要求。

（2）分段裝配階段：這是整個(gè)船舶建造過(guò)程中的核心階段。中小船廠應(yīng)該主要關(guān)注兩個(gè)方面：一方面是焊接的精度控制：檢驗(yàn)定位精度；檢驗(yàn)焊接裝配精度。這些應(yīng)該是找出裝配中產(chǎn)生誤差的原因，并能分析累積誤差，作為補(bǔ)償量的參考數(shù)據(jù)。另一方面就是分總段合攏過(guò)程的精度控制技術(shù)：對(duì)于中小船廠，這一階段主要是分段端面測(cè)量技術(shù)和調(diào)運(yùn)定位技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)也要考慮分段重量和重心的影響。通過(guò)引進(jìn)測(cè)量軟件和測(cè)量設(shè)備，控制吊運(yùn)過(guò)程所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形，編制定位要領(lǐng)指導(dǎo)書，按照基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線進(jìn)行作業(yè)，進(jìn)而控制變形。

（二）補(bǔ)償量數(shù)據(jù)因素

補(bǔ)償量是指相對(duì)工件基本尺寸多加放的量值，相對(duì)應(yīng)于建造過(guò)程，分為加工階段補(bǔ)償、裝配階段補(bǔ)償、焊接工藝補(bǔ)償三大類。一般累計(jì)各個(gè)階段補(bǔ)償量作為船體建造過(guò)程應(yīng)加放補(bǔ)償量的系統(tǒng)補(bǔ)償量。系統(tǒng)補(bǔ)償量是建造過(guò)程中最便捷的一種精度控制手段，可以有效防止結(jié)構(gòu)尺寸超差。建造系統(tǒng)補(bǔ)償量和余量的區(qū)別：補(bǔ)償量所預(yù)留的尺寸經(jīng)過(guò)船體建造各工藝階段施工后，隨著工藝消耗逐步抵消掉，余量則不同，需要在建造工藝階段某個(gè)特定的階段，經(jīng)過(guò)一次切割工藝來(lái)消除多余數(shù)值，需要多一個(gè)工藝階段來(lái)滿足船舶最終尺寸的要求。中小船廠精度控制模型意義就是逐步要用系統(tǒng)補(bǔ)償量來(lái)代替工藝余量。

補(bǔ)償量數(shù)據(jù)的選擇是最關(guān)鍵的技術(shù)，也是最難掌握的，也需要中小船舶企業(yè)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間積累。補(bǔ)償量數(shù)值如何確定將直接關(guān)系中小船廠船體精度控制的成敗。一般來(lái)說(shuō)，大型船廠設(shè)計(jì)和技術(shù)能力較強(qiáng)，在滿足經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮企業(yè)聲譽(yù)，一般將自身船舶產(chǎn)品穩(wěn)定在某一類型，連續(xù)穩(wěn)定船舶訂單使得產(chǎn)品具有相似的船體結(jié)構(gòu)形式，所以對(duì)補(bǔ)償量數(shù)值的確定具備了有利的條件。從條件來(lái)說(shuō)，中小船廠由于產(chǎn)品量小變化大，建造工藝流程可控性差，精度控制的管理水平有限，更加需要中小船舶企業(yè)重視精度控制技術(shù)，加大技術(shù)人員和資金投入，縮小與大型船舶制造企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量差距。

（三）生產(chǎn)設(shè)計(jì)因素

生產(chǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)重要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是在建造工藝階段預(yù)留余量，經(jīng)過(guò)一系列加工裝配后，將預(yù)先所留的余量，切割后再進(jìn)行下一步驟，直至分總段上船臺(tái)；另一方面在加工過(guò)程中，考慮加工工藝的損耗，預(yù)留補(bǔ)償量數(shù)值，經(jīng)過(guò)零件加工、部件裝配等各施工過(guò)程后，隨著工藝的進(jìn)行，補(bǔ)償量逐漸消耗掉，不需要進(jìn)行專門的切割，整個(gè)過(guò)程都是無(wú)余量的。顯然，對(duì)于中小船廠而言，后者難度要大多了。目前國(guó)內(nèi)大型船廠經(jīng)過(guò)多年的積累，基本能夠做到對(duì)船舶大型平行中體分段加放補(bǔ)償量，曲面分段預(yù)修整上船臺(tái)。中小船廠也需要這樣一個(gè)過(guò)程。

中小船廠應(yīng)該立足自身?xiàng)l，找到符合自己發(fā)展的精度控制技術(shù)的道路。在生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，補(bǔ)償量數(shù)據(jù)的確定，先從焊接工藝角度出發(fā)。由于焊接工藝在中小船舶企業(yè)也已經(jīng)充分掌握，焊接質(zhì)量比較容易控制。從而確定補(bǔ)償量加放的基本原則：1.主尺度原則：根據(jù)分段的長(zhǎng)、寬、高三維數(shù)值確定。分段越長(zhǎng)（寬），裝配范圍內(nèi)焊縫越多，補(bǔ)償量加放越大；2.板厚原則：裝配焊接的對(duì)象決定補(bǔ)償數(shù)值，焊接的板越薄，補(bǔ)償量越大；3.結(jié)構(gòu)疏密原則：結(jié)構(gòu)安裝越密，焊接次數(shù)越多，補(bǔ)償量越大；4.焊接工藝尺寸原則：與角焊焊腳有關(guān)，焊腳越大，熱輸入量越大，補(bǔ)償量越大。其次對(duì)于裝配階段的補(bǔ)償量的數(shù)值，應(yīng)該通過(guò)建造過(guò)程中的數(shù)據(jù)測(cè)量，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析后，不斷反饋到生產(chǎn)設(shè)計(jì)當(dāng)中，再次指導(dǎo)建造過(guò)程的精度控制，形成新的補(bǔ)償數(shù)值，構(gòu)成一個(gè)完整的新的循環(huán)，不斷地自我更新。

三、中小船廠精度控制模型的應(yīng)用

1.分段精度數(shù)據(jù)平臺(tái)的運(yùn)行

基于前文所介紹的精度控制模型和影響因素的分析，根據(jù)所提出的中小型船廠的精度管理體系和精度方案標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)和揚(yáng)州某船舶企業(yè)合作研究，共同成立了船舶精度管理小組，進(jìn)行方案的實(shí)施論證，檢驗(yàn)整個(gè)體系的可行性。

實(shí)施過(guò)程主要是基于該企業(yè)的7500T散貨船的建造過(guò)程。該企業(yè)共接到8條7500T散貨船的建造訂單，已完成一條船舶的建造，正在舾裝過(guò)程中。本次精度管理體系的實(shí)施對(duì)象主要是2#和3#船舶。2#船舶建造過(guò)程中按照精度管理方案和控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，并且將積累的數(shù)據(jù)，反饋到3#船的建造過(guò)程中?；趨R總反饋的數(shù)據(jù)，通過(guò)分段的建造精度、完成質(zhì)量、周期等方面進(jìn)行比較。

2.分段精度數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用的成果

從2013年9月開始，到2014年12月結(jié)束，共16個(gè)月。每?jī)蓚€(gè)月為一個(gè)階段，分別進(jìn)行選題論證與現(xiàn)狀調(diào)查、制定研究目標(biāo)、現(xiàn)狀原因匯總、影響因素分析、制定對(duì)策、造船精度控制系統(tǒng)建立與實(shí)施、效果檢查與推進(jìn)等七個(gè)階段。以7500T散貨船建造過(guò)程為載體，匯總反饋的數(shù)據(jù)，通過(guò)分段的建造精度、完成質(zhì)量、施工效果與周期等方面，進(jìn)行比較。

精度控制模型實(shí)施后，工作組成員對(duì)活動(dòng)過(guò)程中和活動(dòng)過(guò)程后的分段精度進(jìn)行了調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，檢驗(yàn)精度控制體系推進(jìn)效果：精度控制體系推進(jìn)之前，分段外板線形差，變形比較明顯。精度控制體系推進(jìn)之后分段的外板線形有明顯改善，尺寸精度基本滿足建造要求。檢查情況如下表：

表1 中小型船廠造船精度控制模型建造質(zhì)量檢查對(duì)比表

基于中小船舶企業(yè)發(fā)展的需求和生產(chǎn)模式的特點(diǎn)，分析了制約中小船廠發(fā)展精度控制技術(shù)的因素，根據(jù)實(shí)際存在問題，提出一些相應(yīng)的對(duì)策。建立了中小船廠造船精度控制的模型，并且分析了其中構(gòu)成因素的影響?；谀Ｐ吞岢鲋行⌒痛瑥S無(wú)余量建造實(shí)施要領(lǐng)，通過(guò)工藝實(shí)踐，提出了中小船廠補(bǔ)償量數(shù)值確定的方法和實(shí)施方案，并論證其可行性。進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和分析，基于精度數(shù)據(jù)的提高和實(shí)際建造質(zhì)量的改善，肯定了中小船廠精度控制模型的實(shí)際應(yīng)用效果，證明在中小船舶企業(yè)中推廣船舶精度控制體系的意義。

[1]江創(chuàng)宏.造船精度管理的探索和實(shí)施[J].江蘇船舶，2013（2）.

[2]傅曉斌.中小型船廠船體建造精度控制研究[J].南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（6）.

[3]郭會(huì)平.船體曲面分段建造過(guò)程中的精度控制的研究[D].江蘇科技大學(xué)，2013.

[4]胡日強(qiáng).船體建造精度控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D].大連理工大學(xué)，2006.

T

A

1673-0046（2015）7-0168-02

基金項(xiàng)目：《面對(duì)中小船廠的分段精度檔案建立研究》，南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，HYKJ/2011B05