袁紅莉，廖加棒，董業(yè)宗

(1.集美大學(xué)輪機工程學(xué)院，福建廈門361021;2.廈門船舶重工股份有限公司，福建廈門361026;3.舟山中遠船務(wù)工程有限公司，浙江舟山316131)

0 引言

造船精度管理是現(xiàn)代造船中的一項關(guān)鍵技術(shù)［1］，在船舶建造中發(fā)揮著重要的作用。推行造船精度管理是確保船舶建造質(zhì)量、促進科學(xué)管理、提高生產(chǎn)效率的重要手段，而造船精度控制技術(shù)是造船精度管理的主要內(nèi)容之一。自20世紀80年代起，中國造船界開始對造船精度控制技術(shù)開展研究。為適應(yīng)近十幾年來船舶行業(yè)快速發(fā)展的需要，造船界加大了對造船精度控制技術(shù)研究力度，取得了一定的成果。造船精度控制技術(shù)是以船體建造精度標準為基本準則，以數(shù)理統(tǒng)計為理論基礎(chǔ)，以補償量取代余量為核心，通過科學(xué)的管理方法與先進的工藝手段對船體建造進行全過程的尺寸精度分析和控制，以達到最大限度地減少現(xiàn)場修整工作量，提高生產(chǎn)效率，保證船舶產(chǎn)品質(zhì)量［2］。本文擬結(jié)合某公司已完工的57 000 DWT散貨船在建造過程中精度控制方法和對策進行總結(jié)。

1 造船精度控制系統(tǒng)建立和階段劃分

造船精度控制與管理是一項系統(tǒng)工程，涉及設(shè)計、生產(chǎn)、工藝技術(shù)、檢測和檢驗等方面［3］，是一項所有參與船舶建造有關(guān)人員的管理活動，因此，首先必須建立造船精度控制系統(tǒng)，使整個造船過程處于可控、有序運行。船體建造精度控制階段一般分為設(shè)計、號料及加工、部件裝配、分段裝配和船臺裝配幾個階段，精度控制按照這幾個階段分別實施。前一階段的控制結(jié)果，是后一階段的基礎(chǔ)。從生產(chǎn)設(shè)計開始，就要根據(jù)具體船舶的結(jié)構(gòu)特點，制訂精度管理計劃，明確船舶建造過程的尺寸精度控制各階段的具體內(nèi)容，以滿足最終的精度要求。

57 000 DWT散貨船貨船區(qū)域為雙底、單殼、單甲板結(jié)構(gòu)，設(shè)有頂邊艙、底邊艙，艏艉結(jié)構(gòu)為橫骨架式。在生產(chǎn)設(shè)計初始，精度人員就介入設(shè)計工作，參與分段劃分、分段建造方法、總組及合攏方案和精度補償量等的討論和確定。在進行船舶分段劃分時，除考慮常規(guī)因素外，結(jié)合精度控制的需要，將全船劃分為134分段。該船被安排在船臺進行大合攏。

2 生產(chǎn)設(shè)計精度控制

生產(chǎn)設(shè)計是船體建造精度控制技術(shù)的源頭［4］，從生產(chǎn)設(shè)計開始對船體零部件的尺寸精度進行控制，同時把精度工藝技術(shù)融入到生產(chǎn)設(shè)計中。某57 000 DWT散貨船在建造過程中，系統(tǒng)深入探索基準線控制技術(shù)、全船余量及補償量加放技術(shù)、變形和反變形技術(shù)和精度控制圖紙繪制，以達到深化生產(chǎn)設(shè)計，實現(xiàn)精度控制的圖紙化、數(shù)字化。

2.1 基準線控制技術(shù)

基準線是船舶建造過程中控制建造精度的重要工作，也是合攏時檢查和分段定位的主要依據(jù)，因此制定合理的基準網(wǎng)絡(luò)線，在船舶建造過程中貫徹實施是精度控制技術(shù)之一。主船體定位基準線包括肋骨檢驗線、縱剖線和水線。

定位基準線的確定原則:

(1)肋骨檢驗線:肋位號+200 mm，每個分段設(shè)定1個，通常選分段中部強框架肋位。

(2)縱剖線(中心線):通常選中線，縱向強結(jié)構(gòu)線+200 mm。

(3)水線:通常選平臺、甲板、水平桁等結(jié)構(gòu)線+200 mm，亦可取整數(shù)水線。

圖1 拼板劃線圖(單位:mm)

精度工法室按照上述規(guī)定繪制全船分(總)段基準線圖。圖中船臺基準線、總段基準線、分段基準線、100記號線、對合線和檢驗線等用不同標志標示出來。對合線是船體裝配過程中，為了使各個部件(小組)、各個片體(中組)、各個分段(大組或大合攏)有相應(yīng)的對合基準而設(shè)置的輔助線。對合線基準線對總體尺寸、水平度、彎度提出要求，有利于提高裝配精度。大多數(shù)對合線、基準線和檢驗線由設(shè)計部門在TRIBON建模后通過切割版圖轉(zhuǎn)換成數(shù)控切割機指令自動噴粉而實現(xiàn)，另一部分通過手工下料圖上增加對合線、基準線來實現(xiàn)，如拼板劃線圖。在兩兩相拼接的板上距板邊一定的位置(一般為100 mm)設(shè)置對合線，作業(yè)者按對合線調(diào)整方正度，達到無余量裝配。拼板劃線圖如圖1所示。

57 000 DWT散貨船在裝配各階段都有相對應(yīng)的對合基準線，如在小組立、中組立階段設(shè)定拼縫對合線，肋板(骨)框架拼接的對合線，分段以中心線或縱剖線、肋骨檢驗線、高度方向的水線為依據(jù)判定分段正確度，大合攏則按船臺基準線和大接頭兩側(cè)100 mm對合線來定位。

2.2 全船余量及補償量加放技術(shù)

造船精度控制目的是以系統(tǒng)的補償量取代余量，以保證各工件之間尺寸的精度，最終滿足船體建造的精度［5］。補償量的確定是船體精度控制中的核心內(nèi)容，直接影響到船體精度控制。

余量是控制構(gòu)件尺寸的一種工藝措施。余量和補償量一般分為加工、裝配、焊接。余量的加放工藝簡單，而補償量的加放難度高，必須經(jīng)過長期摸索、積累、分析、統(tǒng)計而得出。57 000 DWT散貨船在前期姐妹船的建造過程中收集匯總了大量數(shù)據(jù)，對余量和補償量的加放提供了依據(jù)。57 000 DWT散貨船精度補償圖(部分)如圖2所示。

貨艙區(qū)分段基本做到無余量制造、機艙線型平緩部分無余量制造、艏艉分段部分有余量制造無余量上船臺。在有余量的分段或加工成幾何形狀的板材則制定對各階段切割規(guī)定，保證合攏時盡量少割余量，避免2次定位，減少船臺修割。分段無余量上船臺比例達到85%。

圖2 57000 DWT散貨船精度補償圖(部分)(單位:mm)

船體分段補償量及余量加放原則:

(1)基準定位分段的首、尾環(huán)形接縫端頭全部正作(不留余量)，縱骨、縱桁同樣正作。

(2)其余分段以基準定位分段為基準，在朝向基準分段的一端有補償量，另一端正作;內(nèi)部構(gòu)件與分段端頭一致，補償量根據(jù)所處區(qū)域、結(jié)構(gòu)形式加放?？v骨架式大接縫處肋距的加放一般為10～20 mm，橫骨架式大接縫處肋距的加放一般為5～10 mm，貨艙區(qū)分段間縱接縫處加放10 mm左右，機艙及艏艉分段間縱接縫處加放20 mm補償量。

(3)線型曲率大分段的根椐工藝要求再加放30～50 mm余量。

2.3 精度控制圖紙的繪制

精度控制圖紙的繪制包括零件檢測圖、分段精控圖、總段定位測控圖、檢查結(jié)果記錄表等。把每個環(huán)節(jié)測量的要點分別做成圖紙或在分段結(jié)構(gòu)圖表達出來，以方便各個環(huán)節(jié)的測控。在測量圖中對基準線、對合線、檢查線的劃線要求作出規(guī)定。

2.4 節(jié)點建模的正確性

建模人員必須按設(shè)計工藝要求將補償量、反變形量等對模型進行處理，使出圖、切割數(shù)據(jù)符合工藝要求。另外，編制有分段裝配計劃流程圖，指導(dǎo)工人施工。

3 生產(chǎn)過程的精度控制

建造過程中的精度控制技術(shù)是從下料開始，在加工、裝配、分段合攏和總段合攏等各工序中按照相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范實施精度控制的技術(shù)。生產(chǎn)過程的精度控制主要有兩方面:一是各工序中的精度檢測與評估，二是出現(xiàn)超差問題時的對策。

3.1 分段精度控制

分段精度質(zhì)量控制的好壞直接影響到船臺合攏的難度和效率。

3.1.1 分段生產(chǎn)精度典型問題

(1)數(shù)控下料切割精度誤差—尺寸誤差。常見的有板邊坡度大，影響焊接質(zhì)量;零件方正度差，呈菱形，拼板后誤差大，需要二次修割。

(2)拼板精度—形狀偏差。由于數(shù)控切出來的板邊斜度較大，拼接時間隙大，不能直接進行埋弧焊，需用CO2焊打底焊。內(nèi)底板一般較厚，以24 mm為例，打底焊高約6 mm，加上埋弧焊熔深7 mm，剩余板厚11 mm，翻身后用氣刨清根，氣刨的U型剖口深達12 mm。反面的焊接量大于正面的焊接量，拼板焊接容易產(chǎn)生角變形。

(3)余量劃線切割誤差。分段建造中許多分段由于趕時間，在胎架上沒有進行余量劃線。下胎后在門架非水平狀態(tài)下劃線，沒有了基準，誤差較大。

(4)分段裝焊變形問題—形狀偏差。甲板分段、舷側(cè)內(nèi)縱壁變形、首尾分段的裝焊變形在分段制造中經(jīng)常出現(xiàn)。

(5)測量誤差。主要有測量器具精度、測量部位不準確和測量過程中溫度變化導(dǎo)致的測量工具和被測工件發(fā)生變形。

3.1.2 分段精度問題分析及解決措施

船體分段建造涉及的工藝環(huán)節(jié)多，影響船體精度質(zhì)量的缺陷也就很多。通過對57 000 DWT散貨船分段制造過程中典型問題統(tǒng)計分析，主要表現(xiàn)為分段主尺度的偏差、位置偏差、水平度和垂直度等。造成這些偏差的環(huán)節(jié)主要有轉(zhuǎn)運變形、切割誤差、劃線誤差、焊接變形、裝配誤差、焊接各種缺陷等。為了分析具體原因，又將其以工藝設(shè)計(圖紙)、劃線、切割、機加工、裝配、焊接、火工及起重等進行分類統(tǒng)計，具體如圖3所示。

圖3 分段典型問題原因分布圖

從圖3可以看出，典型問題主要原因是由于裝配(46.1%)、劃線(24.8%)、焊接(18.4%)而引起的，因此從主要原因入手尋找解決方法更有效。在加工工序方面，對各類機器的檢測和修整，定期抽樣檢查零件的切割精度等;在裝配工序方面，對于小組立，主要針對在大構(gòu)件上安裝小骨材的尺寸精度檢測，檢驗前期工序是否出錯等;大組立主要檢驗構(gòu)件的定位、精度檢驗、裝配精度檢查和焊接坡口的寬度等;在分段組立過程中，由于分段生產(chǎn)制造的周期長，制造過程中焊接工藝實施不當，轉(zhuǎn)運過程產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形等原因，使得分段與設(shè)計尺寸存在偏差，導(dǎo)致端部的錯位現(xiàn)象。對策是設(shè)置基準點和基準線，按定位要領(lǐng)指導(dǎo)書進行作業(yè)，調(diào)整局部變形。

平臺階段的分段建造質(zhì)量與精度控制要點主要是胎架的水平度，縱、橫艙壁的垂直度，強肋位的垂直度，框架、平面片體、曲面片體吊裝定位的準確性，分段主尺度的控制，首尾合攏縫與下口合攏縫的尺寸控制。這些定位尺寸從結(jié)構(gòu)圖上和分段完工測量圖上均有標注，在制作過程中只要加以重視，準確定位安裝。

為了進一步找出誤差原因，進行分段制作單位典型問題分布及相應(yīng)責(zé)任工種統(tǒng)計，分析原因，明確各工種責(zé)任和建立考核制度，加強精度自主管理體系建設(shè)，把精度問題消除在源頭。

3.1.3 分段精度控制考核與測量

要做好分段建造精度控制，必須事先做好所要測量分段的建造精度控制表，將所有需要測量數(shù)據(jù)涵括在此表格中，以避免現(xiàn)場測量時候遺漏重要數(shù)據(jù)。參照相關(guān)標準，編制各分段的精度控制點、控制方法以及控制要領(lǐng)，設(shè)繪有關(guān)控制圖表，如分段完工測量圖和分段精度考核表，對關(guān)鍵環(huán)節(jié)的施工要領(lǐng)和分段施工圖上的有關(guān)數(shù)據(jù)進行完善。分段精度考核表中的主要考核內(nèi)容包括:考核項目、狀況描述、考核權(quán)重、考核得分等，其中考核項目主要有:自檢數(shù)據(jù)、堆放狀態(tài)、基準線、坡口、余量切割、合攏口端差、焊接/涂裝保留、基準板平整度、壁板垂直度、火工背燒、尺寸精度。

分段精度控制測量包括零件測量、拼板檢測和完工測量。分段精度測量目前主要經(jīng)歷兩個階段:第一階段是用鋼卷尺、三角錘測量，主要用于零件、拼板、中小組立階段，這一階段主要是通過個人能力來控制;第二階段是采用全站儀配合PDA(掌上電腦)。測量與數(shù)據(jù)的采集用全站儀和PDA，數(shù)據(jù)計算采用PDA;用EXCEL文本查看測量和設(shè)計數(shù)據(jù)，由專門的精度分析人員進行分析判定。精度人員要及時填寫分段精度報表，定期舉行分段精度分析會，對分段制作過程巡檢典型問題通報，及時整改。

3.1.4 分段精度的控制模塊

為了規(guī)范分段精度的控制過程，特制定了分段精度的控制模塊。圖4為分段精度的控制模塊。圖中虛線箭頭表示非必要項，亦可采取其他形式替代。

圖4 分段精度的控制模塊

在進行合攏工作前首先繪制分段船臺定位圖、分段總組及船臺搭載網(wǎng)絡(luò)圖，明確分段總組范圍和船臺搭載順序，然后根據(jù)船體的結(jié)構(gòu)形式、船體合攏工區(qū)的起吊能力編制合理的分段總組、吊裝及分段合攏區(qū)補償量原則工藝。

3.2 平臺總組

平臺總組是船臺搭載的前道工序，平臺總組的精度控制好壞直接關(guān)系到船臺搭載精度。

影響總組精度的因素主要有:

(1)總組定位精度。

(2)總組裝配作業(yè)導(dǎo)致的精度偏差。

(3)總組電焊作業(yè)導(dǎo)致的精度偏差。

從影響的因素進行分析，確定平臺精度控制流程:總組定位精度裝配→精度測量報告(焊前)→焊接→精度測量報告(焊后)。

3.3 船臺搭載精度控制

船臺搭載精度控制籠統(tǒng)地講就是控制船舶長度、寬度和高度。明確從基線勘劃、船臺設(shè)置、分段定位、分段合攏直至船舶下水全過程各有關(guān)工序的控制要求，以確保船舶建造符合規(guī)范及精度要求。根據(jù)船舶在大合攏過程中的關(guān)鍵工序識別，主要從以下幾個方面進行控制:

(1)船體基線變形量控制。

(2)分段總組及無余量切割精度控制。

(3)分段二次定位的控制。

(4)艙口主要尺度控制。

(5)艙口圍板定位精度控制。

(6)帶有舵系、軸系等艉部分段定位精度控制。

進行合攏工作前做好船臺準備工作和分段準備工作，合攏過程中嚴格按照工藝要求。分段搭載時盡量做到不開刀調(diào)整和避免火工，并積極采取分段模擬搭載和預(yù)搭載2種作業(yè)模式;及時填寫船體基線精度跟蹤測量表、船體主尺度精度跟蹤測量表，艙口圍板主尺度精度跟蹤測量表、舵和軸中心線精度測量表等報表。

3.3.1 模擬搭載的實施

利用全站儀進行測量，通過與全站儀連接的專業(yè)精度分析軟件進行分析，在生產(chǎn)過程中預(yù)先了解分段精度偏差值，控制、預(yù)防可能出現(xiàn)的各種變形和扭曲，掌握搭載分段之間的間隙或重疊程度，在計算機中模擬分析得出有效的修正方案和定位方案，出具總段模擬報表。根據(jù)精度管理組提供的測量數(shù)據(jù)在平臺上對總段(或分段)進行修正量切割或是進行整改，實現(xiàn)分段船臺一次性吊裝定位成功，提高船臺搭載精度和效率。

模擬搭載主要由測量、分析、劃線、余量切割、搭載定位5個主要流程，由平臺劃線班組、平臺定位班組、船臺劃線班組、平臺定位班組組成，數(shù)據(jù)的交接非常重要。在測量方式上采用貼反射光片的方法。預(yù)先在平臺分段測量點貼上反射光片，后續(xù)的船臺作業(yè)直接測量，對縮減船臺周期、減輕船臺小車資源緊張的問題有很大幫助。

3.3.2 總裝變形的預(yù)防和控制

除常規(guī)的預(yù)防和控制措施外，尤其要重視焊接變形的控制，采取根據(jù)不同的船體結(jié)構(gòu)確定焊接工藝的基本原則、要求，編制具體分段和分段合攏焊接施工程序，選取合理的裝焊工藝、焊接參數(shù)、施焊方法正確施焊，測量、統(tǒng)計分析焊接收縮量，為后續(xù)船舶補償量的加放提供依據(jù);采取加放反變形、合理布墩、馬板規(guī)范使用等以及新工藝工法研究來預(yù)防和控制船體總裝變形。

3.3.3 搭載精度的控制模塊

總組搭載控制流程按圖5搭載精度控制模塊執(zhí)行。

圖5 搭載精度控制模塊

流程中主要由3大塊角色人員操作，分別為生產(chǎn)部門人員操作、網(wǎng)絡(luò)自動操作和由精度工法室人員操作。不同角色間的信息傳遞由系統(tǒng)自動向接受信息方提示。

4 結(jié)論

船舶精度控制是制造過程的統(tǒng)計控制，主要目的是提高生產(chǎn)效率。數(shù)據(jù)檢測和精度控制反饋信息的分析是確保施工精度的必要手段，也是精度控制的重要環(huán)節(jié)。精度控制需要從源頭開始抓起，從生產(chǎn)設(shè)計開始到分段總組合攏等層面全過程展開，對造船各工序探索研究，建立從零件下料到分段合攏全過程的跟蹤測量機制，對每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)置精度控制點，對精度控制點進行跟蹤測量、收集數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行匯總分析，在此基礎(chǔ)上制定相關(guān)的文件和規(guī)定，不斷改進和完善生產(chǎn)設(shè)計，尋求一套適用于本企業(yè)造船工藝流程的精度造船控制手段。

［1］ 郭一鳴，殷義勇，盛建國.船體建造精度控制測量方法研究［J］.科技與管理，2011(4):12-18.

［2］ 劉善德，翟永興，史佐.造船精度管理是實施總裝造船的支撐性技術(shù)［J］.造船技術(shù)，2007(3):23-26.

［3］ 郭榮奎，秦耀良，唐建瓊.船體建造精度控制技術(shù)研究［J］.江蘇船舶，2008，25(2):41-44.

［4］ 周秀琴，馬曉平.船體建造精度控制方法研究［J］.造船技術(shù)，2011(1):28-31.

［5］ 郁惠民.精度造船技術(shù)在 2 750 TEU的應(yīng)用［J］.造船技術(shù)，2008(6):27-28，34.