顧黎軍， 孟云芳， 郭蘇琪

(1.上海江南長興造船有限責(zé)任公司， 上海 201913； 2.中國船舶工業(yè)集團(tuán)有限公司， 北京 100044)

0 引 言

船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段主要對工藝、結(jié)構(gòu)、焊材、鋼板等進(jìn)行分解，將圖紙制作完成后供現(xiàn)場使用。對于焊材的測量，主要考慮焊接方法、焊接位置和焊腳高度等因素。為有效控制焊接成本，由結(jié)構(gòu)重量按百分比估算焊材消耗，根據(jù)不同焊接方式、生產(chǎn)部門劃分焊材比例。通過人工、計(jì)算的方式得到焊材預(yù)估量。本文主要描述在此基礎(chǔ)上，將理論數(shù)據(jù)導(dǎo)入船舶產(chǎn)品設(shè)計(jì)(Ship Product Design， SPD)軟件，通過模型的轉(zhuǎn)換，生成精細(xì)化派工數(shù)據(jù)。

1 焊材的測算

按船型及結(jié)構(gòu)重量去估算焊材，可通過系列船得到一個(gè)相對消耗系數(shù)[1]，但對于不同船廠以及新船型來說，誤差較大。表1為各類船型的焊材消耗系數(shù)。

由于船型的多樣化，且各船型的焊材消耗系數(shù)不統(tǒng)一，因此需要由焊接設(shè)計(jì)人員進(jìn)行細(xì)化，將整船按制作階段劃分成若干個(gè)區(qū)域，并計(jì)算出特殊焊材的實(shí)際消耗量，焊材需求量計(jì)算公式[2]為

(1)

式中：W為焊接材料需求量，g；A為截面積，cm2；ρ為密度，g/cm2，一般情況下，碳鋼取7.8，Cr-Ni不銹鋼取7.9，Cr-Ni-Mo不銹鋼取8.0，鎳及鎳合金取8.9；L為焊縫長度，cm；η為熔敷效率，一般情況下，焊條為55%，TIG/MIG/MAG/CO2為95%，藥芯焊絲為85%，埋弧焊絲為99%。

表1 各類船型的焊材消耗系數(shù)

焊接一般可分為對接形式和角接形式。

(1) 對接形式具體如圖1所示，其焊接截面積計(jì)算公式為

A=(g×t)+(t-f)2×tanθ(2)

式中：g為坡口間隙；t為板材厚度；f為坡口留根；θ為坡口角度。

圖1 對接形式

(2) 角接形式具體如圖2所示，其焊接截面積計(jì)算公式為

(3)

式中：a、b分別為對應(yīng)焊接高度。

圖2 角接形式

通過上述計(jì)算公式，結(jié)合船體結(jié)構(gòu)不同焊接方式，得到一份焊材預(yù)估表，如表2所示。

表2 某船型焊材定額

2 精細(xì)化派工制作

通過上述介紹，焊接設(shè)計(jì)人員對船型進(jìn)行分析，對焊接方式進(jìn)行測算，將焊材細(xì)化分配到部門來控制生產(chǎn)部門對焊材的消耗，但實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于各種增補(bǔ)、返工、焊腳高度等原因，導(dǎo)致焊材需求量增加，實(shí)際焊材消耗系數(shù)遠(yuǎn)大于表2中所示的2.25%。角焊縫中，焊腳高度指直角三角形的直角點(diǎn)(兩焊腳交點(diǎn))到斜邊的距離[3]。通常由于施工原因，實(shí)際焊腳高度遠(yuǎn)高于理論值，當(dāng)焊腳高度由5 mm增加至7 mm時(shí)，焊材的消耗就會增加一倍。因此，嚴(yán)格控制角焊縫的焊腳高度能提高派工的精準(zhǔn)度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此船型建造完成后的焊材消耗系數(shù)在2.4%～2.5%。因此，需要通過設(shè)計(jì)軟件提供大量準(zhǔn)確數(shù)據(jù)完成現(xiàn)場焊材用量計(jì)算，并將數(shù)據(jù)制作為派工單供現(xiàn)場使用。

2.1 按DAP分配

在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，每個(gè)分段按照生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行制作，因此也決定了相應(yīng)組立的分工。如圖3所示，BH、BJ、CH組立及其下屬組立為加工部建造，A、B、C及整個(gè)分段為組立部制作。因此，需將此分配作為焊接精細(xì)化派工的依據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

圖3 某分段建造流程

2.2 焊接計(jì)劃模塊

由于船舶上的焊縫數(shù)量眾多、型式各異，統(tǒng)計(jì)焊縫的長度和材料是一項(xiàng)繁瑣又易于出錯(cuò)的工作。為減輕船舶設(shè)計(jì)人員的工作，并保證統(tǒng)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在SPD 船體模塊的基礎(chǔ)上研發(fā)焊接計(jì)劃模塊。

SPD焊接模塊分為2部分。第1部分為定義焊接系數(shù)。如圖4所示，生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員在制作模型的過程中會添加焊縫形式，例如埋弧焊、垂直氣墊焊等高效焊接形式。在模塊中，配置人員將此類焊接方式定義至系統(tǒng)中，包括對接形式、角接形式，其中角接焊為雙面角接焊。因此，在定義時(shí)，一條焊縫在實(shí)際生產(chǎn)過程中為兩次施焊。第2部分為焊接計(jì)劃抽取。三維模型及焊接形式定義完成后，通過SPD軟件船體設(shè)計(jì)模塊進(jìn)入焊接計(jì)劃。點(diǎn)擊“操作設(shè)置-按分段設(shè)置焊接計(jì)劃對象”，選擇需抽取焊接計(jì)劃的分段號，右擊分段號，選擇焊縫逐級自動(dòng)搜索，抽取完成后點(diǎn)取“確認(rèn)并保存”完成焊接計(jì)劃抽取。圖5為焊接計(jì)劃抽取界面。

圖4 焊接工藝數(shù)據(jù)庫[4-5]

圖5 焊接計(jì)劃抽取界面

2.3 下發(fā)派工單

按上述操作完成后生成焊縫長度明細(xì)表。

如表3、表4所示，5DB～95FG后的數(shù)據(jù)分別為制作此組立需要焊接的焊縫長度，A組立由5DB～95FG及H組立組成，后面的數(shù)據(jù)為這些組立制作成A組立所需焊接的焊縫長度。生產(chǎn)部門可根據(jù)制作的組立階段，提取表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行派工單和焊材的同步下發(fā)，以控制目標(biāo)成本。

表3 分段內(nèi)焊縫長度統(tǒng)計(jì) m

續(xù)表3 分段內(nèi)焊縫長度統(tǒng)計(jì) m

表4 焊縫明細(xì)

2.4 精細(xì)化派工未來發(fā)展

目前公司以上述表單的形式進(jìn)行焊接物量和焊材的精細(xì)化派工，數(shù)據(jù)框架已通過SPD軟件系統(tǒng)建立完成，后續(xù)將引進(jìn)數(shù)字化車間技術(shù)，直接通過點(diǎn)對點(diǎn)操作，將設(shè)計(jì)給出的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸，直接導(dǎo)入現(xiàn)場電腦中，現(xiàn)場監(jiān)控人員通過對終端機(jī)的操作，將派工單直接傳輸給工作人員進(jìn)行焊接派工，實(shí)現(xiàn)人機(jī)同步派工，通過對焊接參數(shù)的限定間接監(jiān)控施工過程，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝并通過數(shù)據(jù)進(jìn)行效率分析，以優(yōu)化目前造船行業(yè)管控的過程。

3 小 結(jié)

通過設(shè)計(jì)給出焊材定額及各個(gè)建造階段的詳細(xì)焊縫長度，生產(chǎn)部門可將此作為派工的依據(jù)進(jìn)行管理，提高管理精度及效率。造船行業(yè)主要分為設(shè)備、管舾、結(jié)構(gòu)、涂裝、焊接等多個(gè)模塊，目前仍以人力為主要?jiǎng)趧?dòng)手段。通過焊接精細(xì)化派工的方式及今后數(shù)字化車間的完善，進(jìn)一步提高生產(chǎn)管理效率，降低管理成本，達(dá)到高效造船的目的。