1、在生产实践中探索造船精度管理 摘 要：船舶建造和施工流程中，每个工序中产品形态的控制就是我们通常所说的精度管理。通过对生产实践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，建立了精度管理基准模式。 关键词：船体建造；精度管理；基准线；精度准则 中图分类号：U671.99 文献标识码：A 1 引言 国内外造船技术发展迅猛，造船精度管理是现代造船的核心技术之一，在船舶建造过程中，如何缩短船舶建造周期、降低建造成本、提高产品质量显得意义重大。以管理科学化、现代化的要求，精度管理在造船企业管理中的地位和作用越来越显得重要。 精度管理要源于实践立足于实践，在实践中探索有关精度管理的理论和方法
2、，使得精度管理得以丰富和深化。通过组织保证、数据积累、理论研究等手段建立起完善有效的精度管理体系。实施船体建造精度管理，实现无余量下料、加工、组装、搭载，缩短船体建造周期，最终促进造船水平的提高。 2 生产与精度 船体生产制作主要为下料（板材下料、型材下料）、线型加工（坡口加工、 板材、型材加工）、拼板划线、零部件组装（拼板装焊、部件组件）、分段制作、分段总组、搭载等几个阶段流程。精度则是各个工序流程中产品的尺度。在生产中要通过科学的管理方法与先进的工艺技术手段，对船体建造全过程进行的尺寸精度分析与控制，保证各个产品尺度达到相应的标准或规范要求。各个阶段产品精度质量都是环环相扣，相辅相成。 （
3、1）船体建造中第一道工序就是号料/下料。采用手工或数控机对平板进行切割形成所需的零件，并进行自由边打磨；对型材号料、接长、断料、打磨。下料阶段是精度控制的基础，在下料阶段需要进行重点精度监控有设备检测及切割精度，切割平台的水平度，零件切割尺寸跟踪检测，零件补偿量及余量施放检验，基准线完整性、误差精度等。 （2）线型加工是一个重要的环节。对板材、型材自由边进行加工，形成一定坡度的加工工序；对已号料的板材或型材进行冷弯、热弯、校对、开孔、打磨等。在这个阶段，要求控制坡口的角度、尺度、光洁；保证加工样台、模板的精确度；折边加工中各种折边宽度、折边角度、折边方向直线度、腹板方向直线度；型板曲面与样板的
4、间隙、样板检验线的直线度、拉线与样板上基线的偏差等等都需要进行控制，使之达到标准要求。 （3）拼板划线是对多个零件板的拼装焊接、划线及切割过程，含部件、组件划线。拼板前、划线前板材要求进行尺寸复核，拼板时对接缝间隙、坡口方向、净料端直线度及整体尺寸检测，控制划线精度，做好结构线、对合线、肋检线、中心线的划线，并做冲印标记，拼板划线要清晰准确。 （4）零部件组装是个重点工序，对多个零件或零件与部件或部件与部件的装焊。施工中要求对零件安装对位状况、安装尺寸、焊接方法、焊后变形等严格控制。重点检测装配对位、间隙、端头节点，焊接方法及参数，焊后变形校正和加强，基准划线完整性及准确度等。 （5）将零件、
5、部件、组件组合装焊形成分段单元的分段建造，是船体建造的重要节点，是检验上几道工序的精度管理成果，同时也是下一道工序（总组/搭载）精度控制的基础。分段精度是显示精度管理水平的重要体现。分段建造过程中要消化掉在料、加工、拼装时的精度误差，严格控制胎架制作强度、精度，零部件装配定位间隙及尺寸，装焊方法及流程，工装加强。确定合理完整的基准定位，在最佳时期进行分段数据收集。如图1，分段建造精度控制要点。 图1 分段建造精度控制 （6）总组/搭载阶段，对多个分段进行组装形成整体。船体总组/搭载首先要确定定位基准线及划线精度，明确分段、总段定位基准点及定位尺寸要求，根据具体分段确定相应的定位固定保型方案，重
6、点控制主尺寸、分段四周合拢口线型数据、肋距及余量预修整精度，注重合拢的焊接方法及焊接变形控制。对每个分段、总段的定位数据定期收集，并进行定位数据跟踪、反馈。 3 船舶精度管理的认识 精度管理的实质是科学管理与先进制造技术的互相结合。随着造船理念和造船技术、检测手段的发展和进步，精度的控制水平也不断地达到新的高度。 船舶建造精度管理通过建立合理的船体建造精度标准，采用科学的管理方法，辅以改善设计与工艺，包括工装、设备改进，以及防止误差的各种对策，对造船进行全过程的尺寸精度分析与控制，以保证船体工件在各个工艺流程阶段内所规定的尺寸精度，最大限度地减少现场修整工作量，提高工作效率。随着船体加工精度的
7、不断提高，船体装配、焊接的精度也随之提高，船体的建造质量得到了可靠地保证。 船舶专用压载舱涂层标准（PSPC）的强制执行，现代造船规模的日益扩大，各种生产制造工艺的飞速发展，原材料及人力成本的迅速增长，对造船精度管理提出了更高度要求。 精度管理在生产实践中实施的难点： （1）船体结构在加工和装配以及结构焊接变形和水火矫正作业过程中，由于施工方式、方法的多样性，结构变形尚不能用计算的方法精确地予以预报。 （2）船体零部件、分段在转运和堆放过程中的变形无法得到有效的控制，无法预估变形情况，无法得到可靠的数据依据。 （3）船体建造的过程中采用的测量工具精度普遍较低，人为误差较大。 （4）造船生产过程
8、较复杂，搜集、整理和统计制作误差的数据较困难，同时难以控制建造工艺过程的稳定性，即使是通过数理统计的数据，也难以找到其中的规律。 （5）船舶结构繁多，形式多样，无法完全实行统一固定的精度准则。 （6）船体建造过程大部分依赖手工操作，产品的精度往往取决于工人的技术熟练程度。 4 精度管理基本条件 船体建造精度管理包含了丰富的工艺技术与管理内容，实施精度管理必须在以下几方面下工夫。 （1） 具有稳定的技术精湛的精度管理人才； （2）深化生产设计，把精度管理的主旨融入生产设计中，从设计角度推动精度管理； （3）全面推广数字放样，提高结构放样的精度； （4）根据各个工序及产品结构特点，制订合理的建造工
9、艺； （5）数据反馈体系，数据积累及形成数据库； （6）制定出对特定产品的且合理的可实施的精度管理准则； （7）完善的精度管理组织保障。 5 造船精度管理的实践探索 造船精度管理是为满足造船的需要而对整个生产流程的自我控制。不同船厂要以本船厂的生产任务和产品特点来制订精度管理模式。精度管理应中包括基本方针、工作重点、各阶段的精度控制项目，以及控制的目标值、实际测量值、责任单位、工艺流程、基准线系统等内容。精度管理成为船厂正常的生产管理重点工作之一。 精度管理的目标是通过分析积累数据，反馈到前期的技术准备，如精度方案准则中，把所有精度质量问题都消灭在源头，并实行全员精度质量管理。严格按标准一次作
10、业合格，严禁将次品流人下一道工序，从而节约大量返修量和人工成本。 5.1 完善精度管理准则 实行精度管理，首先要制定一个合理的可实施的精度管理准则。精度管理的准则包括：余量施放标准，补偿量标准、收缩公差标准、基准线标准、参考线标准、检查次序标准、加工和装焊精度标准、信息传递和管理标准等。图2为精度管理参考线基准形式。 图2 参考线基准形式 精度管理要通过一定的施工控制，使随机的施工误差服从一定的变化规律。因此，制定精度管理的基准原则，并使其符合施工标准的要求是精度管理的首要工作。精度管理准则建立后，应该落实到生产过程、施工组织、员工培训、控制监督等各个方面工作中。 精度管理必须对每一个施工阶段
11、提出工作要求，进行抽样检验，制作精度管理检查表，以便收集的信息能够用来进行实时的跟踪和分析。精度管理关键点和关键尺寸数据的采集必须充分借助先进仪器和软件，使采集到的数据非常有效准确。这些数据应该按照下料、零部件加工、部件制作、分段合拢和船体大合拢的次序进行分级管理，然后运用数理统计方法，进行误差的统计分析，来指导整个精度管理的过程。 精度管理准则是根据生产实践且经过长期精度管理的经验总结出来的，同时，还要在持续生产实践中不断完善。图3显示了整个精度管理的循环过程，即“设计实施检验结果反馈”的精度管理流程。 图3 精度管理循环流程图 5.2 实用先进工具、工装 实用先进的工具设备、工装是产品精度
12、的保障，主要有数据测量检测工具和一些保型设备、工装。 5.2.1 精度检测工具 全站仪（Total Station Instrument）已经开始在造船业广泛运用。全站仪基于激光特性，应用光学系统给出基准水平直线，确定虚拟空间坐标系，通过调整焦距，可以在不同距离获得测量对象点的空间数据。全站仪可测量任何三维空间点，数据通过时时连接的PDA（Personal Digital Assistant）可直接得出测量部件及分段的水平度、垂直度、角度和直线度等等，测量精度高，快捷精准，简单方便，极大地减少了人工误差以及工作量，比起传统的测量工具在性能上有很大优势。 同时，全站仪测量的数据可以通过电脑利用专
13、用软件对采集的实测数据与模型进行对比分析，并生成分析报告，用于指导返修工作，如图4所示。 图4 精度数据的采集及数据交换分析 5.2.2 保型设备、工装 船体产品保型方法有产品自身的内部结构保型和外部的工装保型，其中工装保型在精度控制中占很重要的位置，贯穿整个建造流程。 影响下料加工形状尺寸的设备有数控切割机、油压机、肋骨冷弯机、各类焊机，设备的加工精度对产品精度起到首要的作用。工装有切割加工工装、焊接工装、胎架工装、装配工装和吊运工装等。切割工装主要是用于仿行切割的模具，配合开孔模具可以快速开孔，质量好。加工工装主要是零件弯曲加工的压头模具，钢板角度压制精确度高、速度快。焊接工装包括拼板压力
14、架和平直分段流水线等，这些焊接工装可以有效减小分段的焊接变形。胎架工装根据建造分段类型主要分为水平胎架、管子活络胎架、典型分段胎架和专用固定胎架。装配工装不仅减少装配、焊接变形量，而且可以降低劳动压力，提高效率。利用先进设备及实用的工装，建造精度才能得到保证，生产成本也容易控制。 5.3 专业的精度管理软件 数字化造船已经广泛实施，各种关于精度管理的专业测量、控制、分析的软件的研究和应用，为现代化总装造船提供了条件。通过开发和应用精度管理软件，大大促进了造船精度管理的水平。 主要软件工具： （1）实现船体分段建模和模拟制造的设计软件系统，例如现阶段国内造船界应用较多的Tribon设计软件系统，
15、该系统能在设计阶段加放各种精度补偿量，并能提取模型，与实测数据进行对比分析； （2）有限元计算软件，如ANSYS有限元计算软件，可以用于计算焊接结构变形，也可以应用于分析计算船体零部件及分段在吊运、搁置和冲砂的受力和变形，从而采取相应的加强措施，减少变形； （3）分段精度数据的收集、分析和处理的软件系统。如AMS精度分析系统，可以对采集到的数据进行分析，得出分段在各个加工阶段的变形数据，为改进精度补偿量的加放提供依据。且分析系统可生成数据分析报告，进行数据反馈及归档，图5为AMS系统分析数据及精度报告。 图5 AMS系统分析数据及精度报告 5.4 有效的施工工艺 精度控制要以有效的施工工艺作为
16、手段，模拟搭载是其重要的成分，如图6所示。根据采集到的分段最终完工数据（船台搭载前数据）或已搭载分段合拢口定位数据，通过电脑利用专业软件来进行数字模拟合拢，显示分段间合拢口的结构误差，形成误差数据表。模拟搭载是值得造船企业深入探索研究的一个课题，模拟搭载是承接分段与搭载的一个重要工序，是精度管理最后一道流程，其重要性不言而喻。由于分段在转运堆放、打沙等工序中变形的不确定性、不可控性和已搭载分段合拢口尺寸误差的随机性，因此通过模拟搭载，找到每个合拢缝的误差特性，根据大量数理分析找出其中的规律，并反馈至各个工序，做到防患于未然。根据模拟搭载误差数据表，分段的余量、变形等可以在搭载前就得到合理的修割
17、整改，搭载效率会得到很大的提高。 图6 电脑模拟搭载 6 结束语 造船精度管理在造船发展中起到至关重要的作用。造船积累精度数据，形成完整和动态的精度数据库已经成为船厂的核心技术。如果要形成真实有效的精度数据，必须应用先进完整的管理体系，采用先进的工具设备和精度软件系统，建立符合船厂实际生产流程的精度准则，开展精度测量、反馈和分析、优化，这是精度管理的必然要求。造船精度管理是转换造船模式、实现壳舾涂一体化的基础，很多先进技术均建立在船舶制造精度管理技术的研究和应用基础上，只有船舶制造精度达到了一定水平，其他各项工艺的实施才能得以发展并在实船建造中应用，造船综合水平才得以提高。第 10 页 共 10 页
