1、船体建造精度控制研究摘要：文章通过对船舶建造精度控制工艺概念和内容的阐述，分析国内外精度管理和研究水平的进展和现状，探讨了制约中小型船厂发展精度控制技术的因素，并提出了相应的对策。关键词：中小型船厂；船体建造；精度控制Analysis and Countermeasures on Precision Management of Hull Construction of Small and Medium Sized ShipyardsAbstract : On the basis of precision control of ship construction in terms of conc
2、ept and content, the paper analyzes the domestic and international level of precision of management and research progress and the status quo of restricting the development of small and medium sized shipyards, and presents the corresponding countermeasures.Key words: Small and Medium Sized Shipyards;
3、 Hull construction; Precision control一、引言造船业作为特殊的制造业有其自身的特点。它需要临近江海湖泊的岸线，按照订单进行单件或小批量生产，是资金密集、信息密集、技术密集和劳动力密集型行业。因其具有受原材料供应商企业影响大，设施、设备和工具工装专用性强，进入和退出壁垒高的特点，所以如何提高中小型船厂的竞争力，是摆在我们面前的一个重要课题。而船体建造精度管理是提高船舶产品质量、提高竞争力的有效手段之一。二、 船体建造精度管理船体建造精度管理是以船体建造精度标准为基本准则，通过科学的管理方法与先进的工艺手段对船体建造进行全过程的尺寸精度分析和控制，以达到最大限度
4、地减少现场修整工作量，提高生产效率，保证船舶产品质量。改进造船工艺水平，提高船舶质量，降低生产成本，缩短施工时间，是船舶行业经济发展到一定阶段的必然结果和要求。船舶建造过程中精度控制研究是改进造船工艺水平的基础，深入研究船舶制造中的精度问题，分析造船工艺的科学性和合理性，发现问题，找出改进措施，进而为施工工艺改进提供理论基础和技术支持。船舶建造精度控制技术是缩短造船周期、降低成本和提高造船企业竞争力的主要方法之一，对其开展研究和应用具有重要的意义。该项技术是适应我国船舶工业跨越式发展急需解决的重要课题之一，也是一项需要长期持续研究的课题。三、船舶建造测量与精度控制技术研究进展（1）国外目前研究
5、状况。在船舶建造精度控制技术方面，日本、韩国、德国、英国和法国等先进造船国家，都有系统的研究和成功的应用成果。这些国家大多以承接建造高技术、高附加值的船舶为主，如液化气船、大型集装箱船、豪华游船等。这些先进的造船国家，通过应用先进的船舶建造精度控制技术等，大幅度提高了造船质量，达到了现代化的造船水平。船舶建造测量与精度控制技术在国外大致经历下列发展历程 1：上个世纪40 年代起公差概念引入造船业，探索各个工序合理的公差；50 年代起对工件装配边加放余量，装配时修割；50 年代末开始使用激光经纬仪进行分段预修割后上船台，日本运用统计技术控制船体零件的尺寸公差；60 年代起造船界运用数理统计技术和
6、尺寸链技术探索船体建造公差和合理分布问题；70 年代造船业开始用经验数值或公式解决热变形的补偿量问题，货舱平直分段已做到无余量，曲型分段放余量；80 年代，开始应用电子计算机开发出补偿系统，可做到所有分段无余量制作；本世纪初，韩国三星巨济船厂开展巨型总段建造模式的研究，这对精度造船提出新的要求，韩国大宇造船厂已逐步开发出巨型总段的精度控制和激光三维定位测量技术，使2 000-5 000吨的巨型总段能够无余量下坞搭载，缩短船坞周期，降低造船成本。国外很多学者在船舶建造精度控制技术方面，获得了大量的研究成果，并且大多数被应用于生产实际。但出于商业秘密的考虑，成果很少公开，能收集到的有关文献资料不多
7、，特别是对于补偿量建模和系统开发方面，缺乏具体应用的材料。另外，精度控制技术同船厂的生产条件、管理水平等是密不可分的。因此，提高精度控制技术水平还需要结合企业实际。（2）国内目前研究状况。国内开展船舶建造精度控制技术研究的起步较晚。上世纪六十年代中期，我国开始从国外引入船体建造精度管理的概念，但是由于对这一概念缺乏足够的认识，忽视了这项技术有其极其丰富的技术内容，而片面的强调有关工艺部分。在1978年初开始国内兴起了一股研究和推行精度造船的热潮，大连、沪东、江南和上海船厂成立课题组研究精度造船，到1982年取得了一定的成就，实现了货舱区分段精度造船，艏艉分段预修整后上船台。但我国在精度造船方面
8、还没有形成一个完善的数据库和一整套系统支持且大多局限于尺寸精度的研究，与日、韩先进造船强国还有一定差距。分段精度控制是船体精度控制的基础，国内的分段精度控制技术目前仅限在船体中部平直货舱区域以补偿量代替余量，而分段精度控制包括“主尺寸、线形和结构位置”三方面的控制内容。2国内研究也限于主尺寸控制的理论方面，对分段的线形和结构位置研究较少。国内的精度造船研究仅限于工具和技术方面，个别造船公司在船体建造精度控制中的对合基准线控制技术、全船余量和补偿量加放技术、变形和反变形技术以及在精度控制上的统计技术等。3由于精度造船技术作为日韩造船业的核心技术，对中国造船业进行技术封锁，中国造船业无法学习其先进
9、的精度控制方法和技术。国内各家船舶企业之间技术设施的差异性，也基本上处于各自发展的状态。四、建造精度控制技术建造过程中的精度控制技术，是指从制造开始后，在加工、装配、分段合拢和总段合拢等各工序中按着相应的技术规范实施精度控制的技术，主要有两方面：一是各工序中的精度检测与评估；二是出现超差问题时的对策。具体包括以下内容：（1）加工工序的精度控制技术。切割技术己达到自动化加工水平。对各类机器的检测和修整、补充机器用消耗品，定期抽样检查零件的切割精度等是这段工序的精度控制的主要内容。对策主要是调整机器的加工精度和培训作业人员的技术水平等。曲面加工曲面成型技术基本属于手工作业水平。对成品的成型尺寸和焰
10、道热加工的温度控制检验等是这段工序的精度控制的主要内容。对策主要是使作业工人掌握水火弯板基本变形机理的知识和提高加工的技术水平。而研究实用的水火成型工艺参数预报系统，直至研制出可应用于生产的水火成型自动加工设备等是主要研究目标。（2）装配工序的精度控制技术。小组立中的精度控制技术，主要有在横向构件上安装小骨材的尺寸精度检测对前期工序是否出错的检验等。对策是修整超差的变形，报告前面工序的错误并调整因此而出现的错误，直至返工到前面的工序从新加工。大组立是分段合拢前的最后一项工程。一方面受前期小组立装配精度的影响，另一方面还要满足分段合拢的精度要求。大组立中的精度控制技术主要有检验纵骨定位、精度检验
11、、横向构件的装配精度检查和焊接坡口的宽度等。对策是找出装配中产生误差的原因，并能分析累积误差。分段重量、重心位置在分段前的作业过程中，每完成一道工序，需要检测零件、部件、组立等的重量和重心位置，能准确估算的，可以省略测试。特别是在海洋结构物的建造过程中，空船结构的重量和重心位置的检测和修整是必须的。（3）合拢过程的精度控制技术。分段生产制造的周期长，制造过程中焊接工艺实施不当，吊运过程产生的结构变形等原因，使得分段与设计尺寸存在偏差，导致合拢出现问题，常见的问题是端部的错位现象。对策是设置基准点和基准线，按着定位要领指导书进行作业调整局部变形。综上所述，造船企业须对船体加工、装配、合拢进行控制
12、，以满足船东的建造精度要求。造船企业对船体结构的主尺寸、形状和位置偏差的控制，开始采用得是船体零件上加放余量的办法，后来根据数理统计技术，对零件加工和焊接的收缩量进行分析，以零件的补偿量来代替余量，并逐渐扩大零件补偿量的加放范围，从平直货舱区域逐步推广到部分首尾船体结构区域，逐步形成了船体精度控制的技术。船体精度控制的意义重大：能够保证船体的主尺寸和线形误差在允许范围内，保证船舶达到载重量和航速的要求，从而保护船东的利益；能够控制船体结构错位在允许范围内，保证船舶的强度和安全；最大限度地减少装焊作业的现场修整工作量，提高劳动效率，降低人力成本；提高船体分段下船坞的定位效率，缩短造船周期；提高钢
13、材利用率，降低材料成本；能够减少结构修割，高空作业平地做，改善工作环境，保证生产工人的安全和健康；能减少修割和返修，降低能源消耗，能节约能源，减少环境污染；能够控制接缝间隙在合理范围，有利于保证船舶焊接质量，从而保证船舶航行安全。从技术角度看，船舶建造精度控制技术是制约我国船舶市场开发的主要因素之一。船舶建造精度控制技术的研究，是缩短造船周期、提高造船质量、降低造船成本、提高我国造船业在国际市场上竞争力的重要手段之一。该项技术是适应我国船舶工业跨越式发展急需解决的重要课题之一，也是一项需要长期持续研究的课题。五、船厂目前在分段精度控制方面的问题由于软硬件的差距，在测量与精度控制方面更加薄弱，基
14、本还是处于事前加余量建造，事后测量切割的状态，并且缺乏对精度控制的分析研究能力。 4对船体分段精度控制体系的研究方面基本是空白，也没有可操作的控制方法，这样对中小型船厂船体分段精度控制体系和方法的研究就很有意义和必要了。1、分段建造精度控制的问题非数字化的测量，其结果要手工记录，不便于与现代的造船设计软件及现代的数据处理分析方法结合，不利于形成有效的数据库；钢尺量距的准确性不稳定，而且非常不方便，对于大型船只的结构件，钢尺无法完成准确的测量；数据采集需要的人员较多，工作效率低下。2、分段及总段精度检查控制存在的问题分段体必须按照特定要求摆放，否则不好进行测量；数据报表需要人工计算，不方便与设计
15、数据进行直接对比；效率比较低，容易出现错误，造成工期延误；由于测量手段及数据处理方式的落后目前还无法形成有效的精度管理机制及精度数据循环。3、船体合拢精度检查控制存在问题传统测量方法效率低下，占用吊机时间较长；需要在现场对余量进行切割，需要对分段进行复位作业；很多分段需要进行二次定位，影响船台周期；传统的测量手段很难对船体分段在船体成型过程中的变化进行有效统计，为反变形的施放及无余量生产提供数据支持。 5六、基于DACS平台的解决方案1、分段与总段位置尺寸测量按照设计值进行构件形状的测量。分段测量和软件使用上，主要是解决对接口的尺寸：即分段与分段的左右对接，上下对接，前后对接等。同时，还能解决
16、片段与片段对接。2、总段和船坞搭载的测量定位测量内容：定位水平、垂直、肋距、开口尺寸；长、宽、高及端面平整度、隔舱垂直度等。前后对接口所有数据按照模拟搭载软件需要数据测量。3、模拟分段与模拟搭载软件的作用主要是根据测量结果来模拟分段与搭载的实际状况，使误差在片段和分段阶段处理掉，从而加快船坞或船台搭载的速度。数据处理分为以下几种：尺寸误差处理(如水平、垂直、主要尺寸，型位尺寸，端面平整度)等余量切割处理等七、船厂深入开展船体精度管理的对策（1）重视精度控制工作，建立船舶精度控制体系。完整的精度管理体系是保证建造精度工艺执行的基础。从长远利益出发，中小型船厂的经营者应改变经营理念，重新认识到船舶
17、建造精度控制技术的重要性。站在整个企业的发展的角度，从根本上重视船舶精度控制工作，加大资金和人力的投入。以建立船舶精度控制体系为目标，健全各部门之间的统一协调机制，加强管理，改善生产环境，提高船舶产品质量，增强企业竞争力。（2）加强与科研机构和院校的技术交流。各船厂往往没有足够研究能力，可以通过和科研院所的交流合作，来提高自身技术水平。同时，船厂之间也应加强技术交流，共同提高技术水平，如南通周边各船厂，通过交流和学习，一方面提高了生产工艺水平，另一方面也为开展精度控制工作的开展打下了技术基础。（3）积极引进先进精度控制技术。目前国内先进的精度控制的软硬件的开发水平也比较高。直接引进成熟的先进精
18、度控制技术，可以比较快的投入到生产中，较快的提高生产水平。比如在精度测量方面，青岛某技术公司开发的精度控制软件DACS（Dimensional & Accuracy Control System）尺寸与精度控制系统，就可以通过直接购买系统软件、高精度全站仪及各种附件。人员经过培训后就可以直接在生产中快速、精确的对各种焊接件、船体分段、船体合拢进行精度检查及控制。也可以用于船舶制造过程现场尺寸检查、几何量检查、三维精度控制、分段搭载模拟、检查分段CUT/WELD值、预计分段吊装位置、形成精度检查表等，从而整体提高中小船厂的生产水平。（4）加强对本厂职工的技术培训。加大力度引进高水平技术人员的同时
19、，重视本厂职工教育培训，提高人员素质。在船体建造工位上的具体操作者是精度管理工作的关键，要提高职工对精度控制的重视程度，加强技术培训。特别对船厂的外包工人员，要使他们了解精度控制的重要性，让他们掌握精度造船的具体操作工艺，把精度控制落实到每个人的具体操作中，从而形成一个完整的体系。八、结束语船体建造精度控制技术是现代造船模式的一项关键性技术。一些造船发达国家在这方面已取得了显著的经济效益，积累了很多的经验。我国造船工业已经开始全面实行造船模式的转变，这项技术在大型先进船厂应用的同时，也应该系统全面地帮助中小型船厂进行研究和实施。精度控制技术体系在各船厂的推广、应用与发展，将会对国内造船工业整体提高产品质量、提升企业竞争力产生巨大的推动作用。参考文献：1周宏，蒋志勇，马晓平.基于质量控制的船舶建造精度管理探讨J.造船技术，2001（6）：16-20.2王滔关于船体建造精度管理及精度拼板工艺造船技术，2003，(2)：21223胡日强建造精度控制关键技术研究大连理工大学学报，2006年10月4叶家玮船体建造测量及数据处理技术华南理工大学出版社，2001，95纪卓尚，刘玉君造船精度控制技术的探讨造船技术，1996，(9)：2与-27
