現(xiàn)代造船精度管理技術(shù)分析與研究

陳彬

摘 要：本文通過對國外先進(jìn)造船企業(yè)的精度管理方法、測量系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)用等方面的研究分析，并結(jié)合國內(nèi)精度管理及控制現(xiàn)狀，探討現(xiàn)代造船精度管理技術(shù)發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：船舶；精度管理；精度控制；測量分析

0 概述

船舶建造精度管理是現(xiàn)代船企管理的重要組成部分，也是現(xiàn)代造船中的一項(xiàng)核心技術(shù)，其通過建立合理的船舶精度標(biāo)準(zhǔn)，采用科學(xué)的管理方法，以數(shù)理統(tǒng)計為理論基礎(chǔ)，以補(bǔ)償量取代余量為核心，輔之以改善設(shè)計與工藝，包括工裝、設(shè)備的改進(jìn)，以及防止誤差的各種對策，對造船進(jìn)行全過程的尺寸精度分析與控制，以最大限度的減少現(xiàn)場修整量、提高生產(chǎn)效率[1]。精度控制技術(shù)不僅是技術(shù)項(xiàng)目，而且包含大量管理內(nèi)容，更是一項(xiàng)涉及面廣且復(fù)雜的工作，應(yīng)由設(shè)計、施工、管理和質(zhì)檢人員齊抓共管。在整個過程中，每個環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，缺一不可。在實(shí)際工作中，精度控制要受到相當(dāng)重視，使其標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，這樣不僅可以大幅提高船舶建造質(zhì)量，而且可以縮短建造周期，增加企業(yè)的核心競爭力。

1 國外先進(jìn)船企精度管理水平

目前日、韓和歐美等國的先進(jìn)造船企業(yè)已形成一套完整的精度管理控制體系，從設(shè)計、下料加工、小/中/大組立、總組和搭載、舾裝、涂裝等整個船舶的建造過程都在運(yùn)用精度管理控制技術(shù)，并通過采用新工藝、更新設(shè)備、開發(fā)測量分析系統(tǒng)等措施不斷的推動其發(fā)展與進(jìn)步，使這些企業(yè)的精度管理控制技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。下面通過幾個具體方面來體現(xiàn)日、韓先進(jìn)船企的精度管理水平：

1）精度管理方法。日本已把造船精度管理作為企業(yè)行為融入到“精益造船模式”里，利用數(shù)理統(tǒng)計方法通過對造船生產(chǎn)過程中的加工公差和焊接熱變形的精度控制，用補(bǔ)償量代替余量的辦法，來保證各工序間的尺寸精度，以達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量、加快生產(chǎn)進(jìn)度、降低成本、縮短造船周期的目的。

2）測量分析系統(tǒng)。在三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的開發(fā)、更新與運(yùn)用方面韓國造船業(yè)更為突出。如韓國三銘信息株式會社開發(fā)的EcoSystem[2] 系統(tǒng)是世界領(lǐng)先的造船精度測量與分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過與全站儀連接，在生產(chǎn)過程中控制、預(yù)防可能出現(xiàn)的各種變形與扭曲，使得實(shí)物分段與設(shè)計分段的尺寸在最大程度上達(dá)到一致，并通過在電腦里的模擬分析、提前分段修整，實(shí)現(xiàn)分段合攏上的O.T.S（OneTimeSetting：一次定位）。目前最先進(jìn)的船舶精度管理測量系統(tǒng)就建在韓國三星重工，他們利用IGPS建立測量控制系統(tǒng)，并在船體分段建造、船塢或船臺搭載過程中實(shí)時測量與控制，指導(dǎo)數(shù)控小車對分段進(jìn)行調(diào)整，確保搭載精度；分段檢測應(yīng)用激光雷達(dá)；小組立、中組立階段用全站儀檢測與控制[3]。

3）設(shè)備運(yùn)用。國外先進(jìn)船廠在設(shè)備運(yùn)用方面日趨機(jī)械化、自動化和數(shù)字化，利用高精度設(shè)備最大程度的代替人工操作，這樣不僅大大提高了生產(chǎn)效率而且盡可能消除各工序的誤差累積以確保建造的精度。如日本、歐美先進(jìn)船企在船體建造過程中，為了保證加工精度，板材對合線和檢驗(yàn)線由數(shù)控機(jī)完成，板材切割甚至用上了激光切割機(jī)，有的焊接工序直接采用焊接機(jī)器人完成，拼裝過程造成的板材變形利用自動矯形機(jī)進(jìn)行矯正，等等，如圖1所示。

2 國內(nèi)船企精度控制現(xiàn)狀

以前我國造船企業(yè)多數(shù)是比較注重量而不十分注重質(zhì)的，造船企業(yè)為了趕訂單工期而忽略了建造過程技術(shù)的創(chuàng)新，導(dǎo)致在跟日、韓船企競爭過程中因技術(shù)落后流失了大量高附加值、高技術(shù)含量船的訂單，這其中一項(xiàng)質(zhì)量核心技術(shù)就是精度管理技術(shù)。為了贏得市場，近年來我國船企開始認(rèn)真深入的研究國外先進(jìn)的精度管理理念、方法并購入先進(jìn)的測量設(shè)備和系統(tǒng)，目前國內(nèi)多數(shù)大中型船企已進(jìn)入二維到三維精度控制模式的轉(zhuǎn)換，以上海外高橋、大連船舶重工、江南等為代表的骨干企業(yè)在充分吸收借鑒國外先進(jìn)的精度造船經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合自身實(shí)際和典型產(chǎn)品形成了自主的造船管理核心技術(shù)和管理特色，這些骨干船廠在船體建造方面利用全站儀及測量軟件對數(shù)據(jù)采集、分析，并利用模擬搭載技術(shù)開始逐步實(shí)現(xiàn)部分船型合攏上的一次定位。下面從某些方面簡介我國船企在精度管理控制方面取得的一些進(jìn)展。

2.1船體建造精度控制過程測量方法的轉(zhuǎn)換

傳統(tǒng)測量方法：利用線垂吊垂直、中心，水平儀測平整度，用盤尺測型值，然后將測量數(shù)據(jù)記錄表格。這種測量方法又稱二維非數(shù)字化的測量方法，其過程繁瑣、速度慢、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高很難保證分段整體精度且不利于數(shù)據(jù)的處理分析及存檔。

三維測量方法：利用全站儀結(jié)合測量軟件就可以測分段的長、寬、高以及垂直度、水平度、固定角度、直線度等立體三維數(shù)據(jù)再跟分析軟件生成各控制點(diǎn)的三維理論數(shù)據(jù)表對比找出差值，也可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦里的分析軟件計算出測量各點(diǎn)的偏差值。

三維與傳統(tǒng)二維測量方法相比更加快速精確，簡單方便，極大減少了人工測量誤差及工作量同時也提高了測量人員的安全性。鑒于三維測量的優(yōu)勢目前全站儀已在國內(nèi)大中型船企廣泛使用，大致實(shí)現(xiàn)了二維到三維精度測量方法的轉(zhuǎn)換，推動了我國現(xiàn)代造船精度管理的發(fā)展。

2.2模擬搭載技術(shù)的實(shí)施與推廣

我國骨干船企在三維測量技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上開始了對分段模擬搭載技術(shù)的研究與運(yùn)用，并逐步實(shí)施和推廣了分段O.T.S模式。

1）模擬搭載技術(shù)。模擬搭載技術(shù)簡稱O.T.S（one time setting），其方法就是利用全站儀對搭載分段和基準(zhǔn)分段進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的采集，把測得的分段數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維精度分析軟件中，并在三維模型上進(jìn)行實(shí)測數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)的自動套合生成偏差值，然后在電腦上用軟件對要搭載的分段與基準(zhǔn)分段進(jìn)行模擬搭載演示，確定搭載分段余量修割值，來制定有效修正方案，在總組平臺上對預(yù)搭載總段進(jìn)行切割修正，以達(dá)到吊裝過程確保精度情況下實(shí)現(xiàn)一次定位。

2）O.T.S實(shí)施與推廣的實(shí)例。以江南船廠為例，該公司為了推行O.T.S技術(shù)還專門成立了O.T.S班組并通過大量的專業(yè)培訓(xùn)來提高人員的技能水平。目前O.T.S在該公司主要運(yùn)用在其承接的大型散貨船貨倉區(qū)域總段搭載，大型集裝箱船貨倉區(qū)域總段搭載和底部模擬總組，各類型集裝箱船艏部總段搭載，并取得了很好的效果。該公司在某大型集裝箱船上的實(shí)際作業(yè)中，總段搭載時實(shí)施O.T.S與傳統(tǒng)定位模式（先將一個分段/總段吊入船塢或船臺進(jìn)行定位，施工人員根據(jù)相關(guān)基準(zhǔn)線對搭載分段/總段進(jìn)行余量線勘劃，等余量切割后再進(jìn)行二次定位）在定位時間與投入的工時量對比情況見表1。

O.T.S定位模式由于將切割余量工作前移至平臺總組階段且使用自動切割設(shè)備，余量及焊道坡口一次切割完成，這樣不僅改善了作業(yè)環(huán)境、降低了工作難度，而且保證了搭載后良好的焊縫狀態(tài)。該公司的實(shí)踐證明實(shí)施O.T.S分段（總段）定位時間快，效率高且合攏口焊縫狀態(tài)好，提高了精度合格率，有效縮短了船臺（船塢）的搭載時間，降低了建造成本，所以該技術(shù)是值得推廣和完善的。

3 現(xiàn)代造船精度管理技術(shù)發(fā)展方向

①船體零件加工設(shè)備向數(shù)控化、自動化、機(jī)械化趨勢發(fā)展，零件加工精度越高對船體精度管理和控制更加有力。②統(tǒng)計各個階段補(bǔ)償值利用率，建立補(bǔ)償量標(biāo)準(zhǔn)，完善精度補(bǔ)償體系，這個方向的發(fā)展可以最大限度的減少現(xiàn)場修割工作量，提高工作效率。③由于測量和分析軟件不斷開發(fā)和更新推動了船舶建造過程的精度檢測技術(shù)不斷進(jìn)步，也是未來大力發(fā)展方向。如韓國的精度管理系統(tǒng)（EcoMarine G1）發(fā)展到了精度服務(wù)器系統(tǒng)（EcoMarine G2），解決了數(shù)據(jù)無線傳輸時時更新與共享的問題。④造船精度專用工具、工裝的研究與運(yùn)用，如分段總段胎架工裝、搭載支撐定位工裝等都能有效提高船體建造精度水平。⑤未來舾裝過程的精度控制也將成為造船精度管理技術(shù)的重要發(fā)展方向。如在鐵舾裝件的安裝，管子的制作安裝等方面運(yùn)用精度控制手段對提高分段預(yù)舾裝率有很大意義。

4 結(jié)束語

作為船企核心競爭力之一的造船精度管理技術(shù)，它的發(fā)展與進(jìn)步顯得尤為重要，盡管我國精控管理技術(shù)取得了一定的進(jìn)展，但還沒形成一個完善的補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫和一整套管理技術(shù)體系，且大多只局限于船體建造尺寸的精度控制，與日、韓企業(yè)相比還有一定的差距。為了進(jìn)一步縮小差距，我國船企應(yīng)通過加大研制和引進(jìn)各種精度加工、測量設(shè)備，研究新工藝、新技術(shù)，開發(fā)三維測量、分析系統(tǒng)，學(xué)習(xí)先進(jìn)的精度管理理念和方法等手段來提高我國的造船精度管理水平，以達(dá)到增強(qiáng)國際市場競爭力的目的。

參考文獻(xiàn)

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