基于魚刺圖法的玻璃鋼漁船建造質(zhì)量分析

于云飛， 隋江華， 杜秋峰,， 姜德偉

(1大連海洋大學(xué)航海與船舶工程學(xué)院，遼寧 大連 116023；2大連環(huán)球國際船舶制造有限公司，遼寧 大連 116047)

基于魚刺圖法的玻璃鋼漁船建造質(zhì)量分析

于云飛1， 隋江華1， 杜秋峰1,2， 姜德偉2

(1大連海洋大學(xué)航海與船舶工程學(xué)院，遼寧 大連 116023；2大連環(huán)球國際船舶制造有限公司，遼寧 大連 116047)

玻璃鋼漁船建造質(zhì)量的優(yōu)劣影響其生產(chǎn)使用及其行業(yè)發(fā)展。為探索影響玻璃鋼漁船建造質(zhì)量的因素，根據(jù)已建造玻璃鋼漁船存在的質(zhì)量問題，確定影響其建造質(zhì)量的關(guān)鍵因素。運(yùn)用魚刺圖分析法進(jìn)行分析，以影響玻璃鋼漁船建造質(zhì)量的因素為中心目標(biāo)，分別從結(jié)構(gòu)設(shè)計、原材料選擇與處理、以及建造工藝完善3個方面進(jìn)行歸納分析，將設(shè)計因素、原材料因素、工藝因素作為魚頭，其他細(xì)分因素作為魚骨，尋找各影響因素之間的關(guān)系，繪制復(fù)合式魚刺圖；將魚刺圖作為基礎(chǔ)模型，對其中的影響因素進(jìn)行整合、篩選、甄別，建立便于建造現(xiàn)場管理和控制的系統(tǒng)模型。對造成玻璃鋼漁船建造質(zhì)量差的原因進(jìn)行分析討論并提出相關(guān)建議。

玻璃鋼漁船; 建造質(zhì)量; 魚刺圖; 設(shè)計因素；原材料因素；工藝因素

中國玻璃鋼漁船于20世紀(jì)70年代開始建造，經(jīng)歷三起三落。玻璃鋼漁船理論上使用壽命可達(dá)50年之久，但1985年研發(fā)的16.88 m拖網(wǎng)漁船，擁有良好的船型及高水平的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計，但因承建企業(yè)建造工藝技術(shù)不完善，不到10年就報廢了；“九五”期間，一條33 m拖網(wǎng)漁船在設(shè)計建造上的嚴(yán)重缺陷導(dǎo)致下水后報廢；2004年由山東西港船舶修造廠建造的“滬漁”玻璃鋼金槍魚釣船，在斐濟(jì)漁場作業(yè)時，發(fā)生了質(zhì)量事故，這些問題的出現(xiàn)引起了中國漁業(yè)界對國內(nèi)建造的玻璃鋼漁船質(zhì)量產(chǎn)生質(zhì)疑[1-2]。提高玻璃鋼漁船建造質(zhì)量成為當(dāng)下關(guān)注重點(diǎn)。本文運(yùn)用魚刺圖分析法從設(shè)計因素、材料因素及工藝因素3個方面分析玻璃鋼漁船建造質(zhì)量問題，找出各因素之間相互影響的規(guī)律，并提出解決之道，為玻璃鋼漁船設(shè)計建造提供參考。

1 魚刺圖分析法

魚刺圖又稱因果分析圖或特性要素圖，魚刺圖分析法是一種重要的事故分析方法[3]。應(yīng)用此法分析事故，可使復(fù)雜的事故原因變得系統(tǒng)化、條理化，為提出預(yù)防對策提供合理的依據(jù)。魚刺圖分析步驟如下：調(diào)查，全面了解事故并進(jìn)行認(rèn)識和分析，為畫出準(zhǔn)確的圖形做準(zhǔn)備；定題，將事故、問題或研究的對象作為“結(jié)果”，畫在圖的右方，并畫出主干和箭頭；分析原因與分類，搜集、分析和羅列出原因，按重要程度及因果關(guān)系進(jìn)行整理和分類；填圖，分別逐一填入圖中[4]。

2 基于魚刺圖法的建造質(zhì)量分析

2.1 設(shè)計因素

玻璃鋼漁船船體設(shè)計主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計[5]、線型設(shè)計[6-7]以及局部設(shè)計，選擇合理的設(shè)計形式，不僅影響玻璃鋼漁船的建造質(zhì)量，而且對其航行也至關(guān)重要。本文將3個設(shè)計方面的因素進(jìn)行具體劃分和總結(jié)，提出合適的設(shè)計形式，并繪制設(shè)計因素魚刺圖(圖1)。

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析。影響玻璃鋼漁船建造質(zhì)量的因素主要為重要節(jié)點(diǎn)的連接、骨架形式與板架結(jié)構(gòu)的選擇。對主要的結(jié)構(gòu)連接形式進(jìn)行優(yōu)化[8]，包括舷側(cè)結(jié)構(gòu)連接、甲板與上層建筑的連接以及舭龍骨的連接都有了具體的連接形式；玻璃鋼漁船的骨架形式多為混合骨架式，且縱橫骨材布置間距基本相同，保證漁船的總縱強(qiáng)度和較好的橫向強(qiáng)度，此骨架形式可減輕結(jié)構(gòu)重量、簡化施工工藝；板架結(jié)構(gòu)選擇也有正確的形式[9-10]：梯形泡沫結(jié)構(gòu)為最優(yōu)結(jié)構(gòu)，能承受較大的破壞應(yīng)力，其根部夾角大于90°，避免應(yīng)力集中。

圖1 設(shè)計因素魚刺圖

(2)線型設(shè)計分析。本文主要介紹舭部線型的選擇[11-12]，建造時選擇折角型舭部要比圓舭的橫搖性能好。選擇折角型舭部，不僅能克服玻璃鋼漁船縱向剛性差的缺點(diǎn)，而且不需要安裝減搖鰭或增加船寬。最終達(dá)到減少成本和油耗、減小船舶阻力、增加安全系數(shù)以及船舶縱向剛性的目的。

(3)局部設(shè)計分析。夾層結(jié)構(gòu)形式為蜂窩夾層和泡沫塑料夾層，可有效提高玻璃鋼漁船的強(qiáng)度；縱材、肋骨的截面形狀采用工藝性好、性能優(yōu)良帽型結(jié)構(gòu)[13]，能承受橫向彎曲和軸向壓縮。建議球鼻艏制作采用玻璃鋼制陰模，以保證精度。

2.2 材料因素

2.2.1 原材料選擇

玻璃鋼是由玻璃纖維及其制品作為增強(qiáng)材料，以合成樹脂作為基體材料的復(fù)合材料[14-15]。其中，玻璃纖維決定其強(qiáng)度和剛度，合成樹脂決定其性能，如耐熱性、耐腐蝕性、耐候性和阻燃性等。玻璃鋼材料的壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度是由二者共同決定的[16]。原材料的選擇主要分為玻璃纖維基材和合成樹脂的選擇。具體材料種類選擇見圖2。

(1)玻璃纖維基材的選擇。玻璃鋼漁船的玻璃纖維采用的是無捻粗紗，其既可以織造成無捻粗紗布，也可切成短切纖維氈。無捻粗紗布的強(qiáng)度高于短切纖維氈，但成本高，所以使用時需要兩者結(jié)合來達(dá)到提高材料強(qiáng)度、降低使用成本的目的。注意在敷層時，布的透過性會影響玻璃鋼的美觀和品質(zhì)，故首末兩層糊制的為纖維氈。在一些強(qiáng)度要求較高的部位采用不同類型的玻璃纖維細(xì)紗薄布。

圖2 原材料分類魚刺圖

(2)合成樹脂的選擇。合成樹脂采用不飽和聚酯樹脂，最常用有通用樹脂、耐蝕樹脂、阻燃樹脂、膠衣樹脂和涂料用樹脂等，其優(yōu)點(diǎn)是工藝性優(yōu)良、施工方便且易保證質(zhì)量[14]。固化后，不飽和聚酯樹脂是在加熱或溶劑作用下不熔的熱固性樹脂，使船體達(dá)到耐熱性和耐候性要求，適用于大型并在現(xiàn)場制作的玻璃鋼漁船。

2.2.2 原材料處理

原材料處理主要是玻璃纖維的表面處理，即對玻璃纖維進(jìn)行預(yù)先處理。處理可以改善玻璃纖維表面的狀態(tài)與物理性質(zhì)。玻璃纖維的表面處理方法一般有三種[16]：前處理、后處理、直接與樹脂摻合。通過對玻璃纖維表面進(jìn)行處理，可提高玻璃鋼的力學(xué)性能、電性能、耐候性及耐水性[17]。此外，不飽和聚酯樹脂的貯存時間一般為半年，在施工時需特別關(guān)注環(huán)境、貯存時間對材料的性能和材質(zhì)的影響，以及材料的儲存量等。

2.3 工藝因素

2.3.1 模具建造工藝分析

玻璃鋼漁船是玻璃鋼制品中相對較大的制品，需要根據(jù)建造的數(shù)量、工廠條件以及經(jīng)濟(jì)效益等因素選擇合適的模具形式[18]。模具形式主要有木制陰模、玻璃鋼制陰模以及框架式陽模[19]，各自的特點(diǎn)是：木制陰模既能建造一艘也可批量生產(chǎn)，價格便宜，但其尺寸的準(zhǔn)確性和表面加工精度較弱；玻璃鋼制陰模是以木制陽模為母型制作，相對于木制陰模，工時長、費(fèi)用高，但其精度最好；框架式陽模多用于夾層結(jié)構(gòu)成型。在建造時，木制陰模采用最多，但從精度和效益上考慮，一些船廠也會采用玻璃鋼制陰模。所以在考慮經(jīng)濟(jì)效益與建造質(zhì)量時，絕大部分部位采用木制陰模，精度較高的部位(如球鼻艏)采用玻璃鋼制陰模(圖3)。

圖3 工藝因素魚刺圖

2.3.2 成型工藝分析

玻璃鋼的成型工藝種類很多，目前我國主要以手糊成型為主。手糊成型工藝是以手工操作為主，操作雖然簡單但對操作人員的操作技術(shù)要求較高，施工人員及管理人員需要具有認(rèn)真的工作態(tài)度和豐富的經(jīng)驗。并且對企業(yè)的資質(zhì)要進(jìn)行認(rèn)證和不定期抽查，對施工人員進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)，最終達(dá)到高要求的技術(shù)水平。

在糊制之前需要在模具上涂一層脫模劑，便于脫模。選擇脫模劑時要考慮以下幾點(diǎn)：對模具和樹脂無影響；使用方便、價格便宜；成模均勻光滑。在糊制過程中，玻璃鋼的表面易被介質(zhì)侵蝕，為了提高其耐久性，需要在表面糊制一層樹脂含量較高的膠衣層，即膠衣樹脂。糊制厚度應(yīng)適中，太薄，玻璃纖維容易暴露且達(dá)不到保護(hù)的作用，也不美觀；太厚，會使表面產(chǎn)生裂紋，耐沖擊性明顯降低。

由于纖維布幅不夠?qū)?，需要拼接，在鋪層拼接工藝時應(yīng)盡可能減少漁船強(qiáng)度損失。在保證外觀質(zhì)量和尺寸精度的前提下，采用搭接和對接兩種拼接形式[16]。采用搭接的較多，這可避免接縫區(qū)域強(qiáng)度較弱的情況。將接縫處按一個方向錯開，形成“梯形”接縫連接，可提高玻璃鋼的拉伸強(qiáng)度和彈性模量的保留率。

在固化階段，從4個狀態(tài)觀察玻璃鋼的固化狀態(tài)[19]：(1)敷層開始狀態(tài)，將混合固化劑的樹脂浸潤到玻璃纖維基材中進(jìn)行敷層；(2)指觸固化狀態(tài)，15 min后是易于切割階段，此時將多余和做壞的部分去除；(3)未熟化狀態(tài)，敷層作業(yè)的最重要狀態(tài)(一般為24 h)，貼下一層玻璃纖維基材就在此階段；(4)未完全固化與完全固化狀態(tài)，敷層后1～2 d達(dá)到未完全固化，硬度不低于40時可以脫模，但達(dá)到完全固化階段還需要15 d左右。

2.3.3 合攏連接工藝分析

在玻璃鋼漁船糊制時，除甲板和艉封板可以分開糊制外，船體外板應(yīng)整體糊制，不允許對接。船體構(gòu)件的連接可采用現(xiàn)場糊制、膠接或機(jī)械連接的方法[20-21]。由于建造工藝文獻(xiàn)匱乏，大多數(shù)船廠只能通過總結(jié)經(jīng)驗進(jìn)行施工，并且玻璃鋼漁船建造規(guī)范[22]中對材料的定義和施工過程中的合攏連接解釋較少，整體連貫性和結(jié)合性較弱。

3 魚刺圖分析法的優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 優(yōu)點(diǎn)

魚刺圖[23-27]是一種發(fā)現(xiàn)問題“根本原因”的方法，具有直觀、簡單的特點(diǎn)。一方面，運(yùn)用魚刺圖分析法能夠全面考慮影響因素并識別癥狀，分析原因，尋找解決措施，促進(jìn)問題的解決；另一方面，通過頭腦風(fēng)暴法，無限制的自由聯(lián)想和討論，將相關(guān)的危險因素進(jìn)行歸納總結(jié)，運(yùn)用有序的、便于閱讀的形式闡明因果關(guān)系。此外，該方法易于掌握，短時培訓(xùn)之后便可指導(dǎo)現(xiàn)場安全施工。

3.2 缺點(diǎn)

與事故樹分析法[28-30]相比，后者能夠?qū)τ绊懸蛩剡M(jìn)行定量分析和系統(tǒng)評價，依據(jù)各因素發(fā)生的概率計算出事故發(fā)生的概率，提供一個具體量的概念，達(dá)到對影響因素指標(biāo)量化處理的目的。與排列圖[31-33]相比，后者是將影響因素的影響程度用直方圖形順序排列，從而找出主要因素，根據(jù)“關(guān)鍵的少數(shù)和次要的多數(shù)”的原理，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的分析。但魚刺圖對影響因素進(jìn)行的是定性分析，不能精確計算各因素發(fā)生的概率。魚刺圖是一種將大概念分解成若干具有動因關(guān)系小概念的工具，反映出各因素間影響與邏輯關(guān)系，不便于建立各影響因素之間的因果關(guān)系鏈。

4 結(jié)論

影響玻璃鋼漁船建造質(zhì)量的因素來自方方面面，在建造時，需要借鑒發(fā)達(dá)國家和地區(qū)成熟的設(shè)計方案，結(jié)合中國原材料的特性，完善建造工藝，降低建造成本便于漁民接受。本文將影響因素分為設(shè)計、材料及工藝3個類型，分別對不同類型的因素進(jìn)行多角度研究，建立魚刺圖基礎(chǔ)模型。運(yùn)用其簡單實(shí)用、直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，將魚刺圖模型落實(shí)于建造過程中的各個環(huán)節(jié)。但本文有些內(nèi)容仍有待進(jìn)一步深入研究與完善。由于玻璃鋼漁船的結(jié)構(gòu)設(shè)計、原材料、成型工藝相互影響，而魚刺圖不便于建立三者的關(guān)系鏈，需要對魚刺圖基礎(chǔ)模型進(jìn)行加權(quán)和時序的排列，找出各因素之間的邏輯關(guān)系，并建立結(jié)構(gòu)分析圖，最終完善基礎(chǔ)模型，建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫。通過進(jìn)一步實(shí)踐，研究該方法在玻璃鋼漁船建造時的適用性，使所建模型更真實(shí)地反映在玻璃鋼漁船建造過程中。

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Analysis on construction quality of FRP fishing vessel based on fishbone diagram

YU Yunfei1, SUI Jianghua1, DU Qiufeng1,2, JIANG Dewei2

( 1 Navigation and Ship Engineering College, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China;2 Dalian Global Yachting Manufacture (int’l) Co. ,Ltd., Dalian 116047, China)

The construction quality of FRP fishing vessels influences their production, use and industry development. In order to explore the factors that affect the construction quality of FRP fishing vessels, key factors affecting the construction quality are determined based on the quality problems of FRP fishing vessels constructed. By using the fishbone diagram for analysis and with the factors affecting the construction quality of FRP fishing vessels taken as the central objective, summary and analysis are conducted from the perspectives of structural design, selection and processing of raw materials and improvement of construction technology. The design factors, raw material factors and process factors are taken as head of fish, and other subdivision factors are used as fishbone to find the relationship among various influencing factors and draw a composite fishbone diagram. The fishbone diagram is used as the basic model, the influencing factors are sorted, screened and discriminated, and the system model convenient for construction site management and control is established. Finally, the causes of poor construction of FRP fishing vessels are analyzed and discussed, and relevant suggestions are put forward.

FRP fishing vessels; construction quality; fishbone diagram; design factors; raw material factors; process factors

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.04.012

2017-05-18

農(nóng)業(yè)部漁業(yè)船舶檢驗局項目(35/080516008)；農(nóng)業(yè)部漁業(yè)局項目(17162110402229004)

于云飛(1992—)，女，碩士研究生，研究方向：船舶與海洋工程，E-mail：15502258375@163.com

隋江華(1976—)，女，教授，研究方向：輪機(jī)自動化控制，E-mail：sjh@dlou.edu.cn

S972.7+9

A

1007-9580(2017)04-073-05