39000 DWT散貨船管系加工精度控制

劉振宇 周海生 彭茂清

摘 要：在現(xiàn)代造船模式的實(shí)施過程中，常常會出現(xiàn)因管系加工精度差而返工的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和造船周期，因此提高管系加工精度是各船廠期待改善的技術(shù)問題。本文以39 000 DWT散貨船為案例，介紹一種船舶管系精度控制的有效方法，其主要內(nèi)容是：針對船舶自身特點(diǎn)，確定管子安裝基準(zhǔn)及輔助線，對合攏管余量、布置進(jìn)行優(yōu)化，將三維攝影測量技術(shù)運(yùn)用于合攏管制作所需的數(shù)據(jù)采集，以此輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維建模，并生成加工零件圖。

關(guān)鍵詞：管系精度;制作與安裝;余量優(yōu)化;設(shè)計(jì)改進(jìn);三維攝影測量

中圖分類號：U671.91

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 前言

目前國內(nèi)已有較多船廠在推行船舶精度控制，但其關(guān)注點(diǎn)多在船體結(jié)構(gòu)方面，而涉足船舶管系精度控制的則較少。而在船舶建造過程中，常常會出現(xiàn)管系偏差較大而返工的情況。顯然，管系精度控制應(yīng)與船體結(jié)構(gòu)精度相吻合，如果分段制作精度不滿足要求，在分段總組、船塢搭載時未控制好定位基準(zhǔn)及精度對合，則管系精度控制顯得毫無意義。因此，造船精度管理應(yīng)該是全方位和系統(tǒng)性的，在保證船體精度的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該同時提高管系加工制作精度。

管系是船舶建造中的重要組成部分，其數(shù)量多、工作量大，管系的制作與安裝效率是影響船舶建造周期的重要因素之一，精度匹配是影響管子生產(chǎn)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，控制好管子制作和安裝精度，減少返工，是提高安裝效率的有效辦法。本文簡要介紹39 000 DWT散貨船管系加工精度的控制方法。

2 管系精度控制的必要性

船舶的各個部位幾乎均布置有管路，其數(shù)量龐大、線路復(fù)雜，圖1為39 000 DWT散貨船機(jī)艙管系布置圖。隨著船舶企業(yè)殼舾涂一體化造船技術(shù)的逐步成熟，大部分管子需進(jìn)行分段預(yù)安裝：首先，車間內(nèi)加工制作出合格的管子;在分段制作及分段總組時，以結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)對管子進(jìn)行定位安裝;對于跨合攏口的直管，在車間制作，現(xiàn)場安裝;對于跨合攏口的大管及曲度管則設(shè)計(jì)成合攏管，利用法蘭面在現(xiàn)場進(jìn)行精度匹配取樣，法蘭與管焊接固定后運(yùn)回車間進(jìn)行加工制作，加工完再運(yùn)至現(xiàn)場安裝。

從上述過程可以看出，管系建造過程復(fù)雜，操作空間小，作業(yè)難度大，管子加工精度對生產(chǎn)效率影響大，需針對船舶管系特征和控制難點(diǎn)，采取適宜的精度控制措施，以提高其精度，減少施工環(huán)節(jié)。

3 管子加工制作精度控制措施

（1）管子下料

采用鋸床或數(shù)控相貫線切割機(jī)下料，不允許手工切割或砂輪機(jī)切割，嚴(yán)格控制管材的尺寸誤差，端面與管段垂直偏差≤1 mm，下料長度偏差≤3 mm，超差的需要進(jìn)行處理，滿足要求后方可進(jìn)入下道工序。

（2）彎管控制

彎制由專人操作機(jī)器設(shè)備及檢測工具定期檢查，確保符合要求;管子彎制過程中，利用角度檢驗(yàn)尺自檢、互檢，記錄過程數(shù)據(jù)以備專職人員抽檢;管子彎曲角度及旋轉(zhuǎn)角度偏差控制在±0.5。以內(nèi)。

（3）管子法蘭面安裝

首先對管子按照圖紙尺寸進(jìn)行切割，放置在水平工作臺上固定，將法蘭套到管子端頭，四周間隙均勻;同一根管子，兩端法蘭上的螺絲孔要求一一對應(yīng)，在單個法蘭面安裝時，利用水平尺調(diào)整兩孔邊在用一個水平面，見圖2所示;為了保證管子法蘭面的垂直度，現(xiàn)場制作出法蘭面曲度尺進(jìn)行現(xiàn)場檢測，滿足要求后進(jìn)行點(diǎn)焊固定，焊前焊后自檢、互檢，要求法蘭面垂直度偏差控制在±1 mm以內(nèi)，見圖3所示。

4 管子安裝精度控制措施

（1）管子安裝現(xiàn)狀

在船體結(jié)構(gòu)裝配過程中，管子緊隨其后進(jìn)行安裝;管子安裝前先安裝管子支架（管碼），在支架上面標(biāo)識中心位置，根據(jù)該中心線確定管碼寬度方向安裝位置;為保證高度方向的精度，往往需現(xiàn)場制作輔助工裝托舉管子，然后用卷尺量取高度進(jìn)行定位;因現(xiàn)場安裝管碼及管子是根據(jù)相鄰的船體結(jié)構(gòu)拉尺進(jìn)行量取數(shù)據(jù)，無統(tǒng)一安裝基準(zhǔn)點(diǎn)，且未考慮裝配偏差及板件變形等影響，因此管子安裝后在總組或船塢合攏時，往往會出現(xiàn)管口對接錯位情況，需要對管碼和支架拆除重新調(diào)整管口對接，耗工費(fèi)時。

（2）管子安裝精度控制方案

針對上述問題，可采用增加管子定位基準(zhǔn)線和安裝輔助線的工藝方案解決：首先，根據(jù)船體結(jié)構(gòu)建造基準(zhǔn)，由專業(yè)劃線工勘劃定位基準(zhǔn)線和輔助線，施工人員按線安裝管碼和管子，安裝完成后進(jìn)行自檢、互檢、精度專檢，偏差控制在3 mm以內(nèi);同時，根據(jù)控制方案，編制管子安裝控制精度等工藝文件進(jìn)行固化。

（3）現(xiàn)場跟蹤及實(shí)施

根據(jù)分段管系安裝精度控制工藝進(jìn)行施工，如底板管弄區(qū)域首先確定分段中心為管子安裝基準(zhǔn)，在安裝前劃出兩條輔助半寬線（距中650 mm、距中1 020一）和輔助高度線（距基750 mm），見圖4所示;現(xiàn)場安裝時，利用拉粉線及吊線錘對管碼進(jìn)行安裝，見圖5所示;安裝管子后進(jìn)行測量，管子中心與地樣線（半寬方向）精度偏差控制在1-2 mm，管子與輔助高度基準(zhǔn)線偏差控制在2-3 mm。

5 管子余量控制

（1）合攏管余量控制的必要性

通常，單根合攏管設(shè)計(jì)時兩端均加放有100 mm左右初余量，船上安裝時進(jìn)行匹配氣割。以39 000 DWT散貨船為例，總計(jì)約有990根合攏管，其余量總長度達(dá)198 m。現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，合攏管在船塢安裝時均需要經(jīng)過二次以上修割。由于現(xiàn)場條件差，切割質(zhì)量難以保證，工作效率降低，故需對管子余量加放方案進(jìn)行優(yōu)化。

（2）余量控制方案

①根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)人員、管理人員多次討論，確定余量加放要求為：對于外場直管，僅管子一端加放50mm余量;對于外場彎管，管子兩端各加放50 mm;經(jīng)統(tǒng)計(jì)，可節(jié)約管子長度達(dá)99m;

②合攏管部分加工工序前移：對于機(jī)艙、上建、首部區(qū)域的合攏直管，無余量端法蘭內(nèi)場安裝焊接，完成表面處理，另一端法蘭在船上校裝;合攏直管兩端采用套管連接的，其套管電焊在內(nèi)場完成表面處理。

③根據(jù)上述方案，對在建船舶進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)：在管系設(shè)計(jì)時，對于外場單根直管，單邊加放50 mm;對于外場彎管，兩端各加放50 mm，并在圖紙上進(jìn)行明確;同時，在車間完成一端法蘭表面處理。實(shí)施后，不僅節(jié)省了管材，而且提高了生產(chǎn)效率。

6 合攏管優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

管系放樣準(zhǔn)確率直接影響外場合攏管的安裝精度控制。管路走向布置，需合理有序，在降低管子安裝難度的同時，也要保證管子安裝精度;針對合攏管在船塢安裝對合偏差情況，可在形式、位置、長度等設(shè)計(jì)上進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，將部分合攏管利用直管連接的形式進(jìn)行固化，設(shè)計(jì)成以下三種形式。改進(jìn)實(shí)施后，校管直管設(shè)計(jì)率達(dá)到62.24%，超過項(xiàng)目預(yù)計(jì)的目標(biāo)。

（1）A型船校管

全船通用，優(yōu)先選用。除滑油及其循環(huán)艙的透氣管、燃油、液壓油及主機(jī)海水等系統(tǒng)管之外的所有管子，均可選用;適用于DN125通徑及其以下規(guī)格的所有管子;兩根一組，均為內(nèi)場制作，單根長度為0.8-1.2m，結(jié)構(gòu)形式見圖6所示。

（2）B型船校管

適用于所有系統(tǒng)管以及各種通徑規(guī)格的管子，在A型管無法滿足要求時選用，適合在分段總組及搭載誤差錯位較大的情況下使用;B型船校管均為外場安裝，單根長度為0.8-1.2 m，其結(jié)構(gòu)形式見圖7所示。

（3）C型船校管

除燃油、液壓油及主機(jī)海水等系統(tǒng)管之外，其他管子均可選用。在分段預(yù)裝管上，可臨時拆卸并能向上移動的情況下選用;船校管適用于DN80通徑及其以下規(guī)格的管子，船校管均為內(nèi)場管，其套管外場焊;單根長度為0.8-1.2 m，結(jié)構(gòu)形式見圖8所示。

7 三維攝影測量技術(shù)應(yīng)用

（1）合攏管制作現(xiàn)狀

大曲度的合攏管精度要求高，分段合攏口處往往預(yù)留一截管子待制，待分段船塢合攏后再進(jìn)行放樣制作/安裝。目前傳統(tǒng)合攏管主要制作方法是：將法蘭和角鋼等輔材運(yùn)到船上安裝，完成假模取樣，假模下船后進(jìn)行放樣制作。傳統(tǒng)工藝制作方法效率低、浪費(fèi)人工、浪費(fèi)材料、生產(chǎn)周期長、且存在較大的安全隱患。

（2）三維攝影系統(tǒng)流程

引進(jìn)工業(yè)上的三維攝影測量技術(shù)，通過拍照提取合攏口法蘭信息位置，建立三維模型，輸出管子制作小票，再進(jìn)行加工制作以及船上安裝。其系統(tǒng)工作流程，見圖9所示。

（3）現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)

首先利用輔助工裝一基準(zhǔn)測量尺，利用其磁力與結(jié)構(gòu)吸附，保證精準(zhǔn)定位;同時利用測量孔及管孔工裝放置到需要配管的法蘭面，通過專用攝影測量相機(jī)進(jìn)行近景測量，將測量的數(shù)據(jù)存儲并傳輸至計(jì)算機(jī)。

（4）建模及制作安裝

利用新開發(fā)的合攏管現(xiàn)配軟件，根據(jù)其數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)件和設(shè)計(jì)要求讀取測量數(shù)據(jù)，自動生成三維合攏管模型，然后結(jié)合其形態(tài)和現(xiàn)場情況手動微調(diào)，即完

（5）發(fā)展趨勢

三維攝影技術(shù)的運(yùn)用，將替代傳統(tǒng)的合攏管假模取樣方式，能有效提高現(xiàn)配管安裝效率和質(zhì)量，達(dá)到了降本增效的目的。目前該技術(shù)還在研發(fā)試用階段，硬軟件及其設(shè)備配置成本較高，對操作人員技能要求高，其技術(shù)推廣尚具有一定難度，但隨著該技術(shù)的進(jìn)一步成熟，其廣泛運(yùn)用將會成為一種趨勢。

8 結(jié)束語

船舶管系精度控制是一個綜合性的工程，涉及到生產(chǎn)設(shè)計(jì)、工藝方案、技術(shù)創(chuàng)新等內(nèi)容。39 000 DWT散貨通過確定管子安裝基準(zhǔn)及輔助線，對合攏管余量及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，將三維攝影測量技術(shù)應(yīng)用于合攏管現(xiàn)場施工取樣等，有效改善了管子加工制作精度，提高了工作效率和施工質(zhì)量。如果要實(shí)現(xiàn)合攏管路對接零調(diào)整目標(biāo)，還需要在實(shí)際生產(chǎn)中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新精度控制方法，培養(yǎng)新技術(shù)的研發(fā)人才并加大投入，夯實(shí)管系精度控制的基本條件。

參考文獻(xiàn)

[1]付錦云.船舶管舾生產(chǎn)設(shè)計(jì)，哈爾濱：哈爾濱T程大學(xué)出版社，2019.