船舶建造精度控制方法分析

王旭彰

（中國(guó)船級(jí)社實(shí)業(yè)有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510235）

0 引言

船舶建造精度控制是指依據(jù)船舶建造的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，利用工藝技術(shù)與管理技術(shù)對(duì)船體零部件結(jié)構(gòu)施行尺寸精度控制的過(guò)程。船舶制造精度管理的有效性，直接影響船體的返修工作量與能耗及造船周期。

1 船舶制造的精度管理內(nèi)涵

1.1 船舶建造特點(diǎn)

船舶建造的特點(diǎn)，體現(xiàn)在：1）船體建造存在周期長(zhǎng)和工序多等特點(diǎn)，易引起各種誤差問題。2）船舶的體積較大，需盡量減少建造誤差值。3）船體建造環(huán)節(jié)，船體的受力和受熱等狀況復(fù)雜，尤其是船體材料的變形，直接影響預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。4）船舶建造的自動(dòng)化程度較低，有較大的完善空間，人工操作控制誤差的精確度有待提高[1]。

1.2 精度管理內(nèi)涵

精度管理是指船舶建造中，用補(bǔ)償量代替余量，不斷增大補(bǔ)償量的使用范圍，通過(guò)控制船體結(jié)構(gòu)位置精度與強(qiáng)化精細(xì)化管理，確保數(shù)據(jù)的精確度和可靠性，盡可能的降低誤差。數(shù)據(jù)測(cè)量的結(jié)果對(duì)補(bǔ)償量的計(jì)算和分配的影響較大，船舶制造的質(zhì)量直接受數(shù)據(jù)的精確度影響。這就需要廣泛獲取原始數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)模型分析數(shù)據(jù)，完成高效的補(bǔ)償量計(jì)算，再通過(guò)反推法，依據(jù)船塢合攏補(bǔ)償量→總段、分段裝配補(bǔ)償量→組立制作補(bǔ)償量→零、部件加工補(bǔ)償量的順序，將補(bǔ)償量分配給船舶制造流程的各環(huán)節(jié)。在船舶制造精度管理中，除對(duì)制造過(guò)程展開精細(xì)化的管理外，還需充分掌握補(bǔ)償量的分配技術(shù)，明確補(bǔ)償量計(jì)算與分配技術(shù)的要點(diǎn)，合理運(yùn)用新技術(shù)和新工藝，有效控制制造的誤差，推動(dòng)船舶制造精度與質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。補(bǔ)償量的計(jì)算方法，如圖1所示。

圖1 船體建造質(zhì)量控制圖應(yīng)用于補(bǔ)償量的計(jì)算

1.3 精度控制意義

船舶建造中精度控制意義，主要體現(xiàn)在1）在構(gòu)件的吊裝及焊接和加工等環(huán)節(jié)，減少因變形所需矯正的工作量，提前對(duì)構(gòu)件添加反變形量，以達(dá)到精度建造的目的；2）合理設(shè)置補(bǔ)償量，減少在打磨與切割等建造環(huán)節(jié)的二次工作量，促使船舶建造中的生產(chǎn)成本與生產(chǎn)效率更加優(yōu)化；3）合理設(shè)置檢驗(yàn)線，以提高施工的便利度和準(zhǔn)確度；4）檢測(cè)船舶的施工數(shù)據(jù)和建造中潛在的問題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題；5）在船舶建造施工中，全面統(tǒng)計(jì)與分析數(shù)據(jù)，為后續(xù)順利施工提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐，盡可能的減少船舶建造施工中的差錯(cuò)。精度造船過(guò)程如圖2所示。

圖2 精度造船的開展過(guò)程

2 船舶制造精度控制技術(shù)

2.1 精度控制技術(shù)

1）補(bǔ)償量的加放技術(shù)。求解補(bǔ)償量的具體實(shí)施方法，是由后一道工序向前一道工序提出具體補(bǔ)償值的大小和余量的切割時(shí)機(jī)及余量的切割范圍、零件下料等方面的精度要求。船舶的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，建造方法不同，在部件和分段結(jié)構(gòu)形式等方面也存在明顯的差異，還需從錯(cuò)綜復(fù)雜的尺寸關(guān)系中，找出影響技術(shù)要求和裝配精度的尺寸，形成不同建造階段及不同結(jié)構(gòu)部分的尺寸，進(jìn)而求解尺寸鏈。

2）對(duì)合線基準(zhǔn)技術(shù)。對(duì)合基準(zhǔn)線的方法體現(xiàn)在船體的各個(gè)裝配階段，包括總段與分段和零部件及尺寸所依據(jù)點(diǎn)面線等。對(duì)合基準(zhǔn)線技術(shù)的實(shí)施，需要利用三維TRIBON軟件建模，轉(zhuǎn)換生成零件套料版圖，再利用數(shù)控切割機(jī)的噴粉劃線功能實(shí)現(xiàn)。對(duì)合基準(zhǔn)線涉及肋骨檢驗(yàn)線與直剖線和中心線等，合理的運(yùn)用更利于提高精度控制水平。

3）數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)。數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效地獲得資料數(shù)據(jù)及高效利用獲得的資料數(shù)據(jù)，得出盡可能精確的可靠結(jié)論等方面的問題。船舶建造伴隨著大量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，通過(guò)收集整理成精度數(shù)據(jù)庫(kù)，再利用統(tǒng)計(jì)技術(shù)與數(shù)理方法分析此類數(shù)據(jù)，可以利用對(duì)所有反饋信息的精準(zhǔn)控制，針對(duì)反饋信息修整以及補(bǔ)償量進(jìn)行分析等一系列工作內(nèi)容，進(jìn)行規(guī)范，將其落實(shí)。

4）通過(guò)模擬搭載技術(shù)，同樣能夠提高精度控制的整體質(zhì)量，這是利用二次定位方法的船舶建造搭載方式。在實(shí)際使用過(guò)程中，主要是利用將一個(gè)分段或總段的吊裝直接放置在船臺(tái)或是船塢上進(jìn)行定位。要求在現(xiàn)場(chǎng)的施工人員根據(jù)已經(jīng)制定的基準(zhǔn)線，對(duì)搭載過(guò)程中的分段或總段的余量線進(jìn)行勘察和分析，盡可能地做好余量切割，與此同時(shí)，也可以重新進(jìn)行分段的吊裝定位。

在實(shí)際使用模擬搭載技術(shù)時(shí)，應(yīng)考慮到其本身是結(jié)合已有的數(shù)據(jù)，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析，模擬搭載技術(shù)是利用PDA與全站儀采集船舶分段（總段）三維數(shù)據(jù)，向三維精度分析軟件ECO-Block內(nèi)導(dǎo)入采集的數(shù)據(jù)，自動(dòng)套合設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，再用ECO-OTS軟件，對(duì)搭載的分段與已經(jīng)搭載的分段進(jìn)行模擬搭載，預(yù)先了解分段焊接后的錯(cuò)位與變形等質(zhì)量缺陷，并掌握搭載后的分段錯(cuò)位及離空等情況，根據(jù)搭載分段余量修割值，在分段吊裝搭載前割除余量，以此達(dá)到一次吊裝和直接定位的目的。傳統(tǒng)的船舶總組逐漸被模擬搭載技術(shù)取代，在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用設(shè)計(jì)的三維坐標(biāo)模型，以此夯實(shí)無(wú)余量建造的條件保障基礎(chǔ)。

2.2 過(guò)程控制技術(shù)

1）精度測(cè)量技術(shù)。船舶制造中涉及到精度測(cè)量管理技術(shù)與生產(chǎn)過(guò)程管理技術(shù)的應(yīng)用，任何技術(shù)層面出現(xiàn)問題，都會(huì)對(duì)船舶制造的整體質(zhì)量帶來(lái)影響。我國(guó)船舶制造技術(shù)仍處于摸索階段，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在較大的差距，尤其是船舶制造中的精度管控技術(shù)，有較大的完善空間，難以確保船舶制造的質(zhì)量，還需本著引進(jìn)來(lái)與走出去的原則，運(yùn)用先進(jìn)的測(cè)量造船精度的技術(shù)和有效的管控手段，切實(shí)規(guī)避船舶生產(chǎn)中存在和潛在的風(fēng)險(xiǎn)。船舶企業(yè)在現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)程中，需將重心從以往的產(chǎn)品宣傳和推廣方面，逐步向優(yōu)化船舶制造精度管理的層面過(guò)渡，通過(guò)提高建造質(zhì)量和技術(shù)水平，推動(dòng)船舶制造企業(yè)的與時(shí)俱進(jìn)發(fā)展。中國(guó)政府在應(yīng)用和推廣先進(jìn)船舶制造技術(shù)工藝方面加大力度，不斷宣傳先進(jìn)工藝的優(yōu)勢(shì)，切實(shí)帶動(dòng)企業(yè)技術(shù)水平的提升。企業(yè)合理展開船舶制造精度管理工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)影響船舶建造質(zhì)量因素的有效控制，更利于提升自身市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，測(cè)量船舶制造精度的儀器更加先進(jìn)，如全站儀實(shí)現(xiàn)了測(cè)量距離和測(cè)量角度及數(shù)據(jù)處理等功能的一體化，利用先進(jìn)的計(jì)算理論和檢測(cè)工具及測(cè)量模式，促使船舶制造精度管理體系更加完善。規(guī)范生產(chǎn)船舶工序的細(xì)節(jié)操作，促使船舶建造的精度更高，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化精度控制技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的充分發(fā)揮。

2）主動(dòng)和被動(dòng)精度控制技術(shù)。船舶制造企業(yè)對(duì)船舶生產(chǎn)技術(shù)中的精度管控，又細(xì)分為主動(dòng)和被動(dòng)精度控制技術(shù)，被動(dòng)精度控制技術(shù)是指后期根據(jù)紕漏等質(zhì)量缺陷，被動(dòng)進(jìn)行精度控制，精度控制的難度較大，船舶出現(xiàn)質(zhì)量問題后，會(huì)產(chǎn)生一定程度的不可抗性，后期技術(shù)人員處理的程序更加繁瑣，由此可見，主動(dòng)精度控制的處理過(guò)程更加簡(jiǎn)化。船舶制造的精度控制前，需加強(qiáng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，從以往的事后處理，逐步向事前預(yù)測(cè)和事中控制的階段過(guò)渡。事前預(yù)測(cè)船舶生產(chǎn)環(huán)節(jié)中可能會(huì)出現(xiàn)的負(fù)面因素，再采取主動(dòng)控制的措施進(jìn)行有效預(yù)防和解決。在生產(chǎn)操作過(guò)程中，采取主動(dòng)和被動(dòng)精度控制的方式，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)協(xié)同效應(yīng)，切實(shí)規(guī)避各種因素對(duì)船舶最終質(zhì)量的影響。船舶生產(chǎn)流程的各環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的參照數(shù)據(jù)，主動(dòng)精度控制是指對(duì)比生產(chǎn)的尺寸數(shù)據(jù)和參考的尺寸數(shù)據(jù)，利用電子檢測(cè)手段測(cè)量該工序是否達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)向中心控制臺(tái)反饋主動(dòng)精度檢測(cè)的數(shù)據(jù)，便于技術(shù)人員及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的核實(shí)與分析和修正。

3）制定精度標(biāo)準(zhǔn)。船舶制造的過(guò)程復(fù)雜繁瑣，加上我國(guó)目前制造船舶的實(shí)力不足，對(duì)制定具體的船舶制造精度標(biāo)準(zhǔn)的影響較大。大型船舶制造企業(yè)唯有具備精英技術(shù)團(tuán)隊(duì)和先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備及科學(xué)的管理團(tuán)隊(duì)及超高的技術(shù)水平、成熟的工藝等，才能制造出高品質(zhì)的船舶。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，船舶制造企業(yè)需制定出科學(xué)合理的精度標(biāo)準(zhǔn)。船舶生產(chǎn)流程的各環(huán)節(jié)，都應(yīng)當(dāng)有工序?qū)?yīng)的精度標(biāo)準(zhǔn)，劃分出特定的等級(jí)，切實(shí)解決被動(dòng)精度控制管理中的難題。結(jié)合人工經(jīng)驗(yàn)與補(bǔ)償量建模系統(tǒng)等措施，制定全面性的船舶制造精度標(biāo)準(zhǔn)，降低后續(xù)修整工序所需的成本，確保企業(yè)的實(shí)際收益和船舶最終質(zhì)量，積極推動(dòng)企業(yè)的正軌化發(fā)展。

3 加強(qiáng)船舶建造精度控制的對(duì)策

3.1 現(xiàn)狀分析

先進(jìn)船舶制造技術(shù)和工藝的應(yīng)用離不開專業(yè)人才的支撐，從業(yè)人員的專業(yè)水平不足，機(jī)械化的先進(jìn)技術(shù)，不利于企業(yè)整體技術(shù)實(shí)力的提升。除此之外，還需立足企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，加強(qiáng)創(chuàng)新與改進(jìn)船舶制造技術(shù)，規(guī)范落實(shí)發(fā)展規(guī)劃工作，通過(guò)過(guò)程控制與制造精度管理等手段，切實(shí)提升船舶制造的質(zhì)量[2]。

3.2 規(guī)范展開精度管理工作

1）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)，應(yīng)明確開展精細(xì)化管理工作，為管理制度工作順利展開夯實(shí)基礎(chǔ)。應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法整理原始數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)模型為補(bǔ)償量準(zhǔn)確的計(jì)算填補(bǔ)空缺，結(jié)合概率法與極值法提出精確的補(bǔ)償要求，依據(jù)數(shù)據(jù)理論統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，不斷加強(qiáng)制造零件的補(bǔ)償，促使精度得以提高。

2）加強(qiáng)對(duì)制造人員的管理，制造人員的技術(shù)水平對(duì)船舶制造精度的影響較大，采取強(qiáng)化精度補(bǔ)償與制造人員的技術(shù)管理等措施，盡快達(dá)到精度管理的目的。在日常管理中，組織制造人員積極展開技術(shù)培訓(xùn)與教育工作，提高其對(duì)船舶制造精度的認(rèn)知度。不斷更新技術(shù)人員的專業(yè)知識(shí)技能，使其所學(xué)能夠支撐實(shí)踐工作。以此不斷提升船舶制造的精度和質(zhì)量。

3）加強(qiáng)對(duì)精度影響因素的控制。影響船舶制造精度的因素較多，包括人員與技術(shù)等因素。需合理制定精度管理方案，采取有效的措施，切實(shí)降低人員與技術(shù)帶來(lái)的精度影響。提高精度控制管理工作的前瞻性和預(yù)見性，預(yù)防各種影響因素的干擾，定期點(diǎn)檢制造船舶所需的設(shè)備儀器和材料等，以此確保船舶的制造精度。除此之外，施行動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，動(dòng)態(tài)化控制船舶制造過(guò)程中的各項(xiàng)工藝技術(shù)參數(shù)，嚴(yán)格規(guī)范制造精度，規(guī)避因疏忽引起的精度誤差問題[3]。

3.3 利用現(xiàn)代制造工藝

船舶制造的精度也會(huì)受制造工藝因素的影響，利用3D激光測(cè)量等先進(jìn)的工藝技術(shù)，更利于滿足其生產(chǎn)的精度要求。3D激光測(cè)量技術(shù)利用激光具有穩(wěn)定波速和直線傳播等特點(diǎn)，測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的激光傳播延遲時(shí)間，同時(shí)能夠測(cè)量直線距離。首先，建立船舶3D模型，控制整個(gè)船體的結(jié)構(gòu)精度，對(duì)比設(shè)計(jì)模型與實(shí)測(cè)模型后，虛擬設(shè)計(jì)船舶結(jié)構(gòu)。其次，利用激光全站儀測(cè)量船舶的結(jié)構(gòu)，比較鋼尺測(cè)量的精度后，了解船舶結(jié)構(gòu)在各坐標(biāo)點(diǎn)上的誤差。最后，利用全站儀測(cè)量精度表分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，有效地掌握其實(shí)際情況，將其誤差值控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

船舶制造精度管理的專業(yè)性較強(qiáng)，精度管控成效對(duì)船舶制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率的影響較大。船舶制造企業(yè)要想提高船舶的制造質(zhì)量，需立足企業(yè)發(fā)展實(shí)際，合理制定精度管理方案，利用專業(yè)人才與先進(jìn)技術(shù)等，規(guī)范展開精度控制工作。