造船精度管理的探索和實(shí)施

江創(chuàng)宏

(江蘇新時(shí)代造船有限公司，江蘇 泰州 214500)

0 引言

造船精度管理是適應(yīng)現(xiàn)代造船模式、提高生產(chǎn)效率、縮短造船周期、實(shí)現(xiàn)殼舾涂一體化的基礎(chǔ)，也是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。隨著國內(nèi)造船規(guī)模的擴(kuò)大，各種生產(chǎn)制造工藝的飛速發(fā)展，原材料及人力成本的迅速增長以及國際海事組織(IMO)的船舶專用海水壓載艙涂層標(biāo)準(zhǔn)(PSPC)的強(qiáng)制執(zhí)行，造船精度管理顯得尤為重要。

造船精度管理的實(shí)質(zhì)是科學(xué)管理與先進(jìn)制造技術(shù)的結(jié)合。很多先進(jìn)技術(shù)都建立在船舶制造精度管理技術(shù)研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，只有船舶制造精度達(dá)到了一定水平，其他各項(xiàng)工藝的實(shí)施才能得以發(fā)展并在實(shí)船建造中廣泛應(yīng)用。隨著造船技術(shù)和檢測技術(shù)的發(fā)展，精度的控制水平也不斷達(dá)到新的高度。

造船精度管理在國外船廠已達(dá)到較為先進(jìn)的水平，精度管理技術(shù)是日韓兩國造船業(yè)的核心技術(shù)，但對(duì)中國造船業(yè)一直以來都是采取技術(shù)封鎖。國內(nèi)船廠經(jīng)歷了多年的探索和實(shí)踐，也形成了一些開展造船精度控制的基本方法。但國內(nèi)船廠與日韓兩國等船廠在造船精度控制方面尚存在著較大的差距。

1 日本和韓國造船精度管理

日本和韓國船廠重視精度設(shè)計(jì)的實(shí)施，并有專門的《建造精度控制圖》。這些船廠已掌握用補(bǔ)償量代替余量的設(shè)計(jì)方法，通過設(shè)計(jì)將精度管理的理念和控制方法寫進(jìn)圖紙，從源頭上實(shí)現(xiàn)造船的精度控制。精度設(shè)計(jì)主要涉及以下幾方面:

1.1 對(duì)合線基準(zhǔn)技術(shù)

將船體建造各階段(如零件、部件、分段、總段等)所依據(jù)的點(diǎn)、線、面采用統(tǒng)一的對(duì)合線技術(shù)來控制精度，其中對(duì)合線包括定位線、安裝線、參考線、檢驗(yàn)線、對(duì)合線等，以此來降低施工難度，提高施工準(zhǔn)確度。

1.2 全船余量和補(bǔ)償量加放技術(shù)

精度管理的目的就是用補(bǔ)償量代替余量，通過合理的施工工序和工藝，盡可能減少加工、制造過程中的二次調(diào)整、二次切割等工作，從而提高工作效率，節(jié)省成本，減少誤作，提高質(zhì)量。

1.3 變形和反變形控制技術(shù)

船體在建造過程中經(jīng)過切割、加工、焊接和吊裝等工序后都會(huì)產(chǎn)生一定的變形，但通過研究變形產(chǎn)生的因素或機(jī)理，可以預(yù)先采取一定的處理措施來消除或減少變形。

1.4 施工圖紙安裝信息詳細(xì)

施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中對(duì)每一個(gè)分段上的構(gòu)件定位和安裝尺寸、附件的安裝位置、管系的開孔位置和尺寸、主要結(jié)構(gòu)的焊接規(guī)格和尺寸、詳細(xì)的補(bǔ)償量、分段大接頭型值、舾裝件的定位安裝尺寸、工藝孔的位置尺寸、各種快速搭載工裝定位安裝尺寸、分段建造的工藝流程等均有詳細(xì)的標(biāo)注和示意圖。

1.5 數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)

船體建造過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)經(jīng)過收集、整理形成完整的精度數(shù)據(jù)庫，然后用先進(jìn)的數(shù)理方法和統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)對(duì)精度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成有用的反饋信息來支撐精度管理。

日本造船模式是世界上最先進(jìn)的造船模式，也叫“精益造船模式”。在精益造船模式中，日本把造船精度管理作為企業(yè)行為，是為滿足造船需求而在生產(chǎn)過程中進(jìn)行的自我控制。日本船舶企業(yè)的員工素質(zhì)普遍較高，這也是實(shí)現(xiàn)精度管理提高的重要保證。正是依靠全體員工的精心施工和高效管理，日本船舶企業(yè)才造出了客戶信賴的、質(zhì)量好的產(chǎn)品。

韓國造船模式是在學(xué)習(xí)、總結(jié)日本造船模式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。從20世紀(jì)90年代開始，韓國通過大力投資對(duì)造船裝備進(jìn)行改造、升級(jí)或更新，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展出以巨型總段建造為核心的巨型總段造船模式。為確保巨型總段造船模式成功，韓國船廠研究出激光三維定位測量技術(shù)和造船精度管理軟件分析的造船精度管理技術(shù)。利用三維技術(shù)對(duì)分段建立模型，通過三維分段測量技術(shù)將實(shí)際分段建造的尺寸偏差數(shù)據(jù)測量出來，并在專用的造船精度管理軟件系統(tǒng)中進(jìn)行模擬搭載分析，分析結(jié)果用來指導(dǎo)具體搭載工作。

2 國內(nèi)造船精度管理實(shí)施情況

經(jīng)過多年的發(fā)展和國家建立現(xiàn)代造船轉(zhuǎn)模的需要，國內(nèi)大部分船廠也建立了相應(yīng)的管理體制，并取得了一定成績，其中走在前沿的有上海外高橋造船、滬東中華造船、大連造船等企業(yè)。

滬東中華造船從20世紀(jì)70年代開始推行造船精度管理體制，并最先推廣全站儀在造船領(lǐng)域的應(yīng)用。精度管理體制由最初的設(shè)置精度管理組發(fā)展為公司設(shè)置精度管理領(lǐng)導(dǎo)小組，下設(shè)精度管理室，各部門設(shè)置精度管理員的管理模式。通過引進(jìn)三維測量軟件和增加購置全站儀來推進(jìn)精度管理的數(shù)字化。目前滬東中華造船精度管理已實(shí)施分段無余量下胎管理，率先在國內(nèi)推廣船塢快速搭載工藝。

外高橋船廠2007年成立了精度管理部，聘請(qǐng)韓籍專家指導(dǎo)，同時(shí)引進(jìn)了韓國船廠精度管理體系。該部設(shè)外業(yè)、內(nèi)業(yè)2個(gè)作業(yè)區(qū)，招聘大量精度管理員，由韓國專家進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn)，大大提高了該廠的精度管理水平。同時(shí)外高橋船廠還大力采購全站儀等精度測量儀器和工具，引進(jìn)三維測量和分析軟件，進(jìn)一步推進(jìn)了精度管理水平的提高。

隨著我國造船業(yè)的發(fā)展，各船廠都非常重視精度管理的實(shí)施，在這方面花費(fèi)了大量的人力、物力。

3 新時(shí)代造船有限公司精度管理

新時(shí)代造船有限公司自2008年開始進(jìn)行精度管理，并購置了全站儀和DACS精度管理軟件，各部門設(shè)置精度測量員負(fù)責(zé)精度控制。由于精度管理員隸屬于各生產(chǎn)部門，沒有全過程精度管理的理念，前后道信息不夠通暢，當(dāng)與生產(chǎn)進(jìn)度相矛盾的時(shí)候，精度管理往往就失去作用。精度管理僅注重現(xiàn)場測量管理，并沒有精度策劃，不重視精度全過程控制，精度測控員大多忙于測量和階段性的整改分析，這樣就導(dǎo)致了整改時(shí)間較長，控制效果不佳。

造船精度管理是一個(gè)系統(tǒng)性工程，需要策劃、實(shí)施、分析和改進(jìn)并舉。國內(nèi)很多船廠的做法都是分散性的，前道管前道、后道管后道，整個(gè)過程不具有連續(xù)性和系統(tǒng)性，前后道溝通不足，導(dǎo)致精度管理水平難以提高。但是精度管理工作的思路是需要建立貫穿船體建造精度控制全過程的精度管理模式，實(shí)施前道過程控制、管理，后道實(shí)施過程操作的作業(yè)方案，使精度管理整個(gè)過程成為一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的整體。

3.1 精度管理新體系的建立

2010年8月，為了提高公司精度管理水平，新時(shí)代造船有限公司成立了專門的精度管理部。精度管理部作為公司的職能部門，獨(dú)立于生產(chǎn)部門。該部門下設(shè)精度策劃科和精度測控科2個(gè)科室，配置相應(yīng)的精度策劃員和精度測控員，負(fù)責(zé)船體建造全過程的精度控制和管理。精度管理部組織體系圖和精度管理流程圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 精度管理部組織體系圖

精度管理部的管理從船體建造零件加工開始，到船塢總段合攏結(jié)束，負(fù)責(zé)各階段精度管理的策劃和過程實(shí)施控制。精度管理部是各部門精度實(shí)施溝通的橋梁，每周召開精度管理周例會(huì)，制定落實(shí)管理細(xì)則，協(xié)調(diào)各部門精度實(shí)施過程，推動(dòng)精度管理整體水平的提高。精度管理部對(duì)各部門制定精度管理指標(biāo)KPI，負(fù)責(zé)各部門精度實(shí)施績效的考核，同時(shí)對(duì)精度管理措施在各部門實(shí)施的情況進(jìn)行獎(jiǎng)罰，落實(shí)精度管理措施在各部門的實(shí)施。

3.2 精度管理的實(shí)施

3.2.1 以精度策劃作為先導(dǎo)，推動(dòng)精度管理實(shí)施

精度策劃是精度管理活動(dòng)實(shí)施的開始，策劃階段需根據(jù)精度管理的狀態(tài)制定階段性的精度管理措施、目標(biāo)和工藝要求。精度策劃員對(duì)船體建造各階段設(shè)置精度控制測量點(diǎn)，對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行分析，并應(yīng)用PDCA循環(huán)法則逐步優(yōu)化控制。精度策劃是新工藝實(shí)施的保證(比如肋板拉入法的實(shí)施則需要嚴(yán)密的精度策劃和控制)。下面以典型的機(jī)艙分段為例，介紹精度策劃在整個(gè)精度控制過程的實(shí)施。

圖2 精度管理流程

設(shè)計(jì)階段需根據(jù)具體的船型和建造控制經(jīng)驗(yàn)提出針對(duì)性的精度設(shè)計(jì)要求，通過模擬加工、建造法找出施工過程中的失控點(diǎn)，反饋到設(shè)計(jì)進(jìn)行圖紙修改，彌補(bǔ)設(shè)計(jì)不足。機(jī)艙分段的精度控制數(shù)據(jù)還做了以下優(yōu)化:

(1)曲面胎架數(shù)據(jù)細(xì)化，增加合攏口胎架數(shù)據(jù)。

(2)增加分段無縱向結(jié)構(gòu)的外板測量點(diǎn)，確保合攏口線型可控。

零件加工階段的策劃注重切割設(shè)備的精度管理和零件的切割精度管理。曲面板材的加工精度是策劃的重點(diǎn)，比如曲率較大、尺寸較大的外板加工采取胎架加樣板的檢驗(yàn)方法，要明確余量的設(shè)置位置等。部件的制作需要采用合理的工藝流程和作業(yè)精度補(bǔ)償措施。

分段制作階段注重過程控制管理，將分段制作的整個(gè)生命周期劃分為胎架、劃線、焊前、完工4個(gè)作業(yè)階段，針對(duì)每個(gè)階段設(shè)置管理要點(diǎn)，同時(shí)針對(duì)每一類型分段的特點(diǎn)，設(shè)置專項(xiàng)的控制要求和措施，用以提高分段制作精度。

總組、搭載階段需根據(jù)總段形式策劃各總段的控制標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)分段的實(shí)際數(shù)據(jù)優(yōu)化控制方案，設(shè)置合理的定位方案。為提高搭載速度，總段需要策劃無余量吊裝控制方案，利用模擬搭載技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無余量搭載，縮短建造周期。

3.2.2 重視精度測控管理模式的創(chuàng)新

日本船廠依靠員工的高素質(zhì)和自覺性實(shí)施自主控制和整改，取得了精度控制的可靠性，從而不配置專業(yè)的精度測控員，僅配置少數(shù)精度管理人員。

我們的管理方法是將建造過程分為前道和后道2個(gè)階段進(jìn)行控制。前道為零件加工和分段建造階段，主要進(jìn)行過程檢驗(yàn)和管理。精度測控員負(fù)責(zé)現(xiàn)場的測量和監(jiān)督檢查，根據(jù)公司精度管理目標(biāo)和統(tǒng)一策劃要求，將產(chǎn)品精度控制在設(shè)計(jì)精度范圍之內(nèi)。通過精度測控員的檢查控制和考核，對(duì)每個(gè)階段進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，使得作業(yè)人員在作業(yè)過程中產(chǎn)生的缺陷在該階段得以進(jìn)行修復(fù)，嚴(yán)禁將不合格品流入下一道工序。

后道為總組、搭載階段，由精度測控員實(shí)施定位和管理。整個(gè)定位過程以精度測控員為主，總段的定位順序、方法和數(shù)據(jù)嚴(yán)格按照策劃方案進(jìn)行，推動(dòng)了嚴(yán)格按照“標(biāo)準(zhǔn)一次性作業(yè)”合格理念的實(shí)施。

3.2.3 重視精度分析和改進(jìn)

精度策劃還需重視數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和問題分析。通過前期策劃、后期統(tǒng)計(jì)，建立數(shù)學(xué)模型，找出影響精度問題的關(guān)鍵因素，優(yōu)化控制方案，逐步提高前道的精度控制水平，完善精度控制技術(shù)。

雙曲外板的線型加工通過對(duì)常出問題的板材跟蹤、分析，制定改進(jìn)方案;外板加工 和上胎合格率均突破80%，使得艏艉分段外板線型得到明顯改善，改變以往以折代曲的現(xiàn)象。

分段設(shè)計(jì)補(bǔ)償量得到優(yōu)化，貨艙分段已采用補(bǔ)償量設(shè)計(jì)方案，將設(shè)計(jì)余量改為補(bǔ)償量。分段補(bǔ)償量設(shè)置如圖3所示。

圖3 分段補(bǔ)償量設(shè)置

重視精度改進(jìn)過程還可以收集到比如反變形量、焊接收縮量等數(shù)據(jù)，更加有利于精度設(shè)計(jì)。

3.3 精度管理取得的成績

通過以上精度管理方案的實(shí)施，目前公司的精度管理水平有較大提高。精度管理水平的提高促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提高，保證了新工藝和工法的實(shí)施。

3.3.1 船塢周期得到明顯縮短

通過以上精度管理方案的實(shí)施，公司精度管理水平逐步提高，船塢周期大幅縮短，首條建造的VLCC油輪塢期實(shí)現(xiàn)了90天的目標(biāo)。

3.3.2 船塢總段搭載合格率穩(wěn)步提高

通過對(duì)公司2011～2012年各塢期合格率統(tǒng)計(jì)，搭載合格率由2011年的36%上升到2012年的94%，精度管理水平的提高促進(jìn)了公司生產(chǎn)效率的提高。

3.3.3 各塢期較大精度問題發(fā)生數(shù)量大幅降低

通過精度管理措施的實(shí)施，較大精度問題發(fā)生數(shù)量明顯降低。2012年連續(xù)兩塢期實(shí)現(xiàn)較大精度事故為“0”的成績。

3.3.4 有利于新工藝的實(shí)施

精度管理水平的提高，保證了新工藝、工法的成功實(shí)施，如水底分段肋板拉入法、C型總段的總組搭載方案和嵌入式分段的無余量吊裝方案等。

4 結(jié)語

造船精度管理作為現(xiàn)代造船模式的一項(xiàng)關(guān)鍵、核心技術(shù)，目前還處于起步摸索階段，精度的管理水平嚴(yán)重制約了我國造船效率和造船質(zhì)量。日韓造船精度管理模式并不適合我國造船管理，不能盲目移植，要結(jié)合推進(jìn)建立現(xiàn)代造船模式的轉(zhuǎn)模工作研究，探索出適合我國國情的造船精度管理技術(shù)，形成一套合理、適用的精度管理體系，使我國的造船產(chǎn)業(yè)朝高端發(fā)展，從造船大國轉(zhuǎn)變成造船強(qiáng)國。

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