船體分段模擬建造實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開發(fā)*

談華軍 趙 潔

(武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065)

船體分段模擬建造實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開發(fā)*

談華軍 趙 潔

(武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065)

分段建造是船舶建造的重要組成部分，也是船舶工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。長(zhǎng)期以來，由于受校內(nèi)實(shí)訓(xùn)設(shè)備、場(chǎng)地條件、材料成本、操作安全等多種因素的影響，校內(nèi)分段建造技能的訓(xùn)練一直很難開展，極大制約了學(xué)生對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐技能的提高。因此，在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)加強(qiáng)船體分段模擬建造技術(shù)的探研，做好分段模擬建造訓(xùn)練項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開發(fā)，對(duì)提高船舶工程技術(shù)專業(yè)整體教學(xué)效果具有十分重要的意義。

船體分段；模擬建造；教學(xué)成本；項(xiàng)目設(shè)計(jì)

分段和總段建造是船體裝配工藝程序中的重要組成部分。在裝配時(shí)，工藝程序的合理與否，直接影響分段建造質(zhì)量、裝配操作的難易、分段變形的大小、建造周期的長(zhǎng)短等，[1]很多造船企業(yè)都急需分段建造方面的技術(shù)人才。作為職業(yè)院校，在教學(xué)過程中要以市場(chǎng)為導(dǎo)向，加強(qiáng)船體分段建造方面的教學(xué)研究，開展基于船體分段建造實(shí)際生產(chǎn)過程的模擬實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開發(fā),讓學(xué)生在校內(nèi)就能進(jìn)行分段建造的模擬訓(xùn)練，提高學(xué)生分段建造的實(shí)踐操作技能，滿足企業(yè)的用人需求。這不但可以降低實(shí)踐教學(xué)成本，提高實(shí)訓(xùn)效果,也有利于實(shí)踐教學(xué)工作的有效開展。

1 船體分段建造技能訓(xùn)練在校內(nèi)難以開展的原因

1.1 場(chǎng)地設(shè)備條件有限

船體分段建造不但需要較為寬闊的場(chǎng)地，也需要行車、胎架、各種加工機(jī)械、裝配工具、專業(yè)吊裝運(yùn)輸?shù)榷喾N裝備，一般職業(yè)院校很難具備這些條件。

1.2 實(shí)訓(xùn)成本昂貴

船體分段由大量鋼板、型材通過復(fù)雜的加工裝配焊接而成,材料成本十分昂貴。以一個(gè)100噸的小型船舶分段為例，光鋼材費(fèi)用就需幾十萬元，就是按小比例進(jìn)行船體分段建造訓(xùn)練也需較高的實(shí)訓(xùn)成本。所以，在校內(nèi)用鋼材進(jìn)行船體分段建造訓(xùn)練不太現(xiàn)實(shí)。

1.3 實(shí)訓(xùn)安全隱患較多

船體分段建造是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)工作，作業(yè)面大，存在立體作業(yè)、交叉作業(yè)、高空作業(yè)等復(fù)雜情況，工作安全環(huán)境較差。[2]特別是在分段吊裝、合攏的過程中，學(xué)生如果沒有經(jīng)過嚴(yán)格的安全技術(shù)教育和專門的培訓(xùn)很容易發(fā)生安全事故。

總之，在校內(nèi)進(jìn)行真實(shí)的船體分段建造實(shí)訓(xùn)，不論是場(chǎng)地設(shè)備條件、實(shí)訓(xùn)成本、實(shí)訓(xùn)安全性等方面都存在較大問題，不具備可行性。開發(fā)模擬仿真的分段建造訓(xùn)練方法，比較符合現(xiàn)階段教學(xué)工作的實(shí)際需要。

2 船體分段模擬建造實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的思路

船體分段模擬建造實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)以低成本、高安全性、學(xué)生容易上手操作為原則，通過模擬船體分段構(gòu)件放樣、號(hào)料與下料、構(gòu)件成形加工、部件裝配、分段裝配、總段合攏等船舶建造生產(chǎn)過程的實(shí)踐，讓學(xué)生了解船舶建造的工藝流程，掌握各流程的操作技能，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，為以后的專業(yè)學(xué)習(xí)和企業(yè)頂崗實(shí)訓(xùn)打下良好的基礎(chǔ)。

2.1 材料的選用

為最大限度地降低實(shí)訓(xùn)成本，方便下料、成形加工、裝配等實(shí)訓(xùn)操作，在模擬訓(xùn)練中用硬紙板代替鋼板，可大大節(jié)約實(shí)訓(xùn)材料成本。

2.2 工具的選用

根據(jù)硬紙板的特性，劃線工具可用鉛筆、鋼直尺、圈尺、樣條等。下料工具可用手工剪刀、裁紙刀代替切割機(jī)。焊接工具可用502速干膠水代替焊機(jī)，可將硬紙板制作的船體構(gòu)件快速拼接起來。由于用硬紙板制作的船體分段重量很輕，在分段合攏時(shí)也不需要專用吊具，整個(gè)模擬建造實(shí)訓(xùn)工具成本較低。

3 船體分段模擬建造實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的選擇

船體分段模擬建造項(xiàng)目的選擇應(yīng)與《船舶結(jié)構(gòu)模型制作》等實(shí)訓(xùn)課程緊密結(jié)合，根據(jù)實(shí)訓(xùn)時(shí)間的長(zhǎng)短合理制定模擬建造目標(biāo)。由于船體艏艉分段線型復(fù)雜，在放樣過程中線型修正所用時(shí)間較長(zhǎng)，構(gòu)件的下料加工難度也較大，沒有兩周左右的時(shí)間很難完成建模工作。鑒于一周的實(shí)訓(xùn)時(shí)間，在船體分段模擬建造時(shí)，可選擇線型較為平緩的中部船體總段作為模擬建造對(duì)象(如圖1)。

圖1 12500噸多用途散貨船中部總段模型

根據(jù)船體分段模擬建造工藝的實(shí)施主體特點(diǎn)及實(shí)訓(xùn)基地的現(xiàn)有條件，以典型實(shí)船12500噸多用途散貨船為目標(biāo)，選擇該船的#60-#115+500船體中部總段進(jìn)行建模。在模擬建造過程中，以船體中部貨艙區(qū)域#60-#115+500的基本結(jié)構(gòu)圖、中橫剖面圖、節(jié)點(diǎn)圖等圖紙真實(shí)的圖樣和《鋼質(zhì)海船建造與入級(jí)規(guī)范》《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則》等規(guī)范為教學(xué)材料依據(jù)，按照1:20的比例，嚴(yán)格按照分段建造的工藝流程，在船舶工程技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地放樣實(shí)訓(xùn)室，組織實(shí)習(xí)學(xué)生來完成船體中部總段的模擬建造訓(xùn)練工作。

由于該船體總段結(jié)構(gòu)典型，各種分段類型齊全，通過模擬建造訓(xùn)練有利于學(xué)生全方位深入了解雙層底、底邊水艙、舷側(cè)、甲板、橫艙壁等多種分段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其放樣、下料、成形加工、裝配、合攏等工作流程，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生綜合實(shí)踐能力的不斷提高。

4 船體總段模擬建造程序的設(shè)計(jì)

在模擬建造訓(xùn)練時(shí)，為達(dá)到理想的訓(xùn)練效果，必須以船舶建造的實(shí)際工作流程為藍(lán)本，對(duì)整個(gè)模擬建造程序進(jìn)行全仿真的精心設(shè)計(jì)，使之完全與船廠的實(shí)際工作同步，努力營(yíng)造逼真的工作環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)興趣。

4.1 船體總段模擬建造任務(wù)的劃分

船體總段由底部分段，左、右舷側(cè)，艙壁分段，甲板分段以及舾裝件等組合而成，[3]其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)量多，時(shí)間緊，加工裝配難度較大，在模擬建造時(shí)不可能一個(gè)個(gè)地去完成。建造前必須將每個(gè)分段建造任務(wù)，按難易程度和工作量大小科學(xué)合理地分配到班級(jí)不同的小組或個(gè)人同時(shí)開工進(jìn)行，否則整個(gè)總段建造任務(wù)很難按時(shí)完成，從而影響實(shí)訓(xùn)效果和分段模擬建造工作的完整性。因此，在分組建模過程中可以參照船廠的進(jìn)度管理方法，嚴(yán)格控制各小組的工作進(jìn)度，統(tǒng)一安排放樣、號(hào)料、下料、成形加工、分段裝配、總段合攏等各階段時(shí)間節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)整個(gè)模型建造進(jìn)度流程，以此培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

4.2 模型零件的放樣號(hào)料和下料

(1)模型零件的放樣號(hào)料。以12500噸多用途散貨船的#60-#115+5001:20比例的肋骨型線圖為基準(zhǔn)，劃出內(nèi)底板邊線、肋板邊線、舷側(cè)內(nèi)板線、舷側(cè)平臺(tái)、縱骨，中桁材、旁桁材、梁拱曲線等重要內(nèi)部結(jié)構(gòu)線。再根據(jù)該圖分別做出每個(gè)肋位橫向構(gòu)件樣板(肋板、肘板、橫梁等)及縱向構(gòu)件樣板(縱骨、中桁材、旁桁材、舷側(cè)平臺(tái)、內(nèi)底板、底板、甲板等)。當(dāng)模型零件強(qiáng)度達(dá)不到建模要求時(shí)，可進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或替換(如球扁鋼可換成角鋼等)。由于模型制作比例較小，肋板人孔的形狀尺寸太小會(huì)影響模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)裝配焊接時(shí)，可在保證零件強(qiáng)度的情況下對(duì)人孔尺寸進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，確保模型建造工作順利進(jìn)行。

(2)模型零件下料。在硬紙板上進(jìn)行下料加工，首先要注意安全操作，相互配合，避免傷手。如構(gòu)件相同，可用一個(gè)樣板進(jìn)行復(fù)制下料。下料時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選用適合的下料工具，如直線下料可用裁紙刀和鋼直尺配合進(jìn)行；弧線下料可用大小剪刀剪切；開肋板人孔可用分規(guī)慢慢劃出(如圖2)。

圖2肋板下料示意圖

4.3 分段零部件的加工與裝配

(1)零件的加工。分段零件下好料后，可進(jìn)行成形加工。加工主要包括縱骨(角鋼)折邊、扶強(qiáng)材折邊、開人孔和型材安裝口等。折邊加工時(shí)可用裁紙刀在材料折邊線上輕輕劃上一刀，但不能劃穿，然后將劃好的材料拿到桌子的直邊上直接用手進(jìn)行折彎，如不直可用手矯正，這樣可保證縱骨的折邊加工質(zhì)量。開人孔時(shí)可用分規(guī)將圓弧部分先慢慢劃開，直線部分用裁紙刀或剪刀開出，型材安裝口可用裁紙刀或剪刀直接開出。

(2)部件裝配。部件的裝配主要包括強(qiáng)橫梁、強(qiáng)扶強(qiáng)材、水平桁材等部件的拼裝。這些T型材的拼裝可模擬鋼質(zhì)T型材裝配方法，直的T型部件可采用倒裝法。[4]彎曲的T型材如強(qiáng)橫梁可用側(cè)裝法。先在面板中間劃出裝配線，然后將立板直接用502速干膠水與面板對(duì)線粘牢，粘好后如不垂直，可用手進(jìn)行矯正。

4.4 分段的裝配

每個(gè)分段結(jié)構(gòu)形式及零部件組成互不相同。由于同一分段可有不同的建造方法和裝焊順序，不同的分段更有各自不同的建造方法。所以在分段模擬裝配時(shí)，必須根據(jù)各個(gè)分段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合理的裝配方法。

(1)雙層底分段模擬建造程序。雙層底分段的建造方法有正造法和反造法兩種。正造法是以外底板為基準(zhǔn)面，一般在胎架上裝焊。而反造法以內(nèi)底板為基準(zhǔn)面，在平臺(tái)上建造，利用肋板、龍骨(或桁材)等縱橫骨架來保證底部線型。[5]反造法方法簡(jiǎn)單，不需胎架直接在實(shí)驗(yàn)桌上操作即可。其程序如下：①將內(nèi)底板下好后，放到實(shí)驗(yàn)桌上，劃出縱橫構(gòu)件安裝線(注意尺寸一定要準(zhǔn)確)。②先裝內(nèi)底板縱骨(用502膠水粘接)，注意方向和余量加放位置。③再裝肋板和中桁材、旁桁材。為提高雙層底分段的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體安裝效果，肋板與桁材的連接方式可以改為整體對(duì)插接方式，即接連處先裝的構(gòu)件上面開一半插接口，后裝構(gòu)件下面開一半插接口(如圖3)。這種連接方式可保證肋板與桁材都不完全斷開，不但方便結(jié)構(gòu)安裝，而且能保證分段整體強(qiáng)度和完工后的平整度，對(duì)后期的總段合攏施工十分有利。④將安裝好縱骨的底板與分段對(duì)線粘牢。⑤將經(jīng)過成形加工的舭部板與分段對(duì)線粘牢。這樣就可完成雙層底分段的模擬建造工作。

圖3雙層底分段裝配示意圖

(2)舷側(cè)分段模擬建造程序。由基本結(jié)構(gòu)圖可以看出，本船舷側(cè)分段由舷側(cè)外板、普通肋骨、強(qiáng)肋骨、舷側(cè)縱桁、頂邊艙等幾種構(gòu)件組成(如圖4)。由于本船#60-#115+500舷側(cè)分段線型平直，故以平直的舷側(cè)外板為基準(zhǔn)面，采用側(cè)造法建造，其模擬建造程序如下：①將舷側(cè)分段頂邊艙內(nèi)邊板下料并劃線折邊(可采用角鋼加工方法)；②在內(nèi)邊板上劃出縱橫構(gòu)件裝配線并放到實(shí)驗(yàn)桌上；③先裝頂邊艙內(nèi)邊板縱骨，再裝肋板使之形成小組立(如圖5)；④將外側(cè)船舷板下料，劃上縱橫構(gòu)件安裝線后放到實(shí)驗(yàn)桌上；⑤先裝舷側(cè)縱骨，再將上邊小組立與船舷板對(duì)線安裝成中組立；⑥安裝中部舷側(cè)縱桁后，再安裝下部小組立，就可完成舷側(cè)分段建造工作。

(3)橫艙壁分段模擬建造程序。橫艙壁分段是由艙壁板、扶強(qiáng)材、艙壁桁材等組成平面艙壁。其模擬建造程序如下：(1)將橫倉(cāng)壁整體下料，不留余量；(2)在橫倉(cāng)壁上劃上縱橫構(gòu)件安裝線；(3)將加工好的扶強(qiáng)材對(duì)線安裝，安裝時(shí)下面不留余量，上面留出甲板縱骨安裝高度；(4)裝水平桁材和強(qiáng)扶強(qiáng)材時(shí)(如圖6)，要注意順序，避免不必要的返工。

圖4 舷側(cè)分段結(jié)構(gòu)圖

圖5 頂邊艙小組立示意圖

圖6 橫艙壁分段裝配示意圖

(4)甲板分段模擬建造程序。甲板分段由甲板、橫梁、強(qiáng)橫梁、甲板縱桁、艙口圍板等組成。甲板梁拱曲率比較小，可采用倒裝法，進(jìn)行甲板分段建造。其模擬建造程序如下：(1)根據(jù)甲板梁拱曲線，定出甲板的平面寬度和長(zhǎng)度并下料(建議寬度方向可留5-10毫米的余量)；(2)以甲板中心線為基準(zhǔn)，利用已成形的橫艙壁分段上部扶強(qiáng)材等結(jié)構(gòu)安裝點(diǎn)來確定甲板縱構(gòu)件安裝線位置，這樣可避免后面合攏時(shí)的誤差；(3)劃出甲板縱橫構(gòu)件安裝線；(4)先裝甲板縱骨，再裝甲板橫梁等構(gòu)件，這樣就可完成甲板分段模擬建造工作(如圖7)。

4.5 船體中部總段的合攏程序

總段是主船體沿船長(zhǎng)方向劃分的，其深度和寬度等于該處型深和型寬的環(huán)形立體分段。船體中部總段一般采用正裝法建造。各個(gè)分段組裝工作必須在總段合攏之前完成?？偠魏蠑n時(shí)以底部雙層底分段為基礎(chǔ)，再依次安裝艙壁、舷側(cè)和甲板等分段(如圖8)，使之形成環(huán)形總段。其模擬建造程序如下：(1)將雙層底分段在實(shí)驗(yàn)桌上進(jìn)行定位，看平整度是否符合要求；(2)在內(nèi)底板上劃上橫艙壁、舷側(cè)分段安裝線；(3)裝橫艙壁分段時(shí)，橫艙壁分段中心線與內(nèi)底板中心線一定要對(duì)應(yīng)粘牢，并檢驗(yàn)橫艙壁垂直度；(4)橫艙壁安裝完畢，再分別安裝兩邊的舷側(cè)分段(如圖9)；(5)舷側(cè)分段安裝完畢，再安裝甲板分段(如圖10)，在安裝時(shí)甲板兩邊如有多的余量，可先割余量，再進(jìn)行安裝粘接；(6)總段組裝完成，可以檢查整體裝配質(zhì)量是否符合要求。

圖7 甲板分段裝配示意圖

圖8 船體中部總段模擬建造工藝流程示意圖

圖9 舷側(cè)分段安裝示意圖

圖10 甲板分段安裝示意圖

5 船體分段模擬建造實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)的意義

船體分段模擬建造實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目參照船舶建造的實(shí)際工作流程，在校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地，模擬船體分段的放樣、下料、加工及裝配等建造過程，其訓(xùn)練方法獨(dú)特，仿真效果好。學(xué)生能以親身體驗(yàn)的形式，深入了解常規(guī)船體分段建造工藝的流程，促進(jìn)已學(xué)船舶結(jié)構(gòu)、船舶制圖、船舶放樣等專業(yè)知識(shí)在實(shí)際中的靈活運(yùn)用，并在動(dòng)手實(shí)踐中逐步掌握船體零件放樣、號(hào)料、下料、成形加工、部件拼裝、余量加放、分段裝配、總段合攏等實(shí)踐操作技能，很好地解決過去那種學(xué)生必須去船廠才能參與船體分段裝配的訓(xùn)練難題，為學(xué)生以后專業(yè)學(xué)習(xí)和頂崗實(shí)訓(xùn)提供了寶貴的工作經(jīng)驗(yàn)。

船體分段模擬建造實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目創(chuàng)造性的以硬紙板代替鋼材，以剪刀、裁紙刀代替切割機(jī)，以502速干膠水代替焊機(jī)，在校內(nèi)組織學(xué)生進(jìn)行船體構(gòu)件加工、零部件裝配、分段裝配、總段合攏等模擬仿真訓(xùn)練，讓學(xué)生在實(shí)訓(xùn)室就能獲得與實(shí)際生產(chǎn)相同或相當(dāng)?shù)牟僮饔?xùn)練效果，避免了學(xué)生在校外實(shí)習(xí)的交通支出和安全隱患等問題，可大大降低實(shí)踐教學(xué)成本，有利于實(shí)踐教學(xué)工作的健康開展。

通過船體分段模擬建造的實(shí)踐，還可以全方位檢查學(xué)生在船體放樣、號(hào)料、鋼料加工和船體裝配等方面理論與實(shí)踐知識(shí)的掌握情況，有助于在實(shí)踐教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況及存在的問題，及時(shí)采取有效措施，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生各方面能力的不斷提升。

船體分段建造項(xiàng)目的模擬訓(xùn)練思路及教學(xué)方法，對(duì)其他課程和專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)工作有一定的借簽作用，值得在職業(yè)院校推廣。

[1]王云梯.船體裝配工藝[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,1994：145-146.

[2]趙潔，談華軍.船體分段模擬建造實(shí)訓(xùn)教學(xué)探討[J].武漢交通職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，(1)：44-47.

[3]王鴻斌.船體修造工藝[M].北京:人民交通出版社,2006：208-209.

[4]曹峰.船體裝配操作技能[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2008：114-115.

[5]華乃導(dǎo).船體修造與工藝手冊(cè)[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2000：224-226.

2015-04-23

武漢交通職業(yè)學(xué)院校級(jí)項(xiàng)目“基于國(guó)家船舶工程技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地的船體分段模擬建造技術(shù)研究”( 編號(hào)：2013qw5)。

談華軍(1967-)，男，湖北武漢人，武漢交通職業(yè)學(xué)院船舶與海洋工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，主要從事船舶工程技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)研究。 趙 潔(1983-)，女，湖北棗陽人，武漢交通職業(yè)學(xué)院船舶與海洋工程學(xué)院教師，主要從事船舶工程技術(shù)專業(yè)理論教學(xué)研究。

10.3969/j.issn.1672-9846.2015.02.019

U663

A

1672-9846(2015)02-0073-05