造船精度補(bǔ)償數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析

鄒永林　陳智雄

(廣船國(guó)際工法部)

造船精度補(bǔ)償數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析

鄒永林陳智雄

(廣船國(guó)際工法部)

本文通過對(duì)分段完工三維數(shù)據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合分段制作流程，提出針對(duì)分段制作的精度控制措施和精度補(bǔ)償優(yōu)化方案。

數(shù)理統(tǒng)計(jì)精度控制補(bǔ)償

0　引言

隨著全站儀在分段完工精度檢測(cè)中的應(yīng)用，伴隨產(chǎn)生分段三維數(shù)據(jù)精度報(bào)表。每個(gè)分段都有幾百個(gè)數(shù)據(jù)，全船就有成千上萬數(shù)據(jù)。如此龐大的數(shù)據(jù)一直沉睡在電腦硬盤中，沒有合理利用。最初每條船型所設(shè)計(jì)的《精度管理方案》中分段完工精度布置圖，是否符合本廠實(shí)際生產(chǎn)能力，沒有綜合評(píng)估?，F(xiàn)收集數(shù)據(jù)、有效分類篩選，通過合理的科學(xué)換算，完成樣本的選取。再利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)樣本進(jìn)行計(jì)算；結(jié)合船舶建造流程，對(duì)比實(shí)際建造精度，分析精度補(bǔ)償效果，對(duì)其合理性加于綜合評(píng)估，優(yōu)化精度管理方案。

本文以82000DWT散貨船型無余量下料率最高的貨艙區(qū)域分段為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出分段完工精度數(shù)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并對(duì)比驗(yàn)證完工補(bǔ)償量；同時(shí)預(yù)測(cè)型船主尺度的總體目標(biāo)，將實(shí)際建造數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)產(chǎn)生偏差的原因進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，提出控制措施。

1　數(shù)據(jù)采集及樣本選取

選取此船型其中四條船1#～4#的所用分段，以底部為類說明。

底部分段所涉及的精度補(bǔ)償尺寸是內(nèi)外底板的長(zhǎng)度L和寬度B。原始數(shù)據(jù)采樣：長(zhǎng)度方向?yàn)槊總€(gè)分段內(nèi)底板從實(shí)際分段完工全站儀測(cè)量的三維數(shù)據(jù)中艏端抽取5個(gè)偏差值，以及對(duì)應(yīng)的艉端5個(gè)偏差值(抽取點(diǎn)一般要包含為中心點(diǎn)和邊縱桁交點(diǎn))：

X1i，X2i（i=1,2,3,4,5）

計(jì)算得分段內(nèi)底板長(zhǎng)度5個(gè)偏差值：

計(jì)算平均值；

與所設(shè)計(jì)的補(bǔ)償量δ對(duì)比偏差：

同理每個(gè)分段可以得到內(nèi)外底寬度對(duì)比偏差：

得：分段完工精度偏差，分段完工長(zhǎng)度包含了補(bǔ)償量，而完工長(zhǎng)度減去補(bǔ)償量正好反應(yīng)了分段完工精度，即Ld和為此樣本值；和理論值是為0，可以分析數(shù)據(jù)分散程度，即它的分布正好反應(yīng)了數(shù)據(jù)的一個(gè)分散程度。型船主尺度的總體目標(biāo)預(yù)測(cè)，底部段長(zhǎng)度相加最能代表船體主尺度的總長(zhǎng)度，因此現(xiàn)以底部分段外底板為樣本值分析。而型寬和型深此次數(shù)據(jù)無代表性樣本，暫不做分析。

2　數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析

2.1分段完工精度

2.1.1長(zhǎng)度樣本采集

采集數(shù)據(jù)見表1。

表1　底部分段長(zhǎng)度樣本數(shù)據(jù)

核查發(fā)現(xiàn)：出現(xiàn)-2、-1、10、11、12等偏差值較大的分段大都分布在D023、D032和D033；其中D023和D032內(nèi)底存在橫向焊縫拼接，長(zhǎng)度偏差較大，D033艏端帶有余量需切割，存在切割誤差，因此這些屬于偶爾誤差，剔除樣本，重新統(tǒng)計(jì)樣本分布如下。

2.1.2長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)計(jì)算分布

如前述，剔除偶爾誤差后對(duì)底部分段的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，如圖1所示。

圖1　底部分段長(zhǎng)度偏差分布圖

求樣本算術(shù)平均值：

樣本方差值：

表2　長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比表

2.1.3寬度樣本分析

用前節(jié)類似方法對(duì)寬度方向精度進(jìn)行分析，圖2反映了寬度偏差分布。

圖2　底部分段寬度偏差分布圖

分布圖顯示數(shù)據(jù)較離散，經(jīng)核查，兩側(cè)偏差平均值較大的分段，沒有特殊的原因，寬度方向除存在下料誤差、切割損耗和焊接收縮外，比長(zhǎng)度方向多一項(xiàng)拼板誤差，導(dǎo)致誤差累積較大，屬于系統(tǒng)誤差，不做偶然誤差處理。

2.1.4對(duì)比分析

從底部分段長(zhǎng)度和寬度對(duì)比來看，只需同一分段，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果能直接分析兩種方向上存在的差異，對(duì)應(yīng)的工序不同，所產(chǎn)生的影響的差別。

2.2型船主尺度

全船總共15個(gè)環(huán)形段，艉部機(jī)艙占3個(gè)，受軸系約束，長(zhǎng)度尺寸不能偏差；艏部只有一個(gè)；貨艙占11個(gè)，也是無余量率制造的集中區(qū)域，尺寸的偏差直接影響全船主尺度偏差。因此以貨艙總長(zhǎng)代表型船主尺度長(zhǎng)度方向。上述已對(duì)分段完工數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)一分析標(biāo)準(zhǔn)方差，在主尺度方面需要進(jìn)行串聯(lián)，根據(jù)實(shí)際使用點(diǎn)選取樣本。

根據(jù)數(shù)據(jù)采集并計(jì)算，得到如表3所示的樣本。

2.2.2計(jì)算預(yù)測(cè)總長(zhǎng)

單一分段到船體完工，其中包括裝配和焊接兩個(gè)過程，對(duì)應(yīng)的精度影響因素就是裝配間隙和焊接收縮量，因此在計(jì)算總長(zhǎng)時(shí)必須考慮。另外此型船在貨艙與艏部對(duì)接補(bǔ)償需扣除，計(jì)算結(jié)果見表4。

對(duì)比圖見圖3。

2.2.3結(jié)果分析

預(yù)測(cè)總長(zhǎng)符合要求，分段長(zhǎng)度補(bǔ)償量設(shè)計(jì)符合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)；搭載完工后，與預(yù)測(cè)出現(xiàn)偏差大，主尺度總長(zhǎng)偏短；從偏差量來看，1#超出公差不能接收，其他船在預(yù)測(cè)接收范圍內(nèi)。

表3　底部分段長(zhǎng)度樣本數(shù)據(jù)

表4　貨艙總長(zhǎng)值表

圖3　貨艙總長(zhǎng)對(duì)比圖

2.2.4影響因素分解

對(duì)影響搭載完工主尺度總長(zhǎng)偏短的因素進(jìn)行分解，見圖4。

圖4　主尺度偏差因素分解圖

對(duì)5個(gè)末端因素逐一進(jìn)行詳細(xì)分析、確認(rèn)具體如下：

①焊接收縮大：精度策劃時(shí)設(shè)計(jì)焊接收縮釋放值為4mm，而現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研焊接收縮平均值只有3m，此因素可以排除；②分段焊接間隙偏小：精度策劃時(shí)設(shè)計(jì)焊接間隙釋放值為6mm，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際焊接間隙為6～ 12mm，此因素也不存在；③分段完工長(zhǎng)度偏短：統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示分段完工長(zhǎng)度算術(shù)平均值為3.6mm，可以排除；④分段角尺偏差大。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示見表5。

表5　貨艙總長(zhǎng)值表

從此數(shù)據(jù)來看分段角尺問題導(dǎo)致需修割的情況約占80%；

⑤現(xiàn)場(chǎng)修割過量：沒有具體實(shí)際數(shù)據(jù)支撐，按上述分析應(yīng)占20%。

2.2.5主要原因分析

對(duì)1#船的分段角尺偏差大成為主要原因進(jìn)一步分析：

從分段建造過程反推分為：框架扣蓋、大板拼板、板材下料、設(shè)計(jì)尺寸。

圖5　主要因素二次分解圖

設(shè)計(jì)尺寸問題：設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)底板是考慮雙絲CO2焊，外底板為CO2襯墊焊，設(shè)計(jì)尺寸內(nèi)外底長(zhǎng)度不一，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作不符，現(xiàn)已調(diào)整；二是引弧板切割不平，現(xiàn)場(chǎng)手工切割質(zhì)量差導(dǎo)致凹陷，現(xiàn)已調(diào)整，要求先劃線，再使用半自動(dòng)小車切割；拼板存在問題的記錄，但數(shù)據(jù)不全面，暫無統(tǒng)計(jì)分析；下料數(shù)據(jù)有記錄，無統(tǒng)計(jì)；分段大組扣蓋，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研對(duì)合線偏差在±4mm，符合要求。

2.2.6處理措施及應(yīng)用結(jié)果

1#船精度補(bǔ)償設(shè)計(jì)值不符合要求，相應(yīng)主尺度也超出公差范圍，現(xiàn)場(chǎng)修割余量達(dá)110mm多，調(diào)整設(shè)計(jì)方案；2#船以后根據(jù)優(yōu)化方案，精度補(bǔ)償設(shè)計(jì)值符合要求，主尺度有偏差但在可控范圍內(nèi)，修割余量也只有40mm多，相對(duì)減少了63%左右。

2.3統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

通過對(duì)分段完工精度和型船主尺度統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，工序誤差的累積對(duì)數(shù)據(jù)采集和最終結(jié)果有一定的影響，過程分析可以有效發(fā)現(xiàn)問題原因所在，對(duì)精度管理補(bǔ)償量方案的改進(jìn)有較好的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)改進(jìn)措施對(duì)造船精度有明顯的提升。

3　結(jié)束語

在船舶建造過程中，大量三維數(shù)據(jù)有效運(yùn)用，不能完全參考理論計(jì)算及數(shù)據(jù)直觀反映結(jié)果，需要結(jié)合各公司的生產(chǎn)模式、工序管理、施工作業(yè)流程等各方面因素，對(duì)其計(jì)算數(shù)據(jù)中間數(shù)據(jù)和結(jié)果反復(fù)推敲，找出數(shù)據(jù)反映真實(shí)的現(xiàn)象。精度造船質(zhì)量在現(xiàn)代化造船模式下標(biāo)準(zhǔn)一直在提高，對(duì)精度管理水平要求也一直在提高。本文探討精度補(bǔ)償分析只是拋磚引玉，望后續(xù)能有更多的相關(guān)建議提出，從而更好地提高精度管理水平。

[1]黃浩.船體工藝手冊(cè)，國(guó)防工業(yè)出版社，1989。

[2]盛驟.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)，上海交通大學(xué)出版社，2006。

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.01.004

鄒永林（1986--），男，助理工程師，船舶制造。

陳智雄（1982--），男，工程師，船舶制造。

（2015-12-31）