船體3D方式精度管理關(guān)鍵點(diǎn)研究

代飛

船體3D方式精度管理關(guān)鍵點(diǎn)研究

代飛

（上海交通大學(xué)，船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海200030）

主要對3D方式的精度管理方法進(jìn)行簡單研究，通過對3D精度管理的簡介，輔以基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)點(diǎn)的原理與工藝說明，明確3D精度關(guān)鍵控制點(diǎn)與控制方法，明確基準(zhǔn)面分析的優(yōu)勢，論證3D方式精度管理模式在產(chǎn)品建造中對船體精度與生產(chǎn)效率的良性幫助。

精度管理；3D方式；基準(zhǔn)點(diǎn)；基準(zhǔn)面

船舶制造作為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，在整個(gè)施工過程中需要耗費(fèi)大量的勞動(dòng)力。作為世界造船大國而非造船強(qiáng)國，中國造船產(chǎn)業(yè)想在世界范圍內(nèi)提升競爭力，就必須果斷優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)與方法，尋求更佳的發(fā)展出路?？茖W(xué)、可行的精度管理技術(shù)是一門綜合性、系統(tǒng)性的科學(xué)，通過對船體建造全過程進(jìn)行系統(tǒng)地精度控制與管理，不僅可以提升產(chǎn)品品質(zhì)，更可以通過規(guī)范流程、制定制度、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等管理方式，科學(xué)地提高生產(chǎn)效率，縮短建造周期，降低產(chǎn)品不良返工率，實(shí)現(xiàn)成本控制。在如今新造船行業(yè)大環(huán)境下，良好的精度管理技術(shù)可以快速提升企業(yè)的競爭力。

1 船體3D精度管理及其與2D方式的主要區(qū)別

2D精度管理，主要工作為“測量”，無法實(shí)現(xiàn)各階段生產(chǎn)工作的有效銜接，導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)的過程中可能會發(fā)生影響正確性與精密度的獨(dú)立性“精度合格”，但是相鄰產(chǎn)品存在交互的逆向誤差，最終導(dǎo)致相類似的問題重復(fù)發(fā)生，累計(jì)誤差普遍存在等現(xiàn)象，引發(fā)修正作業(yè)，生產(chǎn)效率低下。這類不完整精度管理體系不但不能體現(xiàn)出精度管理的成果，更難以實(shí)現(xiàn)通過先進(jìn)技術(shù)提升管理水平。造船精度管理技術(shù)需要解決的一個(gè)重要課題就是如何通過良好的過程控制與誤差消除，實(shí)現(xiàn)全工序的有效銜接管理，來解決在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生相鄰累積精度不良等問題，即“3D精度管理技術(shù)”。

2D與3D方式的主要區(qū)別在于，2D精度技術(shù)是在各個(gè)工序中將誤差分散，不能將問題充分暴露，3D方式精度管理，可以將所有精度不良問題按照各工序要求充分暴露，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要選擇最合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行修正，從而杜絕產(chǎn)生累積誤差與精度不良。

2 基準(zhǔn)理論是3D方式精度管理重要方法

2.1 明確基準(zhǔn)，制定精度管理基準(zhǔn)書與精度檢查單

3D精度控制工作的重中之重，是制定精度管理全過程施工的“法律”，在精度管理基準(zhǔn)書中明確規(guī)定：船體從下料開始，直至搭載結(jié)束每個(gè)分段的基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)點(diǎn)，明確各個(gè)階段精度管理關(guān)鍵控制點(diǎn)及控制難點(diǎn)等，施工人員則需要按基準(zhǔn)進(jìn)行施工、過程控制及最終精度驗(yàn)收。精度作業(yè)基準(zhǔn)書作為各階段工作的作業(yè)指導(dǎo)，主要用于施工輔助、過程控制及預(yù)防管理，輔助進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的銜接管理。

要實(shí)現(xiàn)精度管理結(jié)果的判定與交接，需要根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品來制定各工序的檢查項(xiàng)目與檢查記錄表，即《精度檢查單》。在檢查單填寫過程中，應(yīng)遵循基準(zhǔn)分析原則，確認(rèn)基準(zhǔn)①、②、③三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)作為測量與分析基準(zhǔn)點(diǎn)。其中，基準(zhǔn)點(diǎn)的選取應(yīng)以單個(gè)分段為基本單位，根據(jù)最終大合攏狀態(tài)確定，多選取為分段對合面端面上與對合分段直接接觸面上不易產(chǎn)生形變的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，后根據(jù)基準(zhǔn)書要求將三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的三維基準(zhǔn)坐標(biāo)置0匹配后進(jìn)行誤差分析，以確認(rèn)最終問題，進(jìn)行判定與修正。

2.2 基準(zhǔn)的定義

所謂基準(zhǔn)，是船體從設(shè)計(jì)開始直至主船體全船貫通整個(gè)建造過程中所需要遵守的建造起始準(zhǔn)則，基準(zhǔn)以船體分段為基本單位，每個(gè)分段根據(jù)最終船臺大合攏狀態(tài)，確定三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)兩兩連線后在船體基礎(chǔ)坐標(biāo)系中構(gòu)成基準(zhǔn)面（X、Y、Z方向），最終依照基準(zhǔn)明確各個(gè)階段船體制造的劃線順序、裝配建造順序、過程控制標(biāo)準(zhǔn)及最終搭載基礎(chǔ)。

基準(zhǔn)的統(tǒng)一在整個(gè)環(huán)節(jié)中起到承上啟下的作用，由于精度管理工作覆蓋了從船體設(shè)計(jì)開始的整個(gè)建造流程，因此各個(gè)階段的基準(zhǔn)也必須統(tǒng)一，即從設(shè)計(jì)開始的各環(huán)節(jié)精度控制，都應(yīng)該遵循最終大合攏基準(zhǔn)，根據(jù)大合攏順序來反推各階段基準(zhǔn)，并在實(shí)際生產(chǎn)施工時(shí)按照反推基準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)。

2.3 基準(zhǔn)點(diǎn)與基準(zhǔn)面的設(shè)置原則

根據(jù)實(shí)際中組、搭載順序，在船體余量設(shè)計(jì)階段應(yīng)將基準(zhǔn)面端面設(shè)計(jì)為無余量端面，確保自由端為無余量端，這樣可以確保在相應(yīng)中組、搭載時(shí)控制產(chǎn)品的完工數(shù)據(jù)能夠直觀、準(zhǔn)確的進(jìn)行測量。對基準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)設(shè)定為基準(zhǔn)面端面上與對合分段直接接觸面上的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（坐標(biāo)方向上不易產(chǎn)生形變的坐標(biāo)點(diǎn)），以確保分段不會因?yàn)楣?jié)點(diǎn)變形及位置偏差造成測量分析數(shù)據(jù)偏差。

任意分段都需要明確三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，以雙層底底邊艙分段為例，對基準(zhǔn)點(diǎn)①、②、③的確定規(guī)則如下：

（1）基準(zhǔn)點(diǎn)①為第一基準(zhǔn)點(diǎn)。船體各工序建造及測量分析時(shí)，應(yīng)確保其在船體坐標(biāo)系中與設(shè)計(jì)坐標(biāo)偏差調(diào)整為[X=0/Y=0/Z=0]，即此點(diǎn)用于定位分段在船體坐標(biāo)系中的整體位置。

（2）基準(zhǔn)點(diǎn)②為第二基準(zhǔn)點(diǎn)。在偏差調(diào)整時(shí)，第一基準(zhǔn)點(diǎn)已經(jīng)確定分段的三維位置，第二基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)與船體坐標(biāo)值同步設(shè)置，取一個(gè)變量X≠0[X：？/Y= 0/Z=0]。通過基準(zhǔn)點(diǎn)②的設(shè)置，可將分段前后位置[X]與半寬[Y]進(jìn)行固定，此時(shí)對于分段自身的其它精度控制點(diǎn)，除高度方向[Z]外，均為以基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的誤差。

（3）在前后位置[X]及半寬[Y]確定后，固定基準(zhǔn)點(diǎn)③，分段將實(shí)現(xiàn)與船體坐標(biāo)系的基準(zhǔn)匹配。通過基準(zhǔn)①與基準(zhǔn)②的調(diào)整，基準(zhǔn)③僅有高度方向[Z]為可變量，故應(yīng)將此點(diǎn)Z方向調(diào)整至Z=0[X：？/Y：？/Z= 0]，X與Y值則為建造誤差。

按照上述原則，確定每個(gè)分段基準(zhǔn)點(diǎn)后進(jìn)行分析，分段上各個(gè)測量點(diǎn)理論偏差都應(yīng)為0，由于在建造過程中存在各類偏差，實(shí)際不一定為0.若偏差值小于精度標(biāo)準(zhǔn)要求，視為精度合格，超差則應(yīng)立即修正后，方可向后流轉(zhuǎn)。

2.4 基準(zhǔn)面分析方式的特點(diǎn)

相對于傳統(tǒng)誤差分析方式，采用3D基準(zhǔn)理論對分段進(jìn)行精度分析主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

（1）船體建造全盤統(tǒng)籌，基準(zhǔn)統(tǒng)一。通過明確的基準(zhǔn)面理論，做到船體建造各個(gè)工序施工順序的有效統(tǒng)一，從而最大程度的減少累積誤差與對合口反向誤差的產(chǎn)生，并可以更直觀、更明確的進(jìn)行過程控制。

（2）放大誤差，及時(shí)修正，實(shí)現(xiàn)中間產(chǎn)品逐道合格，有效地實(shí)現(xiàn)各個(gè)工序制造誤差放大化暴露，便于逐道消除誤差，實(shí)現(xiàn)各階段產(chǎn)品“中間產(chǎn)品化”，確保各工位之間流轉(zhuǎn)的產(chǎn)品均能滿足精度標(biāo)準(zhǔn)，降低船體總裝階段誤差的累積與不可逆修正。

（3）降低對精度人員技能的要求，實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”精度管理。通過基準(zhǔn)理論進(jìn)行分析后，對船體三維誤差可以明確顯示，不再需要依賴經(jīng)驗(yàn)豐富的精度人員依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判定調(diào)整，現(xiàn)場施工人員與精控員可以直接根據(jù)分析結(jié)果定量調(diào)節(jié)修正，降低對專業(yè)人員的依賴程度。

（4）便于通過實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比對后利用偏差值直觀進(jìn)行模擬搭載，降低對模擬搭載軟件等工具的依賴度。

（5）結(jié)合模擬搭載結(jié)果，以基準(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化定位，避免了因追求分段對合口線型及精度合格，而放棄總段、整船的精度的現(xiàn)象，可推進(jìn)總裝階段標(biāo)準(zhǔn)化快速定位。

3 制定管理制度，開展精度控制人員技能培養(yǎng)與制度化管理

3D精度管理技術(shù)的推行與執(zhí)行力密切相關(guān)。精度管理工作在明確了施工基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了無余量設(shè)計(jì)的同時(shí)，必須制定相應(yīng)的管理制度，通過教育與考核的方式來引導(dǎo)現(xiàn)場精度工作按規(guī)定執(zhí)行落實(shí)，最終發(fā)揮時(shí)效性。對于精度管理工作中“人”的管理，必須圍繞三點(diǎn)建立相應(yīng)制度，即自主管理制度、精度檢查制度、精度評價(jià)制度，把精度檢查與精度標(biāo)準(zhǔn)預(yù)植于過程管理與預(yù)防管理之中，通過制度化管理，獲得生產(chǎn)效率大幅度提升。

4 結(jié)束語

3D方式精度管理是今后造船精度管理工作的發(fā)展方向，本文對于船體建造過程中的3D精度基準(zhǔn)面理論與方法進(jìn)行了簡單的介紹，明確了相對傳統(tǒng)2D精度控制方法，3D基準(zhǔn)點(diǎn)精度管理分析理論的優(yōu)勢，闡述了基準(zhǔn)理論對船體精度管理在數(shù)據(jù)傳遞、問題點(diǎn)暴露、累積誤差的消除等方面的重要性，明確了其對于提升產(chǎn)品品質(zhì)提高工作效率的積極作用。

The Study of 3D Accuracy Management Key Points In Shipbuilding

DAI Fei
（School of Naval Architecture and Ocean Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai200030，China）

This article is a simply research about the 3D methods accuracy management in shipbuilding.Follow the introduce about 3D method accuracy management，accompany by datum plane/line concepts to confirm the key points and process，confirm the advantage of 3D method，to demonstrate this method is helpfully for shipbuilding products accuracy and work efficiency.

accuracy management；3D method；datum plane；datum line

U671

A

1672-545X（2017）02-0235-02

2016-11-12

代飛（1985-），男，山東青島人，中級工程師，本科，主要從事精度管理工作與研究。