以總段為中間產(chǎn)品的現(xiàn)代造船模式

謝登旺， 謝文利， 林 萍， 邢東超， 李大千

(1.上海交通大學(xué), 上海 200240； 2.上海船廠(chǎng)船舶有限公司， 上海 202164)

以總段為中間產(chǎn)品的現(xiàn)代造船模式

謝登旺1,2， 謝文利2， 林 萍2， 邢東超2， 李大千2

(1.上海交通大學(xué), 上海 200240； 2.上海船廠(chǎng)船舶有限公司， 上海 202164)

研究以總段作為中間產(chǎn)品，改進(jìn)先行分段制造、預(yù)總組、單元制作、總段建造等生產(chǎn)工藝流程，以達(dá)到提高總段和下水完整性，壓縮船臺(tái)、船塢周期的目的。

造船；流程優(yōu)化；中間產(chǎn)品；總段

0 引 言

受全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇乏力、海運(yùn)貿(mào)易量低速增長(zhǎng)、新增運(yùn)力陸續(xù)釋放等因素影響，未來(lái)幾年全球造船市場(chǎng)供需矛盾仍然十分突出。在這種形勢(shì)下，抓內(nèi)部管理、抓效率提升是船企生存的有效改進(jìn)措施。

2015年5月《中國(guó)制造2025》發(fā)布，該書(shū)明確以提質(zhì)增效為中心，以新一代信息技術(shù)與制造業(yè)相融合為主線(xiàn)，以智能制造為方向，全面促進(jìn)制造型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。為切實(shí)貫徹《中國(guó)制造2025》，船舶工業(yè)以創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放和共享發(fā)展為理念，以“現(xiàn)代造船模式2.0” (簡(jiǎn)稱(chēng)“建模2.0”)為具體實(shí)踐，積極推進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)與信息互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在船舶建造中的應(yīng)用，促進(jìn)精益管理思想和理論在船舶生產(chǎn)企業(yè)的落實(shí)。

“建模2.0”是中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司(簡(jiǎn)稱(chēng)集團(tuán)公司)積極推進(jìn)兩化融合、主動(dòng)落實(shí)“中國(guó)制造2025”的戰(zhàn)略舉措，是中國(guó)船舶工業(yè)主力軍提升綜合競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路，是從根本上擺脫困境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求，也是應(yīng)對(duì)國(guó)際挑戰(zhàn)、打造中國(guó)制造升級(jí)版的積極探索。

1 以總段為中間產(chǎn)品的現(xiàn)代造船模式

1.1現(xiàn)代造船模式

現(xiàn)代造船模式由生產(chǎn)模式和管理模式構(gòu)成。生產(chǎn)模式：以中間產(chǎn)品為對(duì)象組織生產(chǎn)，開(kāi)展設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理一體化綜合數(shù)字設(shè)計(jì)，實(shí)施殼、舾、涂一體化精度制造，形成高效、柔性制造流水線(xiàn)。管理模式：以計(jì)劃為導(dǎo)向，以預(yù)算為框架，以流程為基礎(chǔ)，以標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則，實(shí)施信息集成與網(wǎng)絡(luò)一體化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)量化精益管理。

“建模2.0”是以中間產(chǎn)品組織生產(chǎn)為基本特征的總裝造船模式，是對(duì)造船企業(yè)先進(jìn)造船理論研究和實(shí)踐的總結(jié)，主要由統(tǒng)籌優(yōu)化的造船理念、面向生產(chǎn)的設(shè)計(jì)技術(shù)、均衡連續(xù)的作業(yè)流程、嚴(yán)密精細(xì)的工程管理和高效合理的生產(chǎn)組織等基本要素構(gòu)成。

1.2中間產(chǎn)品

按照不同制造階段，將構(gòu)成船舶某一部分的“實(shí)物”定義為相應(yīng)制造階段的中間產(chǎn)品，造船生產(chǎn)的計(jì)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、管理等都以中間產(chǎn)品為對(duì)象進(jìn)行。中間產(chǎn)品的形式可以是船體分段(簡(jiǎn)稱(chēng)分段)、船舶分段合龍形成的區(qū)域總段(簡(jiǎn)稱(chēng)總段)、半船、托盤(pán)、單元、模塊、大型設(shè)備、特殊裝置、中間產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計(jì)包、中間產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)包等。對(duì)于不同船型，應(yīng)用成組技術(shù)，按相似原理可以分解成各船型共性中間產(chǎn)品和各船型特有的個(gè)性中間產(chǎn)品，通過(guò)中間產(chǎn)品按流程有序組合疊加實(shí)現(xiàn)造船。

1.3總裝造船流程

在現(xiàn)代造船模式的指導(dǎo)下，在先行生產(chǎn)方面，以總裝化造船生產(chǎn)作業(yè)流程為原則，以總段為中間產(chǎn)品規(guī)范生產(chǎn)和提高完整性為起點(diǎn)，按照分段分道的原則和體現(xiàn)區(qū)域/階段/類(lèi)型的特點(diǎn)，在生產(chǎn)組織方面優(yōu)化流程如圖1所示。

圖1 總裝化造船作業(yè)流程

2 以總段為中間產(chǎn)品的生產(chǎn)流程優(yōu)化

以充分利用有限的船塢/船臺(tái)資源為生產(chǎn)指導(dǎo)思想，提高船舶產(chǎn)品出塢/下水的完整性，增強(qiáng)船舶企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。本著時(shí)間上有序、空間上分道、工序前移的原則， 策劃在重型碼頭平臺(tái)以各船機(jī)艙艉部總段為主，平臺(tái)的布置如圖2所示，機(jī)艙艉部總段示意圖如圖3所示。利用300 t吊機(jī)進(jìn)行總段的搭建，總段結(jié)成、舾裝及涂裝完成后，利用2 500 t水上浮吊進(jìn)行總段的整吊、定位搭載，如圖4所示。在船臺(tái)/船塢則主要以貨艙段和艏部總段為主，在條件允許的情況下采用“1+2/3總段”(見(jiàn)圖5)、“一條半”、“多段搭載”等新工藝,完成總段的搭載和建造后，利用滑移裝置進(jìn)行大型總段定位搭載。

圖2 機(jī)艙艉部總段總組區(qū)布置

圖3 機(jī)艙艉部總段構(gòu)成 圖4 機(jī)艉總段整吊

圖5 “1+2/3總段”布置示例

2.1貨艙及艏部總段

2.1.1 雙層底、旁板分段預(yù)總組流程優(yōu)化

各船雙層底P/S分段先進(jìn)行預(yù)中組，后進(jìn)行涂裝，可保證分段舾裝件的完整性并減少涂裝PSPC的破損率。分段的預(yù)總組是承上啟下的，將小分段預(yù)總組做到大型分段，在施工進(jìn)度方面安排分段預(yù)舾裝和預(yù)總組同步施工，大幅縮短預(yù)裝和分段總組周期，并可減少船舶搭載時(shí)的分段數(shù)量，直接影響船舶搭載的速度和質(zhì)量。同時(shí)還將大量工序前移，如合龍管安裝、舷旁標(biāo)志完整等，化高空作業(yè)為地面或低空作業(yè)，為殼、漆、涂一體化提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.1.2 艙口圍、艙蓋板一體化建造單元的流程優(yōu)化

從艙口圍片體制造階段做好各項(xiàng)精度控制，并在制造階段預(yù)裝周邊管系，完整性結(jié)束后做好沖砂、油漆工作。利用艙口圍總組專(zhuān)用胎架，根據(jù)精度控制要求進(jìn)行總組，艙口圍總組結(jié)束后，安裝角隅處的液壓管系。測(cè)量艙口圍頂板水平度、長(zhǎng)度、寬度及對(duì)角線(xiàn)數(shù)據(jù)，合格后開(kāi)頂升裝置孔，進(jìn)行艙口蓋排裝，對(duì)軌道、壓緊條、支撐塊等舾裝件進(jìn)行定位。 吊離艙口蓋，對(duì)定位結(jié)束的軌道、壓緊條、支撐塊、鎖緊裝置等舾裝件進(jìn)行裝焊，并開(kāi)鎖緊裝置貫通孔。再次吊裝艙口蓋，鎖好各類(lèi)鎖緊裝置等待整體吊裝，如圖6所示。

圖6 艙口圍艙口蓋一體化建造

2.1.3 總段滑移工藝

在船臺(tái)滑道上根據(jù)總段的重量和重心位置鋪設(shè)若干滑板，每組滑板之間設(shè)置若干塊氣墊。前后滑板之間用螺旋扣連接。下滑板底部鋪設(shè)鋼珠、保距器，滑板上放置滑移總段(約2 000 t)；滑板上方用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引，下端每個(gè)滑道上各設(shè)置1臺(tái)10 t的卷?yè)P(yáng)機(jī)拉滑板(輔助滑移作用)?？偠我? m/min的速度滑移到達(dá)大合龍位置。通過(guò)氣墊將總段抬升，并將其擱在建造楞木上固定?；频轿缓筮M(jìn)行中心線(xiàn)的校對(duì)，如有偏差采用300 t三維定位小車(chē)配合糾偏調(diào)整。圖7為總段滑移現(xiàn)場(chǎng)圖片。

圖7 總段滑移

2.2機(jī)艙艉部總段

2.2.1 甲板、機(jī)艙舾裝單元至分段預(yù)裝單元模塊的流程優(yōu)化

提高分段預(yù)裝率、增加單元模塊的數(shù)量可以大幅縮短舾裝周期，可確保分段作業(yè)質(zhì)量的穩(wěn)定性，有利于造船企業(yè)縮短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率。我國(guó)造船企業(yè)采用單元模塊化的比例較日、韓國(guó)家低很多，尤其是機(jī)艙區(qū)域。目前機(jī)艙區(qū)域的單元模塊主要以機(jī)艙底層管束單元、設(shè)備單元和閥組單元為主，但這些單元占全船管路數(shù)量的比重是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的[1]。

為此，應(yīng)以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向，在船舶設(shè)計(jì)規(guī)劃下，依托分段、區(qū)域和總段的合理劃分，對(duì)各道工程進(jìn)行分解。在進(jìn)行全船各區(qū)域綜合布置的過(guò)程中，將設(shè)備、管路、電路、鐵舾件及其他舾裝件等綜合性布置相對(duì)密集的局部區(qū)域規(guī)劃成單元模塊。該單元模塊既便于在室內(nèi)制作，又便于轉(zhuǎn)運(yùn)及吊運(yùn)安裝，既可以在船舶建造的不同階段制作，又可與船舶主體建造形成平行生產(chǎn)。單元模塊化的技術(shù)實(shí)施，有利于提高船舶建造工程的分解能力，調(diào)整船舶施工順序，有利于造船企業(yè)創(chuàng)造新的工藝技術(shù)，縮短船舶建造周期，提高船舶的建造質(zhì)量。

分段單元模塊化與分段預(yù)裝相比，分段/總段階段管系安裝周期縮短，有利于提高分段的流通速度。同時(shí)散裝的管系數(shù)量減少，施工環(huán)境也得到大幅改善，通過(guò)單元模塊的設(shè)計(jì)和施工還可進(jìn)一步優(yōu)化整體的布局。

2.2.2 分層總組

分層總組工藝的策劃和落實(shí)，尤其是在機(jī)艙總段建造策劃時(shí)，為方便封艙及舾裝件安裝完整，為盆舾裝預(yù)留足夠的時(shí)間，將機(jī)艙分段的總組分為幾層小總段，從而方便舾裝工作及交叉作業(yè)的開(kāi)展。

2.2.3 巨型總段建造流程優(yōu)化

總段包括分段數(shù)14個(gè)，總段重約1 880 t，傳統(tǒng)造船為分段搭載建造。經(jīng)過(guò)流程優(yōu)化后，采用分層總組方法，將機(jī)艉總段劃分為10 D1，20 D1，24 C1，14 C1，主要為舾裝、盆舾裝工作的開(kāi)展創(chuàng)造條件。10 D1的劃分主要考慮發(fā)電機(jī)底座的安裝；20 D1，24 C1的劃分主要考慮機(jī)艙棚舾裝單元的安裝及舾裝件的施工方便性和搭載前完整性；14 C1主要為艉部絞車(chē)的提前安裝創(chuàng)造條件。在上述工作開(kāi)展后，再將其按照搭載先后順序進(jìn)行搭載，最終完成機(jī)艙艉部總段的搭載。在搭載結(jié)束后整個(gè)機(jī)艙舾裝件的完整性已基本結(jié)束其施工交驗(yàn)，并且做到在總段吊裝前舵軸系鏜孔結(jié)束。

利用2 500 t浮吊按照計(jì)劃將總段搭載到位，此時(shí)機(jī)艙基本具備主機(jī)吊裝、軸系安裝和拉線(xiàn)望光的條件。

2.3上建模塊流程優(yōu)化

按照“建模2.0”框架體系要求：以上層建筑為中間產(chǎn)品，將其制造過(guò)程從原來(lái)的造船生產(chǎn)主流程中剝離出來(lái)，進(jìn)行生產(chǎn)流程再造，形成上層建筑“殼舾涂”制造可交付的中間產(chǎn)品(見(jiàn)圖8)，達(dá)到“空間上分道、時(shí)間上有序”的優(yōu)化目的，實(shí)現(xiàn)完整的上層建筑結(jié)構(gòu)、各種機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)、室內(nèi)布置安裝和涂裝的一體化制造，在整吊上船前盡可能地達(dá)到完工產(chǎn)品的程度[2]。

圖8 上建中間產(chǎn)品

2.4殼、舾、涂一體化作業(yè)流程

在推進(jìn)建立現(xiàn)代造船模式的過(guò)程中, 提出實(shí)施“船體為基礎(chǔ)，舾裝為中心，涂裝為重點(diǎn)”，船體分道建造，區(qū)域舾裝和區(qū)域涂裝的殼、舾、涂一體化作業(yè)流程。以總段為中間產(chǎn)品實(shí)施殼、舾、涂有序同步生產(chǎn)， 分段舾裝完整及預(yù)總組完成后進(jìn)行相應(yīng)分段涂裝，主要措施有外板腳手部位一次性施工到位，即油漆完工前預(yù)留一度，先拆除腳手架，利用高空車(chē)進(jìn)行局部打磨補(bǔ)漆，最后統(tǒng)一完成噴涂。在分段總組合龍后組織總段的跟蹤補(bǔ)涂，最終輸出殼、舾、涂完整且制造精度達(dá)標(biāo)的合格總段，為下道生產(chǎn)工序奠定完整性和精度基礎(chǔ)。

2.5以總段為中間產(chǎn)品的流程優(yōu)化成果

2016年上海船廠(chǎng)船舶有限公司完成3型10艘25個(gè)總段(艉部、艏部、上建)的建造，船舶總段建造模式基本形成，總段建造技術(shù)日趨成熟。在此對(duì)其中10個(gè)總段的完整性評(píng)估數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)進(jìn)行對(duì)比分析得出，H 240船的機(jī)艙艉部總段評(píng)估值為81.5%，H 234船的上建模塊完整性評(píng)估值為78.7%，均在不斷地提升和完善。

表1 總段完整性評(píng)估數(shù)據(jù)

從吊數(shù)、場(chǎng)地資源、建造周期和下水完整性等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比(見(jiàn)表2)，通過(guò)對(duì)比得出以總段為中間產(chǎn)品流程優(yōu)化改善后，搭載總吊數(shù)減少，船臺(tái)/船塢分段搭載速度大幅提升，船臺(tái)/船塢周期有所縮短，總段完整性和船舶下水完整性均有明顯提高，分段周轉(zhuǎn)場(chǎng)地的壓力明顯下降。以往全船分段儲(chǔ)備在分段周轉(zhuǎn)場(chǎng)地，直到搭載才送到相應(yīng)的船臺(tái)/船塢，而在流程改進(jìn)后，分段涂裝前放在預(yù)總組場(chǎng)地，涂裝后放在總段施工場(chǎng)地。

表2 總段建造法和分段搭載法數(shù)據(jù)對(duì)比

巨型總段移位造船新工藝的成功實(shí)施為“平地造船法”和“多島造船法”建造大型、超大型船舶創(chuàng)造了條件，減少船塢等關(guān)鍵資源設(shè)施對(duì)船廠(chǎng)的束縛，實(shí)現(xiàn)在平地上造船。同時(shí)，也使得分段、總段制造工廠(chǎng)和總段合龍工廠(chǎng)相分離變成現(xiàn)實(shí)。巨型總段造船法可使密性、舾裝和涂裝完整的總段移位合龍，這是造船企業(yè)應(yīng)對(duì)涂層新標(biāo)準(zhǔn)挑戰(zhàn)的一種有效嘗試[3]。

3 結(jié) 語(yǔ)

造船先行生產(chǎn)流程的優(yōu)化研究推進(jìn)分段總組與搭載的效率提升，促進(jìn)生產(chǎn)組織管理方式的改變，推動(dòng)造船技術(shù)和造船流程進(jìn)一步發(fā)展完善。面對(duì)船舶市場(chǎng)的持續(xù)低迷和未來(lái)的不確定因素，造船企業(yè)必須通過(guò)科技創(chuàng)新，優(yōu)化生產(chǎn)流程和提升生產(chǎn)效率，才能爭(zhēng)取利潤(rùn)的最大化。

[1] 左堯，羅崢嶸. 單元模塊化造船的技術(shù)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)建造[J].上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào),2016,39(02)：19-27.

[2] 丁偉康. 船舶快速搭載有效地縮短了造船周期[C]//中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)造船工藝學(xué)術(shù)委員會(huì)2011造船企業(yè)精益生產(chǎn)學(xué)術(shù)研討會(huì),2012.

[3] 黃興群. 上層建筑完整性整體吊裝工藝研究[D].上海:上海交通大學(xué),2006.

ModernShipbuildingModewithBlockasIntermediateProduct

XIE Dengwang1,2， XIE Wenli2， LIN Ping2， XING Dongchao2， LI Daqian2

(1.Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240, China; 2.Shanghai Shipyard Co., Ltd., Shanghai 200030, China)

The block as an intermediate product is studied. The sectional construction, pre-erection before blasting, unit production and block construction are improved in order to improve the production process such as the integrity of block and ship launching, which can decrease the total period of ship construction and the compression cycle of the slipway and dock.

shipbuilding; process optimization; intermediate product; block

謝登旺(1985-)，男，工程師，研究方向?yàn)轫?xiàng)目管理

1000-3878(2017)05-0049-06

U673

A