主板切割誤差補(bǔ)償優(yōu)化及運(yùn)用

龔松凱， 梁崇軒， 王 鈺

(上海江南長(zhǎng)興重工有限責(zé)任公司， 上海 201913)

主板切割誤差補(bǔ)償優(yōu)化及運(yùn)用

龔松凱， 梁崇軒， 王 鈺

(上海江南長(zhǎng)興重工有限責(zé)任公司， 上海 201913)

主要研究利用主板切割誤差補(bǔ)償解決船舶建造過(guò)程中主板切割不良、如何提升原始坡口保留率等問(wèn)題，將模擬拼板數(shù)據(jù)與改善主板切割精度貫穿成一體，從而優(yōu)化被研究對(duì)象，實(shí)現(xiàn)無(wú)余量造船，最終為生產(chǎn)技術(shù)水平的提高奠定良好基礎(chǔ)。

精度控制；自然坡口；模擬拼板

0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)外各船廠在船舶建造及修船領(lǐng)域的迅速發(fā)展，船舶建造的投入成本和卓越技術(shù)成為衡量評(píng)定船廠水平的重要依據(jù)之一。船舶建造精度控制是現(xiàn)代化造船技術(shù)領(lǐng)域中不可或缺的技術(shù)組成部分，在船舶建造過(guò)程中，其突出問(wèn)題就是板材的余量補(bǔ)償及精度控制技術(shù)，它的建造模式主要以現(xiàn)代精益造船和殼、舾、涂一體化為核心導(dǎo)向。

目前，分段主板下料切割尺寸精度偏差值在±2 mm， 經(jīng)研究分析得知，主要影響主板切割精度的因素為設(shè)備的硬件和軟件。硬件問(wèn)題表現(xiàn)為：(1)廠房地處泥沙環(huán)境，長(zhǎng)期使用造成地基下沉；(2)3D支架設(shè)備硬件老化等影響切割機(jī)軌道及平臺(tái)精度。軟件問(wèn)題表現(xiàn)為：割縫補(bǔ)償加放和運(yùn)轉(zhuǎn)速度參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)編輯時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)需求等。在船舶建造過(guò)程中，作為第一道施工流程的主板切割，其切割質(zhì)量(尺寸誤差)直接影響后道產(chǎn)品的建造質(zhì)量。因此，本文通過(guò)研究應(yīng)用主板切割誤差補(bǔ)償優(yōu)化技術(shù)，提高船舶建造精度質(zhì)量，提升分段原始坡口保留率，逐步實(shí)現(xiàn)船舶分段無(wú)余量建造。

1 主板切割精度研究目的

(1) 提升相鄰板材拼接的精度可有效保證分段大組立的主板同面度一致；

(2) 通過(guò)切割誤差的補(bǔ)償，可有效提升原始坡口保留率，實(shí)現(xiàn)“精益造船”的真正意義。

改善主板切割精度必須先從切割誤差補(bǔ)償優(yōu)化及運(yùn)用著手，將具體的數(shù)據(jù)參數(shù)分布到主板中，為減少分段在組立階段成形后的現(xiàn)場(chǎng)修割，保證分段同面度的同時(shí)適當(dāng)降低分段制造的成本并縮短分段制造的周期。主板切割補(bǔ)償優(yōu)化的真正意義是提升原始坡口保留率，為后續(xù)快速搭載打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

國(guó)內(nèi)外造船行業(yè)信息調(diào)研分析結(jié)論：國(guó)外機(jī)械化程度較高且精密，主板切割誤差較小，無(wú)需采用補(bǔ)償技術(shù)來(lái)滿足整船的建造要求；國(guó)內(nèi)主板切割存在略微誤差，在拼板組合后必須對(duì)拼板尺寸進(jìn)行檢查，對(duì)于超差的現(xiàn)象必須予以修正，最終滿足拼板的精度要求。

2 主板切割精度優(yōu)化及改進(jìn)

2.1單板主尺寸優(yōu)化

切割機(jī)長(zhǎng)期投入生產(chǎn)，其設(shè)備性能也會(huì)逐步老化，熔縫質(zhì)量易對(duì)主板切割后的精準(zhǔn)度產(chǎn)生影響。因此，本文研究的重點(diǎn)在于對(duì)主板割縫補(bǔ)償進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

(1) 根據(jù)數(shù)控切割機(jī)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，對(duì)機(jī)器設(shè)備在實(shí)施切割時(shí)針對(duì)割縫補(bǔ)償時(shí)產(chǎn)生影響的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將切割機(jī)設(shè)備的參數(shù)(板材厚度、割嘴型號(hào)、切割速度、電流及氣體壓力/流量)予以設(shè)定，并參照目前使用的切割補(bǔ)償量，選取1臺(tái)數(shù)控切割機(jī)對(duì)板材實(shí)際作業(yè)切割，切割完畢后檢查主板材的實(shí)際主尺寸并尋找出實(shí)際誤差，重新確定1組新的切割補(bǔ)償值。

(2) 切割機(jī)設(shè)備參數(shù)更新后重新進(jìn)行單板數(shù)切作業(yè)，記錄檢查的數(shù)據(jù)，按照制定的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)信息擬合匹配。如調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)未滿足控制標(biāo)準(zhǔn)，再調(diào)節(jié)合理的切割補(bǔ)償值直至調(diào)至最佳數(shù)據(jù)。若單板數(shù)切滿足精度的尺寸標(biāo)準(zhǔn)，則確定此切割補(bǔ)償方案為最佳狀態(tài)。

根據(jù)研究分析制定相關(guān)操作步驟，進(jìn)而調(diào)整切割機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，通過(guò)多次試驗(yàn)后得出結(jié)果，切割補(bǔ)償量設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 切割補(bǔ)償量設(shè)計(jì)表 mm

通過(guò)具體參數(shù)的優(yōu)化可看出：其硬件設(shè)備在精度基礎(chǔ)上實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)調(diào)試驗(yàn)證，編輯出標(biāo)準(zhǔn)施工參數(shù)，并為切割機(jī)后續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

2.2自然坡口改善

切割機(jī)按照程序指令實(shí)施自動(dòng)化切割時(shí)，由于板材厚度原因，導(dǎo)致板材上下表面受熱溫度不均勻。板材上表面距切割頭較近，受熱時(shí)間較長(zhǎng)且溫度較高，相對(duì)的割縫熔化寬度也較大；反之板材下表面割縫熔化相對(duì)較小，導(dǎo)致板材自然坡口成形不良，影響板材切割的主尺寸。針對(duì)上述兩種情況研究分析后，通過(guò)改變切割機(jī)割嘴頭傾斜角度值的補(bǔ)償方案，達(dá)到提升主板切割坡口成形質(zhì)量的目的。通過(guò)割嘴切割角度值的補(bǔ)償優(yōu)化，切割角度由原先垂直于板材變?yōu)榕c板材表面呈60°夾角。圖1所示為切割頭調(diào)節(jié)角度補(bǔ)償。

圖1 切割頭調(diào)節(jié)角度補(bǔ)償

2.3切割機(jī)軌道與平臺(tái)維護(hù)保養(yǎng)

地基沉降、作業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷以及平臺(tái)使用率存在積渣等各方面因素不斷地影響著切割機(jī)硬件設(shè)施，從主板切割后精度缺陷進(jìn)一步影響到小組立組合拼接以及中大組的同面度端差管理，針對(duì)此現(xiàn)象做梳理分析，通過(guò)全站儀采集測(cè)量，并實(shí)施叁銘G2軟件(三維)系統(tǒng)擬合分析切割機(jī)軌道間距、平臺(tái)平整度硬件所存在的問(wèn)題，運(yùn)用制定的方案組織完善設(shè)備精準(zhǔn)性，最終保證切割機(jī)快速精確作業(yè)，并制定相應(yīng)的設(shè)備日常保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

表2 切割設(shè)備日常保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)

3 模擬拼板運(yùn)用

主要根據(jù)切割主板的實(shí)際誤差，通過(guò)整體拼板主尺寸模擬計(jì)算的方法，對(duì)與其相鄰拼接板進(jìn)行一個(gè)變量的理論數(shù)據(jù)補(bǔ)償，可保證后續(xù)主板拼接滿足精度要求。

切割誤差補(bǔ)償具體方法如下。

3.1檢查表格編制

表單的內(nèi)容包含單板與周邊對(duì)接板零件號(hào)及對(duì)接坡口形式，以船廠生產(chǎn)流程工藝圖作為參考對(duì)象，在施工階段便能顯示出詳細(xì)的信息，如圖2所示。

圖2 222-BS1A拼板測(cè)量自檢表

3.2補(bǔ)償板的選取

補(bǔ)償板的作用是通過(guò)主尺寸的精度調(diào)節(jié)，對(duì)分段組立階段各主板組合拼板做好誤差數(shù)據(jù)補(bǔ)償，逐步減小拼接后主尺寸的實(shí)際誤差，從而提升拼板精度的一次合格率。補(bǔ)償板的選取主要根據(jù)實(shí)際誤差考慮焊縫、噴粉線、工藝孔等錯(cuò)位情況，盡可能選取拼板在居中的位置作為補(bǔ)償板，當(dāng)拼板尺寸誤差大于±5 mm時(shí)采用雙邊誤差補(bǔ)償，小于±5 mm時(shí)采用單邊誤差補(bǔ)償。圖3為補(bǔ)償板示例。

圖3 補(bǔ)償板示例

3.3補(bǔ)償板的尺寸計(jì)算

根據(jù)切割主板的實(shí)際誤差，整體對(duì)拼板主尺寸實(shí)施模擬計(jì)算，將其結(jié)果與理論尺寸做差值計(jì)算得出誤差值，此誤差值就是補(bǔ)償板對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償值，以確保后續(xù)主板拼板的精度，以確保后續(xù)主板拼板的精度。研究推算公式：K1+H2+K3+K4+K5+K6=0。表3為數(shù)據(jù)對(duì)比。

4 結(jié) 語(yǔ)

切割誤差補(bǔ)償方案的實(shí)施使分段組立階段拼板精度大幅提升，有效地減少后續(xù)開(kāi)刀的修割率。自主創(chuàng)新研究主板切割補(bǔ)償優(yōu)化及運(yùn)用可降低用工成本，縮短整船建造周期，彌補(bǔ)當(dāng)前勞動(dòng)力不足的現(xiàn)實(shí)，為企業(yè)降本增效，實(shí)現(xiàn)“精益造船”的理念。

表3 數(shù)據(jù)對(duì)比

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(1) 等離子切割機(jī)采用全站儀與三維技術(shù)相結(jié)合，有效地降低基建設(shè)備的維護(hù)時(shí)間，提高工作效率。

(2) 切割誤差補(bǔ)償方案的實(shí)施使分段組立階段拼板精度大幅提升，有效地減少后續(xù)開(kāi)刀的修割率。在當(dāng)今船舶市場(chǎng)低迷和勞動(dòng)力成本上升的情況下，自主創(chuàng)新研究主板切割補(bǔ)償優(yōu)化及運(yùn)用降低造船成本支出。

(3) 通過(guò)切割誤差補(bǔ)償方案的有效實(shí)施，更進(jìn)一步提升原始坡口保留率，縮短整船建造周期，提升工作效率，從而實(shí)現(xiàn)“精益造船”的理念。

[1] 劉杰.造船精度控制及管理相關(guān)技術(shù)工藝探討[J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2014(3)：6-7.

OptimizationandApplicationofMainCuttingPlateErrorCompensation

GONG Songkai, LIANG Chongxuan, WANG Yu

(Shanghai Jiangnan Changxing Heavy Industry Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

The main cutting plate error compensation method is used to solve the problems of poor cutting of main plate and promotion of orginal groove reservation in the process of ship construction. The simulated jointed plate data are integratd with the cutting accuracy of the main plate to optimize the object and realize the non allowance shipbuilding. This method can establish a good foundation for the improvement of production technology.

precision control; natural groove; simulated jointed plate

龔松凱(1987-)，男，助理工程師，主要從事船舶與海洋工程

1000-3878(2017)05-0076-04

U671

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