船舶快速搭載新型工裝
——數(shù)控腳手架

鄭紹春， 劉勇杰， 羅達釗

(武漢理工大學 交通學院， 湖北 武漢 430063)

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船舶快速搭載新型工裝
——數(shù)控腳手架

鄭紹春， 劉勇杰， 羅達釗

(武漢理工大學 交通學院， 湖北 武漢 430063)

為了實現(xiàn)船舶快速搭載，提出一種新型工裝——數(shù)控腳手架，從應用角度論述其設計考量、技術優(yōu)勢與使用方法，對其應用所產生的社會與經濟效益進行分析，得出可有效縮短船舶搭載時使用船塢(船臺)以及交船的周期，并從造船效率提升中得到可觀經濟回報的結論。

快速搭載；工裝；高空作業(yè)平臺；數(shù)控腳手架

0 引言

實現(xiàn)船舶快速搭載從而有效地縮短造船周期、提高船廠生產效率與競爭力是業(yè)內科研技術人員研究的重要課題[1]。船舶建造施工過程中，需要在船臺、船塢等位置為施工人員搭建施工平臺，當前比較先進的工裝技術為韓國所采用的高空作業(yè)車[2-3]、軌道式吊籃及裝配式一體化腳手架[4-5]。目前，我國少數(shù)船廠能應用這一技術，因為他們能將分段制造精度控制在允許范圍內。但其他多數(shù)船廠分段制造精度控制難以實現(xiàn)，通常使用大量腳手架再配備少量的立面掛吊籃和懸臂式高空作業(yè)車，主要原因是多數(shù)船廠采用船體分段制造外包管理模式，施工隊伍人員不穩(wěn)定，導致船體分段加工精度無法得到有效控制。通常多數(shù)船廠在船艏、船艉施工時，由于不便使用立面掛吊籃和懸臂式高空作業(yè)車，常見解決問題的方式是搭建階梯式腳手架，且為了加快制造周期，采取船體作業(yè)多班組同時施工，船體施工面大量使用腳手架，如圖1所示。

腳手架工裝的主要優(yōu)點是：構造簡單、成本低，可搭建固定靜止的立體工作面且不受場地限制。當然其存在的問題也非常突出：搭、拆、運、存等環(huán)節(jié)費時、費力、費場地，影響船臺/船塢使用周期，施工面混亂，拆卸不當會破壞船體漆面，還存在安全隱患。懸臂式高空作業(yè)車(見圖2)可靈活移動、避障性佳，但不能替代腳手架，承載能力弱、工作面小、靠不斷移動構成立體工作面，多臺實時協(xié)同作業(yè)較難實現(xiàn)，需專人操控、施工效率低。

圖1 腳手架在船臺/船塢的應用

圖2 懸臂式高空作業(yè)車在船臺/船塢的應用

腳手架與懸臂式高空作業(yè)車各有優(yōu)缺點，現(xiàn)將二者優(yōu)點相結合，并根據(jù)我國船廠實際情況，提出一種相對靜止并可快速構建、靈活移動的作業(yè)平臺，即船舶快速搭載新型工裝——數(shù)控腳手架。

1 數(shù)控腳手架設計考量

數(shù)控腳手架應具備腳手架的特征與功能。腳手架通常依船體型線而搭建，尤其是在船艏、船艉分段拼接時用，因此結構設計需考慮：(1) 船體型線特征(見圖3)；(2) 船體分段組裝焊縫特征(見圖4～圖8)；(3) 主尺度：長度大于分段長度，寬度滿足能在船體支柱間穿越而不發(fā)生碰撞，伸縮高度低至墩面，高至主甲板；(4) 移動靈活，能在船體支柱間穿梭；(5) 滿足相關規(guī)范要求(如GB/T 9465-2008高空作業(yè)車，JB 8716-1998汽車起重機和輪胎起重機安全規(guī)程，GB 3766-1983液壓系統(tǒng)通用技術條件等)。綜合上述因素，再對船體分段組裝焊縫形態(tài)進行優(yōu)化，確定平臺結構形式為“L”型(見圖9)、滑動上層平臺變?yōu)榉础癓”型(見圖10)或“U”型(見圖11)，數(shù)控腳手架作業(yè)平臺隨分段在船體裝焊高度位置升降，最小模式主尺度(長×寬×橫高/縱高，見圖12)：16 000×2 500×1 600/2 400 mm。

圖3 船體型線特征

圖4 “I”型焊縫

圖5 “L”型焊縫

圖6 反“L”型焊縫

圖7 “-”型焊縫

圖8 “U”型焊縫

圖9 “L”型結構形式

圖10 反“L”型結構形式

圖11 “U”型結構形式

圖12 數(shù)控腳手架作業(yè)平臺最小模式主尺度

2 數(shù)控腳手架應用優(yōu)勢

由圖13可知，使用懸臂式高空作業(yè)車實施分段裝焊時，建立作業(yè)面與裝焊是同時進行的。在作業(yè)過程中需在移動中人工建立作業(yè)面，作業(yè)點移動按球坐標方式控制，從一點移到另一點需控制3個參數(shù)，需配1名專職操作手。腳手架建立作業(yè)面與裝焊是分步進行的，腳手架按焊縫形式搭建，裝焊時作業(yè)面固定不變，不能因人身高不同而進行實時調整。數(shù)控腳手架集中了腳手架與懸臂式高空作業(yè)車的優(yōu)點，動靜相結合。當數(shù)控腳手架自行移動到船體分段待裝配位置時，能夠快速構建起像腳手架一樣相對靜態(tài)的作業(yè)平臺。若從一點動態(tài)移到另一點，由于數(shù)控腳手架是按直角坐標方式控制的，想要實現(xiàn)一維焊縫拼裝移動，只需控制1個參數(shù)實現(xiàn)一維移動即可；若要實現(xiàn)二維焊縫拼裝移動，只需控制2個參數(shù)實現(xiàn)二維移動即可，大多數(shù)焊縫屬于二維情況。它還能因人而異動態(tài)調整施工舒適度，可通過人工與智能相結合的方式進行實時控制。此外，自行式數(shù)控腳手架移動具有船體分段轉運車的多模式轉向功能，除具有一般汽車轉向模式外，還有可橫行、斜行、原地轉圈、八字轉向和雙向行駛等功能，可在狹窄的船位之間自由穿梭。

自行式數(shù)控腳手架具有以下功能特點：(1) 人工或智能地快速構建相對靜態(tài)的立體作業(yè)平臺；(2) 一母多子平臺，構造平臺形式靈活，能滿足不同工位作業(yè)需要，方便施工；(3) 舒適度可實時進行動態(tài)調整；(4) 多模式轉向，移動靈活自如。

圖13 船舶搭載工裝

3 數(shù)控腳手架使用方式舉例

自行式數(shù)控腳手架可根據(jù)使用需要選擇一母一子、一母二子和一母多子作業(yè)平臺。根據(jù)施工狀態(tài)從下列方法中選擇一種。

(1) 焊縫形態(tài)使用法。船體橫剖面小曲率沿船長方向放置，依分段焊縫形態(tài)展開(見圖14)，作業(yè)平臺具有腳手架形態(tài)特征。

圖14 焊縫形態(tài)使用法

(2) 階梯式腳手架使用法(見圖15)。船體橫剖面大曲率沿船寬方向放置，依分段橫向大接縫形態(tài)展開，作業(yè)平臺具有階梯式腳手架形態(tài)特征。

(3) 最低模式使用法(見圖16)。數(shù)控腳手架降到最低，按“J”型接縫形態(tài)展開，滿足船體底部施工作業(yè)條件。

圖15 階梯式腳手架使用法

圖16 最低模式使用法

4 數(shù)控腳手架應用的社會與經濟效益分析

自行式數(shù)控腳手架主要在船廠船舶總段建造、貨艙內施工、船臺/船塢搭載等施工現(xiàn)場為施工人員提供快捷高效、方便舒適、安全可靠的作業(yè)平臺，是以班組為作業(yè)單位的施工人員所配備的高端工裝設備。它運用了數(shù)字自動化、智能化科學技術，施工工人可通過無線遙控操控平臺，還可單人通過“數(shù)字腳套”以有線的方式實現(xiàn)邊施工邊調控，人工與智能相結合地為施工工人提供舒適的施工平臺，其符合了未來船廠“以人為本、數(shù)字自動化綠色造船、快樂造船”的發(fā)展理念，為提升造船工裝技術水平與船廠形象、改善施工工人工作條件、增強企業(yè)向心力提供了硬件基礎。

從經濟角度看，自行式數(shù)控腳手架的應用減少了搭建、轉運、庫存腳手架的人員和人工成本以及占用船臺/船塢周期的制約因素，改善施工人員的施工環(huán)境，降低施工人員的事故風險，其應用的最大價值在于縮短船塢(船臺)占用時間和交船周期，它的投入將從提升造船效率中得到可觀回報。

[1] 丁偉康.船舶快速搭載有效地縮短了造船周期[C]//中國造船工程學會造船工藝學術委員會2011造船企業(yè)精益生產學術研討會，2012.

[2] 金治勇.中國高空作業(yè)機械悄然前行[J].建筑機械化，2012，2：19-21.

[3] 周升友.“先進裝備”提升造船效率[N].中國水運報，2004-06-09.

[4] 劉恩旭.現(xiàn)代造船模式下大型船舶建造工法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2011.

[5] 王永良，秦耀良，董大栓，等.造船新技術在修船領域中的應用[J].造船技術，2014，2：47-52.

An Efficient New Type Erection Equipment of Shipbuilding：Numerical Control Scaffold

ZHENG Shaochun, LIU Yongjie, LUO Dazhao

(School of Transportation, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063, Hubei, China)

A new type erection equipment is put forward,which is numerical control scaffold used to make ship erection more efficient. Its design consideration, technical advantages and using methods are discussed from the view of application. Besides, the social and economic benefits taken by the application of the new equipment are analyzed. It can be concluded that the value of its application is saving time for berth period or even shipbuilding period by efficient ship erection and considerable benefits are brought for shipyards from the improvement of manufacturing efficiency.

efficient erection; craft equipment; aerial working platform; numerical control scaffold

鄭紹春(1957-)，男，高級工程師，研究方向為船舶先進制造技術

1000-3878(2017)03-0059-05

U671

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