淺談無縫連接理念在船舶與海工基地設(shè)計的應(yīng)用

朱 凱

(中船第九設(shè)計研究院工程有限公司， 上海 200063)

淺談無縫連接理念在船舶與海工基地設(shè)計的應(yīng)用

朱 凱

(中船第九設(shè)計研究院工程有限公司， 上海 200063)

以福建馬尾船政工程項目為背景，闡述了現(xiàn)代造船模式在船舶與海洋工程制造基地設(shè)計的基本應(yīng)用。根據(jù)業(yè)主當(dāng)前的生產(chǎn)管理水平，將重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)前期下料完整性的無縫連接生產(chǎn)理念針對性地引入到工程工藝，對工廠布局作了局部優(yōu)化，得到了業(yè)主的肯定。

現(xiàn)代造船模式 無縫連接 工程工藝

1 引言

建立現(xiàn)代造船模式需要三個要素——生產(chǎn)流程、生產(chǎn)組織和運(yùn)行機(jī)制的有機(jī)結(jié)合[1]。其中，前兩個要素均與工廠布局有著密切關(guān)系，它既是生產(chǎn)過程組織的空間基礎(chǔ)，又是生產(chǎn)流程的體現(xiàn)。工廠布局形成后，在相當(dāng)長的時期內(nèi)會影響生產(chǎn)效率。因此，在工程項目建設(shè)伊始，需要十分重視對工廠布局的設(shè)計，處理好各生產(chǎn)設(shè)施的劃分及相對關(guān)系，使其符合現(xiàn)代造船模式的內(nèi)在要求。

現(xiàn)階段我國總體造船技術(shù)水平離現(xiàn)代造船模式的要求仍存在階段性的差距，這就決定了照搬國外先進(jìn)的船舶與海洋工程基地的設(shè)計未必能符合當(dāng)下我國的實情。據(jù)相關(guān)研究表明，合攏前的其他作業(yè)是一個重大薄弱環(huán)節(jié)[2]，如何彌補(bǔ)這一短板？除了從生產(chǎn)管理上下功夫，優(yōu)化工廠布局設(shè)計也是值得努力的方向。

本文將簡要介紹應(yīng)用無縫連接生產(chǎn)理念對基于現(xiàn)代造船模式的工程工藝設(shè)計局部優(yōu)化的工程應(yīng)用實例。在正式介紹之前，有必要先介紹一下工程項目的基本情況。

2 馬尾船政工程項目基本情況

馬尾船政工程項目(以下簡稱本項目)位于福州市連江縣粗葫島船舶及海洋工程裝備園區(qū)，總用地面積697 854 m2，岸線長度1 533 m，總建筑面積173 860 m2，建設(shè)項目總投資為293 275.0萬元。

本項目定位于海工產(chǎn)品和100 m長度以下海洋工程輔助船的建造，并兼顧巴拿馬型散貨船(見表1)，生產(chǎn)綱領(lǐng)為年建造GM4 000型半潛式平臺2座，年鋼材耗量約為36 000 t；年建造60 m三用途工作船12艘，75 m、95 m三用途工作船各8艘，共28艘，年鋼材耗量約為44 000 t；船體工程年鋼材耗量合計為80 000 t。

沒有半潛平臺訂單的情況下，考慮在船塢內(nèi)并排建造巴拿馬型船舶來填補(bǔ)空缺，年產(chǎn)量可達(dá)6～8艘，此時船體鋼材耗量會有顯著增加，增加的部分須以分段外協(xié)的形式解決。

表1 產(chǎn)品介紹

整個工廠布局按照船體建造的主流程進(jìn)行布置(如圖1所示)，設(shè)鋼料堆場、船體加工、分段裝配、分段堆場、分段總組、船塢。有完整的船體分道建造生產(chǎn)線；有固定按區(qū)域劃分的舾裝場地；在船臺(塢)端部及兩側(cè)有寬廣的分段堆場和總組場地；有舾裝集配中心(管子由工廠旁邊的管子車間外協(xié)解決)。工廠布局基本體現(xiàn)了現(xiàn)代造船模式按區(qū)域/階段劃分的總裝建造特點(diǎn)。

圖1 馬尾船政工程項目的總體效果圖

3 基于現(xiàn)代造船模式的工程工藝設(shè)計

當(dāng)今國內(nèi)絕大多數(shù)的新建船舶及海洋工程制造基地，主要是基于現(xiàn)代造船模式框架體系的總裝化生產(chǎn)廠。將船舶(或海工產(chǎn)品)分解成各種零件、部件、分段等中間產(chǎn)品，再按照成組技術(shù)相似性原理，將其分類成組，以組為單位安排人員、設(shè)備和場地，組建成組生產(chǎn)單元或分道作業(yè)線。

由于船體建造是主要物流，因此在考慮工廠布局時，首先注重鋼料堆場、船體加工、分段裝配、分段堆場、分段總組、船塢之間的合理布局，再協(xié)調(diào)合理地布置舾裝件物流，以期達(dá)到全廠空間分道的最佳效果。本項目以船體建造為主流程，按照區(qū)域/階段的劃分，設(shè)立了鋼料堆場、預(yù)處理工場、理料工場、切割加工工場、部件裝焊工場、分段裝焊工場等生產(chǎn)單元，如圖2所示。按照流程順序?qū)⒏鱾€生產(chǎn)單元分述如下。

圖2 馬尾船政工程項目之船體聯(lián)合車間區(qū)劃圖

3.1 鋼料堆場

由于目前我國的物流供應(yīng)整體水平不高,鋼料堆場在船廠生產(chǎn)系統(tǒng)中還是不可缺少的一部分,它是全廠鋼材原材料的進(jìn)料、分類堆放、校平、保管和供應(yīng)的場地。

本項目之鋼料堆場為露天棧橋式構(gòu)筑物(類似于沒有屋頂和墻體的廠房)，用運(yùn)行更為快速的橋式行車取代門式起重機(jī)，同時行車配置專屬電磁吊排，以使鋼板吊運(yùn)安全高效。同時吊排下帶有吊鉤，可靈活吊運(yùn)成捆型材。

鋼料堆場主尺度為228 m×30 m+228 m×30 m+192 m×30 m，總面積為19 440 m2。其中長為192 m一跨用于全廠管子存放，另外兩跨用于存放鋼板和型材。每跨中間留通道，一方面是為了走動方便，另一方面是為了讓鋼板錯開層疊堆放，方便鋼板的標(biāo)號。需要注意的是，鋼料堆場立柱中心線附近每邊2 m左右的區(qū)域不能堆放鋼料，以盡量減少鋼料堆載對立柱承臺的不利影響。

在鋼料堆場中部區(qū)域，設(shè)置一條寬約12 m的道路(道路級別按廠區(qū)道路設(shè)計)，橫貫各露天跨并連通預(yù)處理工場中部空地，以方便各跨獨(dú)立卸貨，并使卸貨行程最短(相比于端頭卸貨)。此道路還可作為預(yù)處理工場的油漆和鋼丸補(bǔ)給通道。同時預(yù)處理流水線之輥道貫穿鋼料堆場，做到各跨獨(dú)立上料。

3.2 預(yù)處理工場

預(yù)處理工場內(nèi)設(shè)鋼材預(yù)處理流水線2條，其中一條為鋼板預(yù)處理線，另一條為型鋼兼鋼板預(yù)處理線。預(yù)處理線設(shè)置進(jìn)料、清潔、預(yù)熱、拋丸除銹、噴漆、烘干、卸料等工位。上料輥道直接通至三跨鋼料堆場內(nèi)，使三跨內(nèi)的鋼材都可以直接上料。卸料輥道通至理料區(qū)內(nèi)，以保證及時卸料。其中兩跨的上料輥道和卸料輥道設(shè)置橫移架，上料時型鋼在橫移架上預(yù)先排列成組，同時上料，以保證流水線生產(chǎn)節(jié)拍和節(jié)約流水線使用成本。

預(yù)處理工場尺度根據(jù)預(yù)處理流水線設(shè)備尺度和鋼料堆場跨度來確定，并考慮環(huán)保設(shè)施、生產(chǎn)輔助面積、中央控制室和車間通道等因素。

預(yù)處理工場兩座主廠房長度均為36 m，跨度為12 m，生產(chǎn)面積432 m2，輔助用房面積180 m2?？偯娣e為1 224 m2，其中輔助用房面積432 m2。

輔助用房由儲丸間、漆泵房、維修間、工具間、變電所、配電間、總控室、休息室等組成。

3.3 理料工場

理料工場作為預(yù)處理后鋼材的備料區(qū)，按照規(guī)定的流向在相對應(yīng)的跨間進(jìn)行備料。材料按照構(gòu)成分段的內(nèi)部構(gòu)件、外板、型材三個下料批次分類堆碼。堆放時按端口錯開疊放，方便材料查找。

理料工場廠房共一跨，跨度33 m，長度156 m，總面積約5 148 m2。配置2臺16 t電磁/吊鉤半門式起重機(jī)，配合預(yù)處理流水線卸料，負(fù)責(zé)預(yù)處理后鋼材的整理堆放，并根據(jù)切割加工工場的需要做好材料準(zhǔn)備，向切割加工工場提供待切割的鋼板和型材。切割加工工場的電磁吊可直接開至理料工場取料，減少物料的二次吊運(yùn)，提高生產(chǎn)效率。

3.4 切割加工工場

根據(jù)“空間上分道”的原則，設(shè)四跨廠房，一跨用于外板加工、一跨用于型材加工、其余兩跨用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)加工，形成相對獨(dú)立的船體分道生產(chǎn)線。

在尺度方面，共計4跨廠房，跨度分別為36 m、42 m、42 m和36 m，長度均為84 m，總面積為13 104 m2。

在設(shè)備方面，從保證精度造船的實施角度出發(fā)，切割加工車間大量采用機(jī)械化加工手段。鋼材加工全部使用數(shù)控劃線和數(shù)控切割，充分發(fā)揮肋骨冷彎機(jī)、大型船用卷板機(jī)、油壓機(jī)的作用，保證尺寸精度的無余量加工。為方便吊運(yùn)鋼板，配置了專屬電磁吊排的電磁起重機(jī)，起重機(jī)的電磁吊排根據(jù)鋼板的流向統(tǒng)一設(shè)置，避免鋼板旋轉(zhuǎn)。在零件的分料、收料、配套、鋪排過程中，采用帶永磁吊具電動葫蘆半門吊。

為方便零件的集配暫存跨間運(yùn)輸，在切割加工工場后端開辟一零件集配及橫移區(qū)，長度156 m(即切割加工工場4個跨度之和)，寬度24 m，面積3 744 m2。該橫移區(qū)端頭門洞盡開，其內(nèi)布置1臺40 t電動平板車，配合切割加工區(qū)的行車進(jìn)行零件搬運(yùn)。

3.5 部件裝焊工場

部件裝焊作業(yè)從分段裝配作業(yè)中分離出來，不僅擴(kuò)大了作業(yè)面，縮短了分段制造周期；而且可以改善施工條件、使(部分)高空作業(yè)平地化，有利于提升焊接質(zhì)量。設(shè)立專門的工場(場地)用于部件裝焊作業(yè)是十分明智的做法，經(jīng)實踐證明也是可行的做法。

本部件裝焊工場工藝設(shè)計特點(diǎn)如下：

在布置方面，與切割加工工場相貫通，廠房跨度、高度一致。切割加工工場內(nèi)零件切割完成并整理配套和跨間橫移后直接進(jìn)入部件裝焊工場。

在尺度方面，同切割加工工場，共計4跨廠房，跨度分別為36 m、42 m、42 m和36 m，長度均為120 m，總面積為18 720 m2。

在功能方面，36 m兩跨主要用于常規(guī)部件的裝焊工作；42 m跨主要用于小型結(jié)構(gòu)(或框架、組件等)的裝焊工作。

3.6 分段裝焊工場

分段裝焊工場主要承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)分段的裝焊，包括單殼平面分段，立體半立體分段及艏艉曲面分段，以及部分分段預(yù)舾裝作業(yè)。

分段裝焊工場跨度上與部件裝焊工場一一對應(yīng)，跨度分別為36 m、42 m、42 m和36 m，長度均為144 m，面積22 464 m2，與部件裝焊工場連接的端頭設(shè)置橫移緩沖通道，用于部件的跨間運(yùn)輸，其主尺度156 m×24 m，面積3 744 m2。在另一端頭延伸24 m的露天棧橋跨，總面積3 744 m2，作為分段出運(yùn)兼分段翻身場地。

分段裝焊工場設(shè)雙層行車，低軌行車軌高14 m，高軌行車軌高21 m。低軌行車噸位為20 t，主要用于零部件及舾裝件的吊裝，高軌行車用于分段起胎、吊運(yùn)及翻身?？紤]到本項目的產(chǎn)品種類多，平直分段較少，不設(shè)平面分段流水線。

3.7 分段報驗工場

單獨(dú)設(shè)立焊接報驗工場有利于減少分段占胎架時間，提高車間分段胎架周轉(zhuǎn)率。該工場緊貼分段裝焊工場布置，以盡量縮短分段運(yùn)輸距離，主尺度為144 m×24 m，面積為3 456 m2。凈空高度取14 m，以保證絕大多數(shù)分段的進(jìn)出。為方便分段就地修正(分段結(jié)構(gòu)的火工矯正、焊縫劈鏟、焊縫修補(bǔ)等)，在焊接報驗工場內(nèi)設(shè)置公用動點(diǎn)供應(yīng)點(diǎn)若干。

4 應(yīng)用無縫連接生產(chǎn)理念的優(yōu)化設(shè)計

當(dāng)前我國造船業(yè)普遍存在鋼板翻找過于頻繁，零部件生產(chǎn)過剩，分段制作等料窩工等諸多困擾，這當(dāng)然主要是船廠生產(chǎn)管理不到位的原因所致。如生產(chǎn)設(shè)計不到位，沒有嚴(yán)格按照托盤管理的要求進(jìn)行下料，沒有按照設(shè)計的要求進(jìn)行分批進(jìn)料等。這些普遍現(xiàn)象反映了我國造船業(yè)總體造船水平離現(xiàn)代造船模式的要求存在階段性的差距，完全按照現(xiàn)代造船模式建立的船舶與海洋工程基地未必能完全適應(yīng)我國造船業(yè)的實情。

本項目從實際出發(fā)，基于馬尾船政的生產(chǎn)管理水平現(xiàn)狀，借鑒揚(yáng)州大洋船廠成功實現(xiàn)的無縫連接生產(chǎn)工藝[3]，將它應(yīng)用到工程設(shè)計中，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)前期下料配套的完整性和后期控制分段占胎周期。具體措施有以下幾點(diǎn)。

(1) 適當(dāng)擴(kuò)大鋼料堆場。較為充裕的堆場，一方面為延長存貨周期創(chuàng)造了條件，可以彌補(bǔ)因基地離鋼材進(jìn)貨點(diǎn)遠(yuǎn)而帶來的進(jìn)貨頻率低的不足。另一方面，為嚴(yán)格控制堆垛高度創(chuàng)造了條件，可以最大限度降低翻板幾率。經(jīng)測算，本項目鋼料堆場較常規(guī)設(shè)計擴(kuò)大了約一倍。

(2) 增大理料工場的面積。理料工場存放的是經(jīng)拋丸、噴漆、烘干等一系列預(yù)處理，按照分垛規(guī)則存放，準(zhǔn)備下料的鋼材?？紤]到本項目的代表產(chǎn)品種類多且差異大，所需的鋼材品種規(guī)格數(shù)量巨大，這給完整性備料帶來了不小的挑戰(zhàn)，為此，拉大工場廠房跨度，以容納下兩列鋼板(鋼板長度方向堆放)布置，從而增大堆垛數(shù)量。

(3) 適當(dāng)擴(kuò)大切割加工工場。據(jù)統(tǒng)計，制造過程中物料傳輸費(fèi)用占據(jù)生產(chǎn)總成本的1/4左右，優(yōu)良的廠區(qū)布局使得傳輸和等待的費(fèi)用至少減少10%～30%[4]。為此，切割加工工場較常規(guī)設(shè)計多留出約20%的面積作為轉(zhuǎn)運(yùn)集配場地，以避免零件的二次轉(zhuǎn)運(yùn)，盡量減少無效的作業(yè)時間。

(4) 盡量擴(kuò)大部件裝焊工場。分段作業(yè)量經(jīng)分解后,約占60%左右的工作量是框架組件、部件[3]制作。組件、部件制作可擴(kuò)大作業(yè)面,改善電焊的作業(yè)方式,減少困難作業(yè)面,降低電焊工的作業(yè)強(qiáng)度,提高胎架利用率，縮短分段建造周期。本項目部件裝焊工場內(nèi)組件、部件的裝焊量較常規(guī)設(shè)計多約一倍。

(5) 設(shè)立了分段報驗工場。其優(yōu)點(diǎn)是，首先分段報驗不占用內(nèi)場寶貴的生產(chǎn)場地，不影響造船作業(yè)流程的連續(xù)性。報驗后由專職人員進(jìn)行修補(bǔ)，這對提高工效、降低成本極為有利。實際上，這項舉措在韓國已經(jīng)實施多年。如大宇造船設(shè)有分段報驗車間(工場)，將內(nèi)場完工的分段集中排放在外場簡易工棚內(nèi)報驗[1]。

5 結(jié)語

作為整個工程設(shè)計工作的核心，工程工藝設(shè)計不但需要吃透業(yè)主的意圖，體現(xiàn)工程項目功能性的基本要求，而且需要將行業(yè)內(nèi)先進(jìn)的生產(chǎn)組織管理理念介紹給業(yè)主，這對于提高企業(yè)生產(chǎn)能級收益巨大。本項目從客戶滿意角度出發(fā)，根據(jù)業(yè)主當(dāng)前的生產(chǎn)管理水平，針對性地引入了重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)前期下料完整性的無縫連接生產(chǎn)理念，對基于現(xiàn)代造船模式的工程工藝設(shè)計進(jìn)行了局部優(yōu)化，得到了業(yè)主的肯定。

[1] 羅廣基.現(xiàn)代造船模式的應(yīng)用研究報告(第二專題)[C]//以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向總裝造船作業(yè)主流程優(yōu)化方案的應(yīng)用研究[R]. 廣船國際股份有限公司.2005.

[2] 中國水運(yùn)網(wǎng).我國造船技術(shù)水平與國外仍有差距[EB/OL].http://www.zgsyb.com/thread-150786-1.html.2013.

[3] 洪俊,徐傳灴.淺論分段直線無縫連接生產(chǎn)工藝流程[J].船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師,2010,5:40-42.

[4] 郁泉興.現(xiàn)代造船模式與大型造船總平面布置[J].造船技術(shù)，1996,2:1-12.

Elementary Introduction of Seamless Production Process Applied in Ship and Offshore Manufacturing Base Design

ZHU Kai

(China Shipbuilding NDRI Engineering Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

Taking the Fujian Mawei shipbuilding engineering project as an example, the basic application of the modern shipbuilding mode in ship and offshore manufacturing base design is introduced. Considering the owner’s current production management level, the writer brings the concept of seamless production into the process design, which emphasis on the integrity of the material cutting in the pre-production, the design work does optimize the plant layout and gains the owner’s acceptance.

Modern shipbuilding mode Seamless production process Engineering technology

朱 凱(1980-)，男，工程師。

U673

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