淺談船舶鋼材材料利用率提高

頓小輝

摘要：在如今競(jìng)爭(zhēng)激烈的造船行業(yè)中，如何降低成本是在低迷的造船市場(chǎng)中突出重圍和爭(zhēng)取主動(dòng)的關(guān)鍵，根據(jù)相關(guān)資料的統(tǒng)計(jì)，鋼材作為造船的主要原料之一其在全船造船成本中的占比將近30%以上，如何提高船舶鋼材的利用率具有重要的現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)意義。

Abstract： In today's highly competitive shipbuilding industry， how to reduce the cost is the key to highlight the encirclement and strive for initiative in the depressed shipbuilding market. According to the statistics of relevant data， steel， as one of the main raw materials of shipbuilding， accounts for more than 30% of the shipbuilding cost of the whole ship. How to improve the utilization rate of ship steel has important practical and economic significance.

關(guān)鍵詞：鋼材利用率;船廠;船舶鋼材

Key words： steel utilization;shipyard;ship steel

中圖分類號(hào)：F407.474? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0211-02

0? 引言

鋼材利用率作為衡量鋼材利用的唯一指標(biāo)，指標(biāo)的高低直接反應(yīng)了船廠對(duì)于鋼材使用能力，本文通過(guò)分析影響船舶鋼材利用率的幾大因素，提出了提高船舶鋼材利用率的途徑和措施，從而節(jié)省鋼材原料的使用可以為船廠節(jié)省大量的成本。

1? 船舶鋼材材料利用率計(jì)算方法

GB/T37535-2019中的定義材料利用率統(tǒng)計(jì)方法有兩種，分別為一次利用率和綜合利用率，其中大部分船廠都是以一次利用率作為衡量鋼材利用高低的指標(biāo)，即船體結(jié)構(gòu)中零件理論重量占單船船體結(jié)構(gòu)鋼材實(shí)際領(lǐng)用量的百分比，計(jì)算公式如下：

Rgy1 =■

式中：

Rgy1：鋼材一次利用率;

Wt1：?jiǎn)未w結(jié)構(gòu)零件理論總重量，單位為噸（t）;

Wdsl：?jiǎn)未w結(jié)構(gòu)鋼材實(shí)際領(lǐng)用量，單位為噸（t）。

2? 材料利用率的影響因素

2.1 材料利用率控制流程的影響

船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)耗時(shí)長(zhǎng)，工作量龐大的的系統(tǒng)工程，一條船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往由多個(gè)單位或者一個(gè)單位的多個(gè)部門協(xié)同完成，設(shè)計(jì)過(guò)程中牽涉到許多設(shè)計(jì)人員，材料利用率作為一個(gè)效果體現(xiàn)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，控制工作卻要貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的參數(shù)指標(biāo)，因?yàn)槠湫Ч@現(xiàn)的滯后性導(dǎo)致前期設(shè)計(jì)很難關(guān)注也不太關(guān)注，而且生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段反饋出來(lái)的利用率優(yōu)化修改會(huì)導(dǎo)致前期設(shè)計(jì)的返工，造成大家對(duì)反饋修改有抵觸情緒，所以利用率控制必須要有流程支撐，否則材料利用率控制工作推進(jìn)將困難重重。

2.2 設(shè)計(jì)對(duì)于鋼材利用率的影響

船舶設(shè)計(jì)主要分三個(gè)階段，即基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)，三個(gè)設(shè)計(jì)階段對(duì)應(yīng)的船舶設(shè)計(jì)不同的工作內(nèi)容，設(shè)計(jì)對(duì)于船型參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式、套料方式和板規(guī)的選擇對(duì)于材料利用率都有影響，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)于材料利用率控制意義重大。

2.3 采購(gòu)對(duì)于鋼材利用率的影響

在造船較先進(jìn)的日本和韓國(guó)已經(jīng)具備了完善的船廠鋼材配套供應(yīng)鏈體系，鋼板基本采取不定尺采購(gòu)，即設(shè)計(jì)套料需要什么板規(guī)就采購(gòu)什么規(guī)格，材料的大小不受尺寸限制，甚至部分船廠與鋼廠建立了深度配套系統(tǒng)，船體零件直接由鋼廠下料后配套送給船廠，船廠基本沒(méi)有材料浪費(fèi)，雖然國(guó)內(nèi)造船經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，材料配套方面有了很大的改善，但是相比于日韓船廠配套還存在不小的差距，仍然無(wú)法做到完全不定尺采購(gòu)。另外很多因素導(dǎo)致船廠自身對(duì)于采購(gòu)板規(guī)數(shù)量還有限制和要求，這更加影響了利用率的提高。

2.4 工藝技術(shù)因素對(duì)于鋼材利用率的影響

船廠工藝技術(shù)水平的高低，建造精度管理的好壞對(duì)于材料利用率也有著不可忽略的影響，據(jù)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)船廠精度水平與日韓企業(yè)相比還有相當(dāng)差距，國(guó)內(nèi)能做到分段無(wú)余量下料的比例只有70%左右，而日韓企業(yè)能夠普遍做到95%，分段建造余量、零件下料、加工余量從理論角度來(lái)講都是不必要的，余量本身就是一種材料浪費(fèi)，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)如果分段無(wú)余量數(shù)量比例提高20%，則船體鋼材利用率將提高0.15%。

2.5 余料使用與管理對(duì)于鋼材利用率的影響

因?yàn)殇摪宀少?gòu)無(wú)法做到不定尺采購(gòu)，設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生余料將無(wú)法避免，同時(shí)受制于技術(shù)條件影響，余料無(wú)法做到完全按照實(shí)際形狀生成，一般情況下主要的余料形狀有矩形、三角形、L型和T型余料這就導(dǎo)致材料轉(zhuǎn)余料的時(shí)候就存在一次損耗浪費(fèi)，另外國(guó)內(nèi)大部分船廠對(duì)于余料管理都明顯力不從心，現(xiàn)場(chǎng)余料亂用和串用是十分常見(jiàn)，設(shè)計(jì)的余料庫(kù)和現(xiàn)場(chǎng)的余料庫(kù)無(wú)法完全匹配，從而更加劇了余料的浪費(fèi)而影響了材料的利用率。

3? 提高材料利用率的措施和方法

3.1 加強(qiáng)材料利用率的過(guò)程管控

3.1.1 建立材料利用率控制流程? 因?yàn)椴牧侠寐士刂乒ぷ髫灤┗驹O(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)三個(gè)階段，各個(gè)設(shè)計(jì)階段工作是相互交織，互相影響的，如何將各個(gè)設(shè)計(jì)階段的利用率控制工作落到實(shí)處，并在各設(shè)計(jì)階段之間建立有效的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，這對(duì)于利用率的控制非常重要，所以從這點(diǎn)講材料利用率的控制不單純是技術(shù)問(wèn)題也是管理問(wèn)題。為了最大限度的提高材料利用率，把設(shè)計(jì)過(guò)程中不可控的因素變?yōu)榭煽鼐托枰惶紫到y(tǒng)的、完善的流程來(lái)保駕護(hù)航，在流程中明確每一個(gè)設(shè)計(jì)角色在材料利用控制中所承擔(dān)的責(zé)任義務(wù)。

3.1.2 將利用率控制化整為零分塊管理? 材料利用率是按照項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，它是由全船所有的分段利用率組合而成，所以為確保材料利用率達(dá)成目標(biāo)，需要將材料利用率分解到每一個(gè)分段進(jìn)行管理，通過(guò)對(duì)單個(gè)分段利用率進(jìn)行目標(biāo)管理，最終促成利率用總體目標(biāo)完成，在管控過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)材料利用率與目標(biāo)值差距過(guò)大則需要分析原因找出對(duì)策，只有將每一個(gè)分段的利用率控制好了，全船的利用率就有保障了。

3.2 加強(qiáng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段前期策劃? 一般情況下生產(chǎn)設(shè)計(jì)在拿到詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙后基本上只會(huì)做一些常規(guī)主要構(gòu)件的排板策劃，如外板、內(nèi)底、甲板、縱橫艙壁板的板縫規(guī)劃，往往會(huì)忽略機(jī)艙區(qū)域的小艙壁以及機(jī)艙的T型主肋骨等的排板，零件的段縫都是任由設(shè)計(jì)員發(fā)揮，一方面導(dǎo)致后期套料中的板規(guī)選擇的雜亂無(wú)序，不利于套料板規(guī)總體數(shù)量的控制，另一方面因?yàn)闄C(jī)艙首尾區(qū)域零件線型大而且不規(guī)則，不進(jìn)行板縫規(guī)劃很容易導(dǎo)致材料利用率低下，所以在條件具備情況下要盡可能擴(kuò)大排板范圍，細(xì)化零件排板策劃，在排板過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)板縫位置與詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙有沖突的要及時(shí)反饋調(diào)整，盡量避免材料的浪費(fèi)。

3.3 采用先預(yù)套料后購(gòu)買材料? 隨著三維建模設(shè)計(jì)模式在造船領(lǐng)域的不斷推廣應(yīng)用，船廠完全有條件在材料采購(gòu)之前進(jìn)行快速建模預(yù)排套料然后再采購(gòu)，盡量避免手工預(yù)估材料，因?yàn)轭A(yù)套料對(duì)于套料板規(guī)的選擇和材料采購(gòu)數(shù)量會(huì)更精準(zhǔn)合理，大大降低手工預(yù)估材料造成的板規(guī)“非寬即窄，非長(zhǎng)即斷”造成的材料浪費(fèi)。

3.4 優(yōu)化套料批次，相似分段混套? 因?yàn)榇w零件有大有小形狀各異，從排版組合的角度來(lái)講，套料零件越多則排版組合就越多，單張板的零件排布才可能會(huì)越合理，板材利用率也會(huì)更高，所以可以采用分段混套的方式，分段批次劃分尤以相似分段混套對(duì)利用率提高最有利，另外分段批次劃分要考慮現(xiàn)場(chǎng)的下料順序以及設(shè)計(jì)套料管理的問(wèn)題，一批次分段數(shù)量過(guò)多可能會(huì)造成分段套料供應(yīng)跟不上的問(wèn)題。

3.5 加強(qiáng)分段套料利用率的薄弱點(diǎn)管控? 縱觀全船各個(gè)區(qū)域材料利用率，貨艙和上建零件比較規(guī)整，所以材料利用率會(huì)比全船利用率高，機(jī)艙和首尾區(qū)域的零件不規(guī)整且線型變化大，材料利用率會(huì)比全船利用率低，根據(jù)統(tǒng)計(jì)一般機(jī)艙會(huì)比貨艙區(qū)域利用率低4～7%左右，另外當(dāng)前主流船廠的下料基本都采用了分道套料下料方式，各船廠因?yàn)樽陨砉に嚵飨虻膮^(qū)別分道會(huì)有所不一樣，但是基本都會(huì)包含拼板、構(gòu)件、外板三道，而在這些分道之中外板的材料利用率為最低，一般會(huì)比分段利用率低4%左右，所以分段套料利用率方面要重點(diǎn)關(guān)注外板的套料利用率。

3.6 小范圍材料代用? 在分段套料過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一批零件套料后會(huì)剩余部分零件無(wú)料可套的尷尬，因?yàn)榱慵僭鲩_(kāi)整板套料浪費(fèi)又比較多，所以可以對(duì)于非重要構(gòu)件進(jìn)行板厚以大代小、材質(zhì)以高代低混套到其它的套料板中，既解決了剩余零件沒(méi)有材料的問(wèn)題，又可以充分利用其它套料板的空余部分，這是套料中一種常用提高材料利用率的方法。

3.7 采取特殊的下料切割方式? 縱所周知鋼板在切割中會(huì)產(chǎn)生切割損耗，據(jù)統(tǒng)計(jì)一條6.4萬(wàn)噸的散貨船全船切割米數(shù)大約23萬(wàn)米，如果割縫寬度按照5mm、名義板厚按照15mm估算，則切割損耗重量就有約13.5噸，所以在切割方面可以采取特殊下料方式，譬如零件共邊切割、條才集中裁條切割下料切割等等。

3.8 優(yōu)化改進(jìn)建造工藝，提高建造精度? 生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中有各種各樣的余量，常見(jiàn)的有合攏余量、板材加工余量、型材加工、下料余量等，大力推進(jìn)精度控制管理以及工藝工法減少或者避免一部分余量，對(duì)于材料利用率的控制也是大有益處。

3.9 做好問(wèn)題總結(jié)，避免重復(fù)性錯(cuò)誤? 船廠應(yīng)總結(jié)多年的造船經(jīng)驗(yàn)形成一套自己的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)員工設(shè)計(jì)，對(duì)于過(guò)往船出現(xiàn)的問(wèn)題要做好總結(jié)，特別是首制船的問(wèn)題總結(jié)，將首制船的問(wèn)題盡量在后續(xù)船上得到落實(shí)，減少系列船重復(fù)錯(cuò)誤的發(fā)生以及典型錯(cuò)誤的重復(fù)發(fā)生，減少現(xiàn)場(chǎng)返工從而降低材料的損耗，提高材料利用率。

3.10 增加采購(gòu)板規(guī)，采取非常規(guī)板批量定制采購(gòu)? 因?yàn)槭苤朴阡搹S對(duì)鋼板尺寸的限制，所以設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生余料，材料利用率也受到較大影響，為了盡量減少板材尺寸限制給材料利用率帶來(lái)的影響，一方面可以在經(jīng)濟(jì)板規(guī)允許范圍內(nèi)盡量增加套料板材規(guī)格數(shù)量，另一方面鋼廠除對(duì)常規(guī)板材規(guī)格有要求外，如果非常規(guī)板形成批量也能接受不加價(jià)定制，所以船廠可以充分利用鋼廠的加價(jià)原則來(lái)定制所需要的板規(guī)。

3.11 提高余料的管理水平? 在船舶制造的過(guò)程中，鋼材經(jīng)過(guò)下料后會(huì)生成形狀不一的余料，但是這些余料不是廢料，經(jīng)過(guò)合理的加工之后，也可以應(yīng)用于后期的船舶制造之中。第一，建立余料信息共享平臺(tái)，將余料信息進(jìn)行統(tǒng)一化管理，避免設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)余料信息管理各自為政，造成余料不一致的問(wèn)題。第二，建立規(guī)范的余料分類管理機(jī)制，將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的余料一定規(guī)律如大小、材質(zhì)、板厚進(jìn)行分類存放和管理，避免余料堆放無(wú)序、查找困難、使用混亂。第三，制定余料、邊角料的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，規(guī)范余料、邊角料的使用，避免現(xiàn)場(chǎng)余料邊角料亂用。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文從材料利用率的影響因素著手，對(duì)于材料利用率的提高給出了具體的措施和建議，為船廠鋼材材料利用率的提高節(jié)約成本提供了方案參考。

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