船舶上建兩翼分段精度控制技術(shù)

曹維虎,朱佳平,董鐵迪

(上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

隨著上層建筑量化精益管理的推行、生產(chǎn)節(jié)奏明顯加快,目前公司在建的21萬t散貨船上建兩翼分段結(jié)構(gòu)特殊,分段劃分模塊多,交叉作業(yè)干擾多,對(duì)精度和生產(chǎn)控制過程提出了較高的要求。為此,考慮針對(duì)21萬t散貨船上建兩翼分段總組對(duì)接時(shí)易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)錯(cuò)位、合攏間隙超標(biāo)、形位公差超標(biāo)等問題,提出具體精度控制方法和建議。在精度數(shù)據(jù)采集、模擬總組數(shù)據(jù)分析、余量?jī)?yōu)化等工序中進(jìn)行精細(xì)化管理,同時(shí)對(duì)分段各階段加強(qiáng)精度控制、不斷優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工難度,從而達(dá)到快速模擬搭載,提高精度現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全和生產(chǎn)效率的目的。

21萬t散貨船上建兩翼主要為A字架與921/931箱體平臺(tái)結(jié)構(gòu)預(yù)總組后,再進(jìn)行吊裝搭載(見圖1);吊裝過程中涉及上建901、905、906分段,因此對(duì)上建整體精度要求較高,控制主尺度、結(jié)構(gòu)裝配位置定位、焊接收縮控制等需要更高精度定位測(cè)量。A字架的主體結(jié)構(gòu)為兩根高約15 m,直徑為610 mm圓管,整體精度控制要求為±5 mm,但是現(xiàn)場(chǎng)常規(guī)測(cè)量定位手段無法找到準(zhǔn)確定位基準(zhǔn),如何利用精度控制技術(shù)去平衡這些限制因素是討論的重點(diǎn)。

圖1 散貨船上建兩翼總組分段

1 精度問題分析

1)921/931分段在組立階段開口尺寸控制不到位,導(dǎo)致下口趾端尺寸偏差較大,垂直度不良,見圖2。

圖2 921小組立趾端尺寸不良與垂直度不良

問題溯源分析;①921/931分段具有板薄,結(jié)構(gòu)弱易變形,在組立階段921分段制作時(shí),箱體與片體斜板裝配角度不良,導(dǎo)致斜板下口重合度不良;②箱體與片體斜板合攏時(shí)掛線錘操作不規(guī)范導(dǎo)致箱體下口水平不良,垂直度不良,最終導(dǎo)致箱體與片體斜板合攏口角度不良;③片體斜板脫胎翻身電焊、擱置及吊裝變形因素導(dǎo)致箱體與片體斜板的角度產(chǎn)生變形。

2)A字管與921總組定位時(shí)支撐管定位不準(zhǔn),導(dǎo)致A字管支撐角度偏差較大,其安裝精度直接影響后續(xù)搭載的生產(chǎn)效率,搭載時(shí)A字管與下口結(jié)構(gòu)偏差較大,增加了施工難度,耗費(fèi)不必要的工時(shí)?？偨M定位現(xiàn)場(chǎng)見圖3。

圖3 A字管與921總組定位現(xiàn)場(chǎng)

問題溯源分析:①A字管與921總組定位時(shí),現(xiàn)場(chǎng)定位時(shí)掛線錘時(shí)操作不規(guī)范,導(dǎo)致尺寸誤差較大;②A字管與921總組定位時(shí),總組胎架水平制作偏差,A字管與921分段不角尺,從而導(dǎo)致A字管支撐角度偏差較大。

3)由于上建兩翼分段搭載時(shí),半寬和高度測(cè)量是以首端面來定位的,總段較高,涉及高空作業(yè)且分段多,對(duì)于吊裝定位時(shí)分段主尺寸端面以及高度難以控制,從而增加了施工難度,現(xiàn)場(chǎng)搭載定位時(shí)合攏處容易出現(xiàn)高低錯(cuò)位、構(gòu)件對(duì)不準(zhǔn),垂直接頭和甲板接頭出現(xiàn)剪刀口現(xiàn)象,尤其是A字架支撐下口容易產(chǎn)生錯(cuò)位;全站儀使用時(shí)受環(huán)境交叉作業(yè)影響,使總段精度控制存在難度,見圖4。

圖4 搭載甲板高低錯(cuò)位與A字管支撐下口結(jié)構(gòu)錯(cuò)位

問題溯源分析:①上建兩翼分段總組時(shí)尺寸累積偏差,導(dǎo)致搭載時(shí)出現(xiàn)甲板高低錯(cuò)位;②上建總段層高水平不良累積誤差,分析基準(zhǔn)未統(tǒng)一;③上建兩翼分段從小組立脫胎到搭載經(jīng)過反復(fù)駁運(yùn)導(dǎo)致局部應(yīng)力集中,出現(xiàn)變形。

2 精度控制工藝

2.1 A字架精度管理要求

2.1.1 地線的設(shè)置

地線的設(shè)置可有效提升A字架定位精度,通過全站儀確立,以CL和ML為基準(zhǔn)開角尺線,開設(shè)時(shí)適當(dāng)偏移,最終保證角尺線落在胎架位置,開出邊緣線,所有地線用粉線彈出,同時(shí)在端部敲上洋沖,其控制標(biāo)準(zhǔn):尺寸精度要求為±1 mm,對(duì)角線3 mm以內(nèi)。

2.1.2 測(cè)量基準(zhǔn)控制要點(diǎn)

A字架制作階段嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求及精度控制要求制作,A字架現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制重點(diǎn)(見圖5):①-②:結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)線 ②-③:控制開檔尺寸。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)基準(zhǔn)線勘劃

2.1.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)勘劃(主要是A字架支撐開檔角度)

通過以結(jié)構(gòu)中心線和板材板邊為準(zhǔn)放樣,A字架在片體制作時(shí)以地線為基礎(chǔ),用全站儀掃面,確定管中心線交點(diǎn)在管外表面的反射點(diǎn)a、b、c、d;(見圖5b))。

注意事項(xiàng):①主尺寸,開檔角度控制好;②基準(zhǔn)線標(biāo)記好,完工后敲洋沖標(biāo)記;③以結(jié)構(gòu)中心線和板邊為準(zhǔn)放樣確定圓管中心線交點(diǎn)在管外表面的四等分點(diǎn)并敲洋沖標(biāo)記;④經(jīng)品精確認(rèn)合格后,方可流轉(zhuǎn)后道。

2.1.4 施工班組自檢

1)施工班組根據(jù)地線尺寸及收縮量加放,確定裝配定位位置。通過線錘確定同面度。水平確定標(biāo)高。

2)21萬t散貨船A字架角度控制借助線錘、角度尺進(jìn)行過程控制和檢測(cè)。用角度尺控制夾角,用線錘吊四等分點(diǎn)并與理論數(shù)據(jù)對(duì)照,見圖6。

圖6 A字架角度現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

2.1.5 A字架作完工

1)A字架焊后完工后,對(duì)主尺寸進(jìn)行測(cè)量并做好洋沖標(biāo)記,作為后續(xù)總組定位的參考依據(jù)(見圖7)。

圖7 完工洋沖標(biāo)記(注:結(jié)構(gòu)中心線反射四等分點(diǎn)需貼防護(hù)膠帶保留洋沖點(diǎn))

2)經(jīng)過前期精心策劃,A字架主尺寸以及支撐角度得到明顯改善,見表1。

表1 A字架改善效果

2.2 小組立階段921/931分段

2.2.1 胎架水平及地線管理

1)對(duì)921/931分段制作胎架定期進(jìn)行水平測(cè)量,并對(duì)局部下沉進(jìn)行修補(bǔ)找平。

2)921/931分段胎架開設(shè)地線,并定期復(fù)檢精度及進(jìn)行油漆標(biāo)記。

2.2.2 小組立921分段趾端尺寸不良與垂直度不良

1)主要控制平臺(tái)箱體與片體之間夾角,施工班組現(xiàn)場(chǎng)定位未嚴(yán)格控制好夾角,現(xiàn)場(chǎng)用角度尺測(cè)量參考,用模型之間的距離點(diǎn)號(hào)ab斜長(zhǎng)來監(jiān)控夾角,通過保證斜長(zhǎng)控制角度,從而確保箱體與片體的整體精度,見圖8。

圖8 921/931在胎精度管理要求

2)平臺(tái)箱體制作過程按照吊線錘方法并提供自檢單進(jìn)行控制和管理。

3)對(duì)片體斜板具有板薄,結(jié)構(gòu)弱易變形,使用槽鋼進(jìn)行剛性加強(qiáng)固定,減少其焊接變形。

4)片體制作時(shí)對(duì)焊腳進(jìn)行目視化標(biāo)注,建立完善的自檢、互檢、抽檢制度,嚴(yán)格控制焊接焊腳高度、電流、電壓、大小、焊接速度。

5)片體完工翻身擺放時(shí),嚴(yán)格按照工藝加強(qiáng)要求,注意擺放到強(qiáng)結(jié)構(gòu)位置,避免擺放不到位產(chǎn)生應(yīng)力集中變形。

2.2.3 分段精度管理要求

1)分段完工后,施工班組對(duì)整體進(jìn)行水平、尺寸、檔距等基礎(chǔ)精度管理項(xiàng)目的自檢,調(diào)整到位后報(bào)作業(yè)區(qū)L-AC確認(rèn)。

2)作業(yè)區(qū)L-AC確認(rèn)無誤后,提交品精報(bào)驗(yàn),品精部對(duì)分段進(jìn)行三維測(cè)量,根據(jù)分段三維測(cè)量分析數(shù)據(jù)對(duì)分段超標(biāo)范圍進(jìn)行修正,修正方向應(yīng)由精度管理員進(jìn)行明確,修正完成后,再報(bào)品精確認(rèn)合格后,方可進(jìn)入下一道工序。

2.3 A字架與921/931總組定位

2.3.1 A字架與921/931總組定位時(shí)安裝時(shí)角尺度不良

胎架及地線管理。

1)對(duì)A字架總組制作胎架的水平定期進(jìn)行水平測(cè)量進(jìn)行管理。

2)胎架開設(shè)地線,定期復(fù)檢精度及進(jìn)行油漆標(biāo)記,按要求制作地線,精度要求±1 mm,見圖9。

圖9 地線標(biāo)記

2.3.2 A字架與921/931總組定位時(shí)支撐定位不準(zhǔn)

1)主要測(cè)量點(diǎn)管理。①結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)線ab;②管子合攏口四等分點(diǎn)1、2、3、4(見圖10);③現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)勘劃(主要是A字架斜撐);④關(guān)鍵點(diǎn)粘貼反射片。

圖10 A字架總組三維定位

2)實(shí)施三維定位。A字架與921/931總組時(shí)以地線為基礎(chǔ),用全站儀實(shí)施三維定位,從而確保A字管支撐角度偏差較大。

2.3.3 A字架與921分段總組完工測(cè)量

總組完工后,對(duì)分段主要關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量與分析,為后續(xù)模擬總組提供參考依據(jù)。(見圖11、12)

圖11 現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)

圖12 A字架與921分段測(cè)量控制點(diǎn)

2.4 上建兩翼分段搭載階段

2.4.1 上建兩翼分段搭載定位

1)上建兩翼分段開始實(shí)施模擬搭載,提前對(duì)余量進(jìn)行預(yù)修割,模擬匹配率高,減少不必要的修割工作量。

2)上建總段層高嚴(yán)格控制,分析基準(zhǔn)要統(tǒng)一,從而有效避免總段層高累積誤差影響。

3)上建兩翼分段搭載定位時(shí),提前做好精度策劃(包括全站儀測(cè)量位置),作為后續(xù)上建定位的參考依據(jù)。

4)上建兩翼分段完工翻身擺放時(shí),嚴(yán)格按照工藝加強(qiáng)要求,擺放到強(qiáng)結(jié)構(gòu)位置,避免擺放不當(dāng)產(chǎn)生應(yīng)力集中變形。

2.4.2 基于全站儀的三維數(shù)據(jù)采集

目前是采用全站儀進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集,即基于船體模型的空間理論坐標(biāo),通過在現(xiàn)場(chǎng)采集實(shí)物產(chǎn)品的實(shí)際坐標(biāo)值,然后在ECO-BLOCK分析軟件中進(jìn)行坐標(biāo)疊加的比對(duì)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品精度分析(現(xiàn)場(chǎng)采集90A總段數(shù)據(jù)見圖13,ECO-BLOCK軟件數(shù)據(jù)分析見圖14)。

圖13 上建90A總段現(xiàn)場(chǎng)三維采集數(shù)據(jù)

圖14 ECO-BLOCK軟件數(shù)據(jù)分析

2.4.3 三維數(shù)據(jù)模擬搭載

1)三維數(shù)據(jù)模擬搭載是利用多個(gè)產(chǎn)品ECO-BLOCK分析后的三維數(shù)據(jù)坐標(biāo),模仿船塢內(nèi)進(jìn)行搭載的一種精度管理手段,在ECO-OTS中通過對(duì)分段的組合分析,從而確定修割余量和偏差位置,用于確保分段在搭載過程中單個(gè)產(chǎn)品處于三維最佳狀態(tài),同時(shí)也大大增加了產(chǎn)品搭載前的可調(diào)整空間及準(zhǔn)備時(shí)間。

2)在ECO-OTS中軟件中利用”基準(zhǔn)分段”和”搭載分段”,初步顯示兩個(gè)分段空間配合誤差。軟件界面中用箭頭和數(shù)值顯示結(jié)構(gòu)錯(cuò)位方向和程度,箭頭和數(shù)值的不同顏色能直觀展示結(jié)構(gòu)錯(cuò)位大小的分布情況。在模擬搭載中通過多點(diǎn)變換進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整或者利用一點(diǎn)轉(zhuǎn)換﹑兩點(diǎn)旋轉(zhuǎn)等手動(dòng)調(diào)整方法,實(shí)時(shí)觀察基準(zhǔn)分段與搭載分段的耦合狀態(tài),從而預(yù)判上建90A總段與921/931分段的定位狀況,從而提前確定分段的余量修割值,為現(xiàn)場(chǎng)總組提供數(shù)據(jù)支撐(見圖15)。

圖15 ECO-OTS數(shù)據(jù)模擬分析

2.4.4 提前修割余量

吊裝前預(yù)先修整切割余量能有效提高總組生產(chǎn)效率,改善施工環(huán)境,根據(jù)ECO-OTS數(shù)據(jù)模擬分析作出余量匹配修割數(shù)據(jù),通知施工班組,在吊裝之前提前利用模板修割余量,確保切割質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)余量預(yù)修整,對(duì)提高精度起到較好的作用(見圖16)。

圖16 修割余量

2.4.5 分段吊裝

分段余量進(jìn)行切割后,上建兩翼分段進(jìn)行吊裝,由于已經(jīng)提前對(duì)余量進(jìn)行了修割,所以吊裝情比較順利,能夠一次到位,整體狀態(tài)良好,主甲板基本貼合,焊縫間隙滿足規(guī)范要求,構(gòu)架錯(cuò)位控制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)(見圖17)。

圖17 現(xiàn)場(chǎng)修割余量跟蹤

3 實(shí)施狀況跟蹤

1)通過上建兩翼分段制作過程精度控制工藝的改善,目前公司在做上建兩翼分段垂直度、合攏口錯(cuò)位空縫問題以及A字管下口錯(cuò)位得到了較大的改觀,在后續(xù)上建兩翼分段制作過程中,對(duì)A字管與921/931總組快速定位,為后續(xù)工藝改善的重點(diǎn)。

2)以210KBC散貨船型上建兩翼分段為例,通過三維模擬預(yù)拼裝技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,開刀量明顯減少,生產(chǎn)效率有所提高;精度控制技術(shù)得到有效應(yīng)用;上建兩翼分段精度指標(biāo)見表2。

表2 上建兩翼分段精度指標(biāo)

4 結(jié)論

經(jīng)實(shí)踐證明,對(duì)21萬t散貨船上建兩翼分段制作階段精度控制,總組階段使用三維測(cè)量定位以及利用上建三維模擬總組吊裝前的一段時(shí)間來確定正確的余量數(shù)據(jù)的方案是切實(shí)可行的。上建兩翼分段開始實(shí)施模擬搭載,提前對(duì)余量進(jìn)行預(yù)修割,模擬匹配率高,數(shù)據(jù)采集要求精確無誤,嚴(yán)禁產(chǎn)生不必要的誤差而導(dǎo)致間隙超標(biāo)等精度問題的出現(xiàn)。這一改進(jìn)方法和傳統(tǒng)總組定位方法相比,定位時(shí)間能有效縮短到4 h,最大限度地提升上建分段的生產(chǎn)效率及質(zhì)量,可有效避免因精度不良導(dǎo)致返工而造成人力、物力資源的浪費(fèi)。對(duì)上建兩翼相關(guān)分段精度控制的工藝技術(shù)進(jìn)行歸納總結(jié),形成了一整套精度控制的工藝技術(shù),可為后續(xù)船提供數(shù)據(jù)支撐,供薄板上建同類型分段精度控制的改進(jìn)、借鑒。