李加钦-船舶建造全过程精度管理

船舶建造全过程精度管理

All-proceeding Accuracy Administration of Ship Building

作 者 姓 名： 李加钦

学科、 专业： 船舶与海洋工程

学 号： 31308011

指 导 教 师： 张雪彪

完 成 日 期： 2013年10月30日

大连理工大学

Dalian University of Technology

前言

为什么要进行船体建造全过程精度管理？因为船体建造周期长、工序多，累积误差比较大； 船体建造过程的变形情况复杂，要掌握在切割、冷热加工、焊接、矫正、吊运等各工序引起的弹塑性与热塑性变形规律较困难；建造过程中大多为手工制作，手工误差难以控制 ；工件在制作过程中的环境影响远比机械制作过程大得多，有相当一部分工件的 制作过程是需要在室外、高空等条件下作业，冷热加工的相互交叉，不同条件 的工序相互交叉等形成的作业环境非常恶劣，工件完工后的误差难以控制。以上特点导致了船体建造必须进行全过程精度管理。

1.全过程精度管理的概念

全过程造船精度管理，即精度造船，就是以船体建造精度标准为基本原则，通过科学的管理办法和先进的工艺技术手段，对船体零部件、分段和全船舾装件进行尺度精度控制，减少总组以及船坞修 正量，并为提高舾装率、降低涂装破坏率创造有利条件，达到提高船舶建造质量、缩短船舶建造周期的目的。

2.全过程精度管理的内容

2.1全过程精度管理的分类

全过程精度管理分为主动管理和被动管理。主动管理是指在切割、加工、焊接等分段组立的全 部过程中，事先进行一系列预防分段变形的措施，如改良设计、刚才厚度、分段切割、 改善施工方法等。被动管理是指在组立、搭载过程中，利用全站仪进行精度管理 ，对已经发生变形的分段进行控制，如受力变形、垂直度、精度管理基准、焊接顺序等。

全过程精度管理按阶段划分为：号料及加工、部件装配、分段装配和船台装配。

2.2全过程精度管理的内容

2.2.1导致变形的因素以及变形的预防措施

导致变形的因素主要有：外界环境因素导致的变形 、焊接因素导致的变形 、外力因素导致的变形 以及其他因素导致的变形。 若要预防变形，应该正确选择 焊接程序 、合理预留收缩余量 、积极采用 反变形措施 、适当刚性固定。

2.2.2精度分析

精度分析是为了对建造全过程的精度状况有一个数量上的了解，以便发现问题，并采 取相应的补偿和控制措施（包括加放余量与选择余量的切除时机），以确保尺寸精度能控制在允许的范围内。精度分析包括：精度标准的制定、补偿量的计算及分配、过程建造控制。

图1.全过程精度管理流程

2.2.3精度计划及编制要领

通过实测、理论分析、试行、反馈、研究„（反复循环）→ 获得符合本企业的精度分析结果；依据建造方法和工艺流程，划分精度控制各阶段；分析各阶段误差形成及累积过程，确定各阶段的允许误差；按照允许误差值，决定施工要领和工艺技术方法，即：在精度分析的基础上， 采取各种相应措施，其中最重要的是加放系统补偿量、余量以及合理选择切除余量的时机等。

3.精度造船的关键技术

3.1无余量造船

无余量这个概念比较广，包含两层意思，一是分段有余量，通过切割余量后为无余量制造；另一是施工过程本身就是无余量的，一般称为精度分段，即从内部构件到分段完成直接就是无余量的。

后者相对前者来说，设计、工艺、施工难度要大多了，而关键的难点就在补偿量的加放。 补偿量取代余量，是当今造船精度控制的核心内容。

补偿量的加放的原则：

1）稳定工艺原则：指建造方法、装焊程序、焊接方法，以及人员、设备等工艺稳定不变，并以此作为精度补偿的前提。

2）严格管理原则：提高管理水平与精度控制直接相关.如果管理水平很高，各道工序能切实做到严格控制，那么就有可能实行全过程的尺寸精度补偿.如果管理水平较高，则只能实行局部的尺寸精度补偿.如果管理水平较差，只能进行非系统补偿，或以加放工艺余量为主，要开展尺寸精度的系统补偿是不可能的。

3）对影响工件收缩变形因素考虑原则：在确定补偿量值时，应全面考虑船体建造过程中各种因素对工件变形所起作用的大小，以及各种因素间的相互关系.但由于船体建造过程中影响因素实在太多，它们之间关系错综复杂，纵横交叉，因此，一般以考虑焊接收缩变形为主，并加以补偿。

3.2总组工具和工装优化

图2.优化前的工装

图3.优化后的工装

3.3先进的测量技术

以前所有的尺寸均是在一维空间上测量，结

合后也只有二维空间尺寸，若常规测量方法得出

三维尺寸则将消耗大量测量劳动力且繁琐，实际

在快速生产中是不现实的.这样对于总组数据控

制上提供分析时就不能全面.在引进了先进的全

站仪后这样就可以优化所有的总组精度测量表。

3.4三维模拟搭载技术 图4.全站仪测量船首数据

三维模拟搭载技术可用于船舶制造过程现场尺寸检查、几何量检查、三维精度控制、分段模拟搭载、检查分段CUT/WELD值、预计分段吊装位置、形成精度检查表等的专用系统。它以系统软件为核心，集成现代高精度全站仪及各种附件于一体，能够快速、精确、自动的对各种焊接件、船体分段、船体合拢进行精度检查及控制。

图5.模拟搭载

4.中国与外国相比的不足之处

在精度控制方面，日、韩已经形成了一整套精度控制管理体制体系，将精度控制管理贯穿于造船的全过程，即每年制定一个精度管理计划，确定基本方针、工作重点，各阶段精度控制项目，控制的目标值、实际测量值，责任单位，工艺流程基准线系统等，并配有先进的三维坐标测量系统。目前，日、韩几乎都达到了分段100%无余量上船台，除艉柱分段外，所有分段精度控制成功率为80%~95%，大合拢间隙基本控制在5±3mm，最大为12mm。

而我国在精度控制工作方面与国外先进的国家相比存在一定的差距。国内部分船厂精度控制水平较高，已经基本达到内部构件无余量下料，全船分段无余量上船台合拢，但大部分船厂还没达到这个水平。据国内专家评价：我国在精度造船和综合管理水平方面要比日本船厂落后10~15年。由此可见，我国现行的精度控制无论在技术内容上，还是在技术水平上均与国外先进造船国家有明显的差距，不适应建立以中间产品为导向，以生产任务包形式组织生产的作业体系的要求。

5.中国精度管理举例

中国船体建造精度管理进入21世纪后得到有效发展，江苏荣盛重工引进了DACS（Dimensional & Accuracy Control System）尺寸与精度控制系统；广船国际自主研发了红帆HF——CIMS系统；大连船舶重工实施“大精度”理念；江南造船厂开发了“JN3”计算机数控系统；上海工艺研究开发了Spnet系统。

图6.HF-CIMS系统技术架构

5.1HF——CIMS系统

开发机构：广州红帆电脑科技有限公司

应用船厂：广船国际，中船龙穴，厦船重工

项目目标：

1） 建立完整的船舶产品数据，并对船体、管路、风管、电装、铁舾和涂装数据管理，为下游各管理系统

提供信息源；

2） 在设计管理方面：主要实现设计计划、设计任务、设计工时、设计质量和设计流程管理，提高设计管

理效率，缩短设计周期；

3） 在生产管理方面：主要实现制定生产主计划、分段（总段）搭载网络、先行中日程、后行中日程、工

作包和派工单管理等，对整个生产过程管理，提高生产管理效率，缩短船舶建造周期。

应用效果：红帆造船CIMS

系统已成为了广州广船国际股份有限公司设计、生产管理、物资管理、车间管

理和成本管理等方面不可缺少的管理工具。以现代造船管理模式的红帆造船CIMS系统的应用充分体现了广船国际的精细化管理思想，降低了船舶设计、生产、物资、车间等管理成本，提高了设计效率和生产效率，最终提升了企业综合竞争力。

5.2HF——CIMS在精度控制方面的具体应用

1.高效的精度作业管理

系统把精度作业按照其执行流程划分为：未开始，已派工，进行中，待审阅，被退回，已完成，六个阶段。用户可通过查看作业的状态了解其进度。同时，系统也通过这些状态对作业进行总体的分析，为用户提供一些需要的信息，例如未完成作业数，当前急需处理的作业等。

图7.精度作业管理

2.准确的精度分析能力

系统利用分段实测数据与理论模型数据，在图形环境下，通过系统提供的精度分析辅助工具，进行快速准确的精度分析，形成三维偏差分析报告、线型偏差报告、余量切割表等各类精度报告，施工人员按照分析报告，对船体分段制作进行修正工作，达到分段制作的精度要求，避免由精度不良现象造成的损失。

图8.精度分析

3.强大的模拟搭载分析能力

系统利用精度分析的结果，对船体分段进行模拟搭载，并自动计算分段偏差及需要切割的余量，形成余量切割表等多种精度分析报告。

图9.模拟搭载

4.方便灵活的精度报表制作平台

与一般三维精度管理软件不同，红帆精度管理系统选择直接在AutoCAD平台制作精度报表。这样做可以使报表制作过程中的图面拥有极高的可操作性和自由度，用户可以自由地添加文字注识，辅助线以及移动报表元素，制作出来的报表更人性化，更通俗易懂。

图10.精度报表

参考文献

许融明，杨港，赵任张，《造船精度管理》，江苏荣盛重工

曾宪诚，《造船精度管理探索》，厦门船舶重工

曾宪诚，《基于现代造船模式的造船精度管理研究》，福建马尾造船

余玉堂，《精度造船在江南造船厂的应用》，江南造船厂

于昌利，初冠南，张喜秋，《船舶制造精度管理及过程控制技术探讨》，哈尔冰工程大学 王孟孟, 朱琦, 安灵斌，《开发先进造船精度管理软件系统》，上海船舶工艺研究所 唐汉帆，《国外造船精度控制技术》，中国船舶工业船舶工艺研究所