船體建造精度控制

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上船體建造精度控制1.背景知識： 船體的建造是按照設計的船體圖紙，經(jīng)過鋼材預處理、切割加工、彎曲加工、裝配和焊接等一系列工序的生產(chǎn)過程。鋼材預處理后被加工成零件，再依次組裝成部件、分段，接著在平臺總組成總段，最后在船塢搭載合攏成主船體。船舶制造精度控制技術是以船體建造精度標準為基本準則,通過科學的管理方法與先進的工藝手段對船體建造進行全過程的尺寸精度分析和控制,以達到最大限度地減少現(xiàn)場修整工作量,提高生產(chǎn)效率。將精度控制技術應用于造船過程是現(xiàn)代造船模式的需要,也是實現(xiàn)精益造船的關鍵環(huán)節(jié)。與日本造船企業(yè)相比,國內(nèi)船廠的制造設備水平遠遠領先于20世紀90年代的日本造船設備水

2、平,但造船精度管理水平卻遠不及此時期日本造船的精度水平。究其原因,目前中國造船業(yè)的主要精力都集中在對現(xiàn)有訂單的建造方面,而忽略了建造之外的其他問題。隨著世界航運能力逐步趨于平衡,中國造船企業(yè)的目光勢必要從“量”回歸到“質(zhì)”。同時,由于精度控制技術方面與先進國家有較大的差距,尺寸控制達不到設計的要求而導致建造周期延長,建造質(zhì)量低等,降低了中國造船企業(yè)的市場競爭能力。開展造船精度管理研究勢在必行。船舶建造市場廣闊但競爭激烈，中國造船相對日韓存在技術方面的劣勢，特別是在船體精度控制方面差距較大。船體分段精度控制技術是精度造船的主要技術，在縮短造船周期、降低造船成本、提高造船質(zhì)量等方面具有重大意義。2

3、.船體建造精度管理，就是以船體建造精度標準為基本準則，通過科學管理方法與先進的工藝技術手段，對船體建造進行全過程的尺寸精度分析與控制，以最大限度地減少現(xiàn)場修整工作量，提高工作效率，降低造船成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量。所謂精度管理，簡單的說就是在船舶建造過程中用補償量代替余量，逐步增加補償量的使用范圍，并控制船體結構位置精度。以最少的成本控制船體建造的主尺寸偏差、線形偏差和結構錯位在標準范圍內(nèi)，保證船舶質(zhì)量。精度管理是系統(tǒng)工程，關鍵是全面、全過程推行精度控制，核心是實施造船精度設計。造船 精 度 控制技術中精度補償就是在工件的基本尺寸上增加一個量值，這個量值稱之謂補償量。補償量是為了彌補工件在船體建造過

4、程中由各種熱輸人所引起的基本尺寸的收縮，以及扭曲、上翹、下垂等變形引起的基本尺寸不足而加放的一種余量。補償量與傳統(tǒng)的工藝余量不同，補償量取代工藝余量，并在各工藝階段毋需進行二次號料切割和二次定位，即可保證零部件、分段尺寸，以及船體主尺度的尺寸精度需求。精度補償可以達到最大限度地減少施工過程中的修整工作量，這對于提高造船生產(chǎn)效率和建造質(zhì)量具有十分重要的作用。實施 精 度 補償，對船體建造全過程的尺寸精度分析和控制，不僅需要運用先進的工藝技術，而且需要進行嚴密的科學管理，其內(nèi)容包括建立精度控制工作系統(tǒng)、編制精度控制計劃、確立精度補償量的加放原則、精度補償量的加放方法、精度補償?shù)耐晟频取?.1精度控

5、制意義： 能夠保證船體的主尺寸和線形誤差在允許范圍內(nèi)，保證船舶的載重量和航速，從而保護船東的利益；能夠控制船體結構錯位在允許范圍內(nèi)，保證船舶的強度和安全；最大限度地減少裝焊作業(yè)的現(xiàn)場修整工作量，提高勞動效率，降低人力成本；提高船體分段下船塢的定位效率，縮短造船周期；提高鋼材利用率，降低材料成本；能夠減少結構修割，高空作業(yè)平地做，改善工作環(huán)境，保證生產(chǎn)工人的安全和健康；能減少修割和返修，降低能源消耗，能節(jié)約能源，減少環(huán)境污染；能夠控制接縫間隙在合理范圍，有利于保證船舶焊接質(zhì)量，從而保證船舶航行安全。2.2精度控制國外現(xiàn)狀國外造船精度控制技術經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。1）.分段上船臺(船塢)前進行預修整

6、，以滿足分段大合攏裝配的尺寸精度要求;2）.平直分段進行建造全過程的尺寸精度控制，與曲面分段預修整尺寸精度控制相結合;3）.對全船所有分段進行建造全過程的尺寸精度控制。目前，國外先進船廠都已達到了第二階段水平，有些船廠已達到第三階段水平。<1>精度控制的基本模式造船精度控制在日本、韓國和歐美等先進造船國家的各船廠都已形成一個基本模式，即各廠每年根據(jù)生產(chǎn)任務與產(chǎn)品的特點制訂一個精度管理計劃，其中包括基本方針、工作重點、各階段精度控制的項目、控制的目標值、實際測t值、責任單位、工藝流程等內(nèi)容。其中有的船廠設有精度品質(zhì)管理委員會，負責該項工作，每月一次會議檢查落實情況，分析對策、積累經(jīng)驗

7、。有的船廠沒有設專門委員會，但已納人正常的生產(chǎn)渠道，也是每月檢查落實。第二層次是各車間按照廠精度管理計劃和明確的責任分工，對要求控制的項目進行細化，并制訂相關的推進計劃與措施;同樣每月召開各車間精度品質(zhì)管理會議、檢查落實、跟蹤考核、分析存在問題提出改進措施。<2>采用機械化、自動化.確保造精度目前 日 本 船廠已把重點放在機器人的開發(fā)應用和推廣機械化、自動化以替代人工上。他們認為切割、加工、裝配精度是實現(xiàn)精度造船的關鍵。為此國外先進船廠不惜巨資進行技術改造，購買各種設備、船體建造的機械化，自動化程度很高，同時也確保了建造的精度。日本 船 廠 在工藝裝備上還重視對一些小的工藝工裝的改

8、革與改進，大拼板配用電磁小油泵，一人操作，簡捷實用，不用燒馬，不用鐵鍥與榔頭，對造化學品船等高附加值船尤顯優(yōu)越。又如裝配型鋼用的定位工夾具，省略了焊接、批磨與修補等工序，實現(xiàn)了分段制造不用風割.少動榔頭，提高了工作效率，凈化了環(huán)境。<3>嚴格按工藝紀律操作國外 造 船 先進國家除了具有科學的精度管理和先進的機械化、自動化裝備來提高精度以外，船廠都具有嚴格的工藝紀律，將影響建造精度的主要因素(人、機、工藝、材料、環(huán)境等)作為重點對象.切實有效地控制起來，使它們處于被控制、被管理狀態(tài)，盡量減少系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生，保證穩(wěn)定的質(zhì)量和精度.3.造船精度管理的內(nèi)容及實施步驟一般程序可以歸納為精度控

9、制階段的劃分、標準偏差的測算以及各控制階段補償量的確定三個步驟。3.1 精度控制階段的劃分船體建造是一個工序多，周期長的生產(chǎn)過程。因此，要實施精度控制，可以把船體建造全過程分解成若干個控制階段，通過對各個階段的有效控制，最終達到精度控制的目標。船體 建 造 全過程精度控制的階段劃分應與船體建造的工藝階段相對應，這對于精度控制來說，不僅是合理的，而且是有利的。船體建造工藝階段通常劃分為:號料、加工，部件制造，分段制造和船臺裝配四個階段，精度控制也按這四個階段分別實施。這四個控制階段相互制約，前一個階段是后一個階段的控制基礎，每一個階段的有效控制都是精度控制的保證。3.2 標準偏差的測算測算船體建

10、造各個階段的標準偏差是制訂精度控制計劃的基礎，也是確定各個階段加放補償量的重要依據(jù)。測算方法一般采用大量實測數(shù)據(jù)，通過作出直方圖求得標準偏差。需要測算的標準偏差，零件加工方面的有:板材割縫的偏差、數(shù)控切割熱變形偏差、火工成型板材的偏差等;部件制造方面的有:T型材焊接收縮量、板材拼焊收縮量、構架與板列焊接收縮量等;分段制造方面的有:分段焊接收縮量、分段火工矯正的收縮量等;船臺裝配方面的有:橫向、縱向、水平大接縫的焊接收縮量、溫差變化的影響等。綜合這些測算數(shù)據(jù)是確定加放補償量，實施尺寸精度控制的依據(jù)。3.3 各 控制階段補償量的確定一般來說 ，船體建造各個階段的標準偏差值與補償量應相一致的。由于

11、船 體 建造各階段中補償各種因素引起的尺寸偏差，而給定的補償值可以看作為相應獨立的正態(tài)分布。根據(jù)概率的定理，各個正態(tài)分布疊加后仍是正態(tài)分布。因此，假設船體建造完工后的理想精度為0值狀態(tài)，船臺裝配補償量為a，分段制造補償量為b,部件制造補償量c，零件加工補償量為d,那末某一控制階段的補償量應為該階段的補償量與其后續(xù)階段的補償量的代數(shù)和。所以，零件加工的補償量、部件裝配的補償量、分段制造的補償量、船臺裝配的補償量，可以以工件為對象按其所需經(jīng)過的階段分別予以考慮。1)零件補償量零件是 船 體建造中組成工件最基本的單元，因此在考慮零件的補償量時，應把它作為補償?shù)钠鹗键c。對零件的補償量，除了對形成零件本

12、身階段的補償外，還必須包含其后續(xù)所有階段的補償。計算公式為:A部= o+ a +b + c +d2)部件補償量同零件補償原理一樣，部件補償量，除了對形成部件本身階段的補償外，還必須包含其后續(xù)所有階段的補償。計算公式為:An = o+ a + b+ c與零件補償不同之處在于，部件補償對零件無嚴格要求。3)分段補償量同部件補償原理一樣，分段補償除了對分段制造本身階段的補償外，還必須包含船臺裝配階段的補償。而它對零件、部件無嚴格要求。計算公式為A分段 = o + a+ b4)船臺裝配的補償量因為船臺裝配是船體建造的最后一道工序，它之后設有后續(xù)階段，所以船臺裝配的補償僅需對船臺裝配全過程中的收縮進行補

13、償，而它的補償量加放時機應在分段制造階段。計算公式為:A船臺 =o + a各階段補償量如圖 4 確精度補償，的加放原則船體建造是一個極其復雜的過程，引起船體工件收縮變形的因素繁多，變形復雜，因此對工件尺寸的補償也是一項十分艱巨和復雜的工作。它不僅與船型的差異、分段結構的型式、分段劃分的方式、分段建造的方法、裝焊程序、焊接方法、火工校正程度，以及船臺吊裝的程序有關，而且還與船廠的生產(chǎn)條件、管理水平、人員素質(zhì)等因素有著密切的關系。為此，在進行精度補償量計算和加放時，一般應遵循以下原則。4.1 補 償 的先決條件(1) 參照相似產(chǎn)品如果實行精度計劃的船舶產(chǎn)品與以往生產(chǎn)的船舶產(chǎn)品的船型、噸位和結構等方

14、面具有相似性，則可參照以往產(chǎn)品的精度補償方法進行。(2)穩(wěn)定的工藝指建造方法、裝焊程序、焊接方法，以及人員、設備等工藝穩(wěn)定不變，并以此作為精度補償?shù)那疤?。如果是隨意裝配、焊接和“人海戰(zhàn)術”施工等，則尺寸精度不僅得不到補償，相反適得其反。(3)嚴格 的管理和控制正確地衡量和提高管理水平與精度控制直接相關。如果管理水平很高，各道工序能切實做到嚴格地控制，那么就有可能實行全過程的尺寸精度補償。如果管理水平較高，則只能實行局部的尺寸精度補償。如果管理水平較差，要開展尺寸精度的系統(tǒng)補償是不可能的，只能進行非系統(tǒng)補償，或以加放工藝余量為主。5造船過程控制5.1造船精度測量技術可靠的檢測工具和較高的測量水平

15、是提高造船精度的保障。一方面,測量是補償量計算中原始數(shù)據(jù)獲取的主要手段;另一方面,測量又是船舶建造過程中進行質(zhì)量管理、監(jiān)督和控制的基本手段。隨著現(xiàn)代測量技術的發(fā)展,測量技術已從接觸式測量發(fā)展到了非接觸式測量。Lightfoot等利用遠距離照相技術對船舶建造過程中的焊接收縮量進行測量,收集焊接熱應力變形的原始數(shù)據(jù)。與此同時,現(xiàn)代化的測量工具不斷推進了造船精度測量技術的發(fā)展。翟新濤根據(jù)現(xiàn)代測量技術的發(fā)展,針對船體分段等大型工件尺寸測量的需求和應用,將線結構光應用到大型工件的測量系統(tǒng)中。錢華清采用激光經(jīng)緯儀對艉軸管鏜孔及舵承鏜孔前的軸線進行勘測,為現(xiàn)代造船過程提供了一種簡單可靠的測量方法。全站儀作為

16、一種可以同時進行角度測量、距離測量和數(shù)據(jù)處理的現(xiàn)代化測量工具,在船舶制造企業(yè)中得到廣泛應用,提高了船廠的測量技術水平,推進了造船精度管理及過程控制的發(fā)展。隨著現(xiàn)代測量手段及測量工具的發(fā)展,目前造船精度測量技術相對比較成熟。 5.2造船過程控制船舶制造過程中精度控制一般分為主動控制和被動控制兩類。所謂主動控制就是研究造船過程中各種影響精度的因素,在精度損失之前就采取合理措施來保證造船精度的控制行為;而被動控制是在建造過程中出現(xiàn)某些突發(fā)因素造成預料之外的精度損失時,能夠及時采取一些應急措施來保證造船精度的控制行為。實際上,造船精度管理是一個需要不斷完善改進的過程,因此,有必要將柔性生產(chǎn)模式中的動態(tài)

17、公差控制理論引入到造船過程控制中來。圖3所示為一造船精度動態(tài)控制過程,在此過程中,每一造船工序結束后,即對該工序產(chǎn)品尺寸進行測量,并與本工序的參考精度進行比較,比較結果用于指導預修整量及完善精度控制系統(tǒng)。當某一工序的測量尺寸結果不大于精度要求的尺寸時,即滿足精度要求時,則進行下一工序的補償量計算,并將本工序的補償量結果輸入到精度控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中;當某一工序的測量尺寸結果大于精度要求的尺寸時,即不滿足精度要求時,則需要對偏差尺寸部分進行預修整,并對此工序的補償量進行重新計算,直到測量尺寸結果滿足精度要求的尺寸時才進行下一工序的工作。當船廠精度控制技術不成熟時,采用分段預修整工藝使各造船工序中的精

18、度滿足允許值的要求,實際上是采取減少尺寸鏈組成環(huán)數(shù)目的方法來解決封閉環(huán)精度問題,尺寸鏈組成環(huán)如圖4所示,A1、A2、A3分別為反映不同工序的尺寸鏈組成環(huán),A1、A2分別為反映不同工序需要預處理的尺寸鏈組成環(huán),A0為基本尺寸。在每道工序結束后進行預修整措施即可減少尺寸鏈中的A1、A2兩項組成環(huán),解決制造過程中的精度問題。這種方法在各造船工序的精度不高和余量補償不能確定的條件下,是一種行之有效的工藝方法。例如,山東省新船重工公司精度管理技術水平處于起步階段,分段(總段)制作前所有工序仍允許建造余量的存在,分段(總段)制作工序結束后采取預修整措施,具體做法為:利用全站儀等先進的測量工具對完工分段(總

19、段)的總尺寸、水平度和垂直度等項進行測量,測量值與模型值進行比較,偏差大于精度標準±5mm的尺寸需要進行預修整,進而保證船臺(塢)合攏工序的零余量。對30 000t散貨船建造成本進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計,上述比較初級的精度管理技術對船廠生產(chǎn)的影響反映為以下幾點: 1)鋼材利用率提高0. 3%; 2)船臺(塢)修割及矯正工時減少20%; 3)縮短船臺(塢)使用周期5d。該造船企業(yè)準備將尺寸預修整工藝推廣到整個造船過程的每一道工序中,并建立基于圖3所示的造船動態(tài)精度控制系統(tǒng),以進一步提高企業(yè)的生產(chǎn)效率,節(jié)約建造成本,提高市場競爭力。6精度標準制定精度管理的實質(zhì)是科學管理與先進制造技術的互相結合,制定

20、有效的精度標準需要有成熟的工藝技術、先進的生產(chǎn)設備及科學的管理團隊作為保障。張明華面闡述了船舶建造精度管理計劃、標準和實施方法,以及評估體系等問題12,為國內(nèi)造船企業(yè)不斷提高市場競爭力指明了發(fā)展方向。精度管理系統(tǒng)的研發(fā)是一切精度管理研究的最終落腳點。SHOJITAKECHI等建立了基于焊接收縮量評估的精度管理系統(tǒng)13,該系統(tǒng)包括精度計劃實施、精度評估等精度管理的各個方面,實現(xiàn)了一體化制造系統(tǒng)。G.W.Johnson等發(fā)的SMAS(StructureMeasurement and A-alysis)法,利用普通消費級數(shù)碼相機實現(xiàn)了測量、分析、圖像顯示及虛擬建造的一體化,在船舶分段建造的測量和精度

21、控制方面起到了巨大的推進作用。此外,造船精度標準必須考慮造船經(jīng)濟性因素。當船舶建造的某工序精度降低時,本工序的加工成本是減少的,但同時,也帶來了下道工序修整成本的增加。選擇合適的精度等級,就是要找到總成本最低的那個平衡點。7精度補償?shù)耐晟?.1準備階段據(jù)分析求得各工序?qū)嶋H誤差的算術平均值又，標準偏差a，工序能力指數(shù)C等特性值，據(jù)此制訂出船體建造精度控制的精度標準。另一方面，將過去船體建造時所測得的數(shù)據(jù)(該數(shù)據(jù)必須是真實可靠的)收集起來，按工序階段用數(shù)理統(tǒng)計方法分別計算出各特性值。特別需要指出的是，解決焊接收縮變形是船體建造精度控制中的首要問題，因此一定要了解和掌握不同形式的焊縫收縮變形規(guī)律。在

22、此基礎上，才可確定補償對象、時機和方法。最后，還應對測量儀器和量具進行精度鑒定，凡不符合精度要求的，應進行檢修或更換。7.2實施階段這一階段 ，要重視精度管理技術。在管理上，采用完整的體制、方法和手段。在設計上，必須對設計圖紙進行改進和深化，圖面上應逐步實現(xiàn)精度計劃的要求，并將補償量按不同時機標注到圖面上。另外，還要制訂出符合精度要求的專用工藝和各項精度標準。在施工中，按檢測要求認真測量、記錄和分析這些數(shù)據(jù)，逐步掌握船體結構的實際變形規(guī)律和確定出影響變形的主要因素，以此來檢驗所加放的補償量的準確性。7.3 數(shù)據(jù)的反債階段精度檢測是確保施工尺寸精度的必要手段，也是精度控制的重要環(huán)節(jié)。通過檢測所獲

23、得的數(shù)據(jù)反饋到精度控制部門，經(jīng)分析處理，以掌握以下幾種情況:(1) 了解船 體建造過程中各工序的實際精度是否出現(xiàn)或可能出現(xiàn)超差現(xiàn)象;(2) 余量加放的對象和切割時機是否正確;(3) 加放的補償量是否準確;(4) 補 償 時機的方法是否合理;(5) 補 償范 圍是否需要修正等。在整 個 船 體建造過程中，實現(xiàn)精度控制。7.4 深入探討和完善階段新技術和新設備的不斷采用，將為船體建造精度的提高創(chuàng)造有利條件。由于船體結構復雜、精度要求較高的新型船舶不斷出現(xiàn)，這就需要不斷地進行探索和掌握它們的變形規(guī)律，通過準確的補償來達到船體建造精度的要求。對船廠建造的一般船舶，如散貨船、油船等的補償量加放方法也存在一個深化和完善的問題，即補償量的加放應從平行腫體和緩曲部分向舷,娓方向擴展;從立體分段向平面分段、部件、零件方面擴展，逐步擴大精度補償?shù)姆秶?展望由于船舶這一產(chǎn)品的特殊性,精度控制一直是較難解決的問題,精度控制作為“瓶頸”,一直制約船舶建造的整體質(zhì)量。從我國造船工業(yè)長遠發(fā)展來看,船舶精度管理與過程控制技術的研究應該列入到日程中,特別是取代人工經(jīng)驗的補償量建模系統(tǒng)研究、建造過程中的檢測和調(diào)整技術研究,以及建造過程中影響變形因素的機理研究等工作都需要長期持之以恒地進行,才能有高水平的成果應用到實際中去。只有認清造船精度管理的內(nèi)容,明確精度管理的實施步驟,采用先進的測量手段及