精度控制技術(shù)在5000DWT散貨船底部分段的應(yīng)用研究摘要自改革開放來，世界貿(mào)易全球化帶動了我國船舶行業(yè)的迅速發(fā)展。我國目前船舶建造行業(yè)已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位，但是相比發(fā)達國家還是有很大差距。船舶精度控制技術(shù)對整個船舶建造有極大作用，它能夠大幅度縮短造船周期，提高建造效率從而大大降低成本從而爭取更多的利益。本文從板材數(shù)控下料切割，分段制作及裝焊變形幾個方面介紹了精度控制技術(shù)在5000DWT散貨船底部分段的應(yīng)用，研究表明，精度控制技術(shù)的發(fā)展對提高船舶質(zhì)量和生產(chǎn)效率有重大幫助。關(guān)鍵詞5000DWT散貨船底部分段精度控制船舶建造目錄TOC\o"1-2"\h\u198951緒論 1111631.1船體建造精度控制技術(shù)的內(nèi)容 1206291.2船體建造精度控制技術(shù)的意義 1177691.3國內(nèi)外船舶精度控制技術(shù)的發(fā)展歷程 173161.4國內(nèi)外精度控制技術(shù)的發(fā)展趨勢 249442精度控制技術(shù)在5000DWT散貨船底邊艙分段建造中的應(yīng)用 289112.15000DWT散貨船的主要尺度 281722.25000DWT散貨船底部分段建造精度要求 3209202.35000DWT散貨船底邊艙分段胎架制作要求 4320312.45000DWT散貨船底邊艙建造的精度控制問題 51739635000DWT散貨船底邊艙分段建造精度控制實施 6128033.1下料階段的精度控制作業(yè) 618253.2焊接中變形量的控制措施 8135953.3補償量的實施原則 9167983.4對合線的設(shè)置 10157294精度管理體系研究與應(yīng)用的現(xiàn)實意義 1030676結(jié)論 1229844參考文獻 141緒論步入21世紀(jì)以來，中國船舶行業(yè)發(fā)展迅速，在取得巨大進步的同時也面臨著極大的挑戰(zhàn)。隨著全世界造船業(yè)的恢復(fù)發(fā)展，我國造船產(chǎn)能一步步增加。從造船量和造船能力來看，我國已經(jīng)占據(jù)了主體地位。但是我國沒有研發(fā)出自己的核心造船技術(shù)，因此各項收益遠遠低于日韓等國。主要體現(xiàn)在我國所接的船舶訂單大多是附加值低，成本高，利潤少。目前國際船舶市場內(nèi)競爭愈加激烈，船東也更加關(guān)注企業(yè)的交船效率和交船質(zhì)量。這也成了船企的核心競爭力之一。想要提高交船效率，就必須使船舶精度控制技術(shù)更上一層，因為船舶精度控制技術(shù)的合理運用，能夠大大減少建造過程中的錯誤和誤差，從而節(jié)省時間，減少成本。同時也大大降低了造船的周期。因此精度控制技術(shù)在船舶工業(yè)的地位可見一斑。船體建造精度控制技術(shù)的內(nèi)容船舶建造精度技術(shù)是對整個造船過程的控制，對船舶建造整個過程進行分析，制定科學(xué)的管理方法和先進的工藝，對整個船舶建造過程進行把控，這樣可以在保證船舶質(zhì)量的同時避免板材的不合理使用，人工的不合理分配，減少因失誤而產(chǎn)生的重復(fù)工作，提高人力物力資源的使用率，從而大幅度提高生產(chǎn)效益，降低工期。船體建造精度控制技術(shù)的意義船體建造精度控制技術(shù)能夠使船舶建造的誤差在規(guī)定的范圍以內(nèi)，保證船舶的載重和航行速度?？梢詼p少焊接的變形量，大概率避免了修改任務(wù)的產(chǎn)生，避免了人力資源不合理使用，減小了成本，提高了整體的收益。極大可能的避免誤差產(chǎn)生，從而使船舶航行更加安全，為接下來船舶搭載提供便利，用機械代替人工來進行繁重的工作，減少了焊接產(chǎn)生的反工工作，提高效率。國內(nèi)外船舶精度控制技術(shù)的發(fā)展歷程20世紀(jì)四五十年代，人們發(fā)現(xiàn)對船舶建造過程提前進行分析和預(yù)算可以大大減少成本，從此船舶建造精度控制技術(shù)誕生。但此時人們對船舶質(zhì)量十分關(guān)注，人們應(yīng)用公差還是采用機械工業(yè)的一般方法。但是這個方法過于粗糙，逐漸不能滿足人們需求。直到數(shù)年后，蘇聯(lián)將經(jīng)緯儀技術(shù)應(yīng)用在大型油船上，才實現(xiàn)了技術(shù)性突破。同一階段，日本也誕生出新的理念，將傳統(tǒng)的大眾化管理跟統(tǒng)計管理結(jié)合起來，實現(xiàn)管理方法的重大突破。60年代初，世界上掀起了船舶質(zhì)量管理技術(shù)研究的潮流，人們不斷創(chuàng)新。最終取得質(zhì)的飛躍，日本在七十年代提出了PDCA體系，并實現(xiàn)了直線段邊緣無線彎曲化。后來又將補償量代替余量的方法應(yīng)用于造船上。實現(xiàn)了船體的無余量建造。并研究開發(fā)出了以三角測量為原理的測量系統(tǒng)。美國也發(fā)明了一系列的船舶建造尺度儀器和控制技術(shù)，從此一場關(guān)于精度技術(shù)的發(fā)展征程拉開了序幕。我國于上世紀(jì)六十年代引進了美國的船舶精度控制理念和精度控制技術(shù)。這也標(biāo)志了我國船舶工業(yè)開始快速發(fā)展。起初，國內(nèi)對船舶建造工藝看待十分片面，十分缺乏對精度控制技術(shù)的認(rèn)知。所以我國對船舶精度控制技術(shù)十分重視，并進行深度研究。1982年，終于將船舶精度控制技術(shù)成功運用于船舶的預(yù)校正上。從此船舶精度控制技術(shù)便進入了飛速發(fā)展的時代。國內(nèi)外精度控制技術(shù)的發(fā)展趨勢目前精度造船發(fā)展以精度標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，追求細分化，對多點多層面精細化進行分析并制定標(biāo)準(zhǔn)，從而使精度體系得到進一步發(fā)展。表現(xiàn)為提高船舶的前期準(zhǔn)備工作標(biāo)準(zhǔn)，加大對板材消耗的控制，多采用精度補償量，力爭舍棄留余量方式，提高人工的合理利用率，從而減少工時，條件允許情況下，采購精度較高的設(shè)備，提高對工人的保護措施。此外，大力研究gps定位系統(tǒng)和3d全景測量技術(shù)，加大焊接機械設(shè)備的開發(fā)，極大可能的用機械化自動化設(shè)備代替人工，實現(xiàn)船舶建造智能化數(shù)據(jù)化。2精度控制技術(shù)在5000DWT散貨船底邊艙分段建造中的應(yīng)用2.15000DWT散貨船的主要尺度5000DWT散貨船設(shè)計于上海一設(shè)計院，1985年，馬尾船廠經(jīng)過一系列研究和探討終于成功制造成功，船舶采用了當(dāng)時最先進的設(shè)備。此船總長116m，垂線間100.5m，型寬18m，型深為7.90m，設(shè)計吃水5.5m，滿載吃水6.2m。它的建造尺度如圖1所示。圖15000DWT散貨船主要尺度2.25000DWT散貨船底部分段建造精度要求建造散貨船底邊艙有以下四個要求：建造時，要將分段閉合，閉合后邊緣向上。按要求切割分段內(nèi)零件之間的間隙要嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)，此外要對框架模板間間隙嚴(yán)格把控造船時應(yīng)該多采用機械，車間內(nèi)保持干凈整潔盡量避免污染。裝配過程中，焊接方法要求使用定位焊接。為了更好地發(fā)展，要將船舶精度控制技術(shù)竟可能的運用到造船的每一環(huán)結(jié)，在實踐中找出不足。施工時，應(yīng)設(shè)立監(jiān)督部門嚴(yán)格把控，確?，F(xiàn)場施工規(guī)范，發(fā)現(xiàn)問題并改進。從實踐中尋找最佳方法，制定合理標(biāo)準(zhǔn)，最大發(fā)揮精度控制的效果。底邊艙分段建造精度要求如下表（表1），圖2為該分段結(jié)構(gòu)圖表1分段建造精度控制表序號項目標(biāo)準(zhǔn)范圍最大允許范圍1長度3mm4mm2寬度3mm4mm3高度3mm4mm4中心線2mm3mm5四角水平4mm6mm圖2底邊艙分段結(jié)構(gòu)圖2.35000DWT散貨船底邊艙分段胎架制作要求胎架的精度制造是整個分段建造的首要任務(wù)，因為胎架是用來對所有組立進行加工的，所以胎架的精度可能對其他構(gòu)件的精度建造產(chǎn)生重大影響，假如胎架誤差超過幾毫米，會導(dǎo)致其他構(gòu)件擴大數(shù)倍甚至幾十倍。尤其是建造大型船舶時，胎架的精度要求十分高。由此看來，我們應(yīng)該先確定胎架的結(jié)構(gòu)和胎架的數(shù)據(jù)然后再構(gòu)件框架。胎架的精度與胎架間的距離精度密切相關(guān)，在車間預(yù)先繪制胎架角度尺可以提供很好的幫助。如果缺乏支架之間的參考，實踐中將會大大增加難度。在施工過程中，應(yīng)設(shè)立對應(yīng)的質(zhì)檢部門，此部門對整個建造環(huán)節(jié)進行把控，用合理的方法進行測試。建造時應(yīng)嚴(yán)格參照精度要求，控制誤差，避免錯誤這樣可以為下面的矯正工作提供便利。要根據(jù)具體情況制定支架的建造方案，在建造過程中采用抗變形措施。底邊艙胎架的精度建造有下面死個要求：要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)繪制中心線，檢測線。在框架周圍放置模板，確保胎架的剛性，使胎架有抗變形的能力。（3）胎架建造完成后，要對其進行多方位檢查。（4）測量內(nèi)底板水平，按照公司提出的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來確定框架的表面光潔程度。下甲板定位存在的問題分析5000DWT散貨船的底邊艙分段使用的板材復(fù)雜，下甲板板材比較薄，外板具有一定的彎曲，而曲面板的曲面度有不確定性，因此在進行焊接時，由于人為因素會導(dǎo)致曲面板和甲板間產(chǎn)生變形，尤其是定位甲板時，焊接產(chǎn)生的高溫會使板材收縮，從而使分段內(nèi)部產(chǎn)生同樣的變形，分段變形會導(dǎo)致加下來分段組裝時錯位，和結(jié)構(gòu)間隙大等嚴(yán)重后果。為了解決上述問題首先要將平臺調(diào)運正確，將平臺板調(diào)運到合適位置，然后在使用工具進行調(diào)整，將平臺板的無余量的一邊與結(jié)構(gòu)線相符合，然后將平臺板固定。同時以剛才平臺板無余量的一邊作為基準(zhǔn)。連接上甲板和外板連接。再將線錘掛在上甲板的兩端和中部，這樣可以確定上下甲板是否在同一水平面上，并方便后期檢查，用全站儀對分段進行測量，結(jié)合分段特點和精度要求對數(shù)據(jù)進行分析，檢查其精度是否符合要求。如果有不符合的，在定位時對其再次調(diào)整。從而確保該分段的質(zhì)量，為接下來的搭載提供便利，這樣不僅提高了工作效率還能確保分段質(zhì)量。2.45000DWT散貨船底邊艙建造的精度控制問題船體建造過程中，會對零件進行焊接，切割，打磨等多項加工步驟，零件會受到人工等因素的影響從而使零件精度不夠，從而導(dǎo)致整個分段的精度問題。零件加工過程中可能產(chǎn)生的問題多樣化，數(shù)控切割，零件加工，放置位置裝配劃線等過程都會產(chǎn)生問題。因此下料過程中可能產(chǎn)生的精度問題有：數(shù)控切割機械精度不足，切割時使零件尺寸偏差較大，加工時導(dǎo)致的問題例如型材精度不符合；分段上胎架時位置擺放錯誤使加工出的零件形狀大小不符合要求，裝配過程中劃線錯誤和誤差導(dǎo)致測量產(chǎn)生誤差；焊接過程中，板材受熱結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致變形，從而導(dǎo)致的精度問題，以及焊接時零件角度的偏差導(dǎo)致的精度不足，以及總裝時各個組件擺放位置不準(zhǔn)確引起的精度問題；板材在進行加熱切割時受熱變形導(dǎo)致精度不準(zhǔn)確；搭載過程中，由于分段重量導(dǎo)致的精度問題。上述原因任意一項都能對船舶精度建造產(chǎn)生重大影響，所以必須對整個船舶建造流程進行嚴(yán)格的把控，形成嚴(yán)格的精度要求體系，制定合理的工作標(biāo)準(zhǔn)，最大限度地減少返工任務(wù)，從而保證船舶的精度建造要求。35000DWT散貨船底邊艙分段建造精度控制實施3.1下料階段的精度控制應(yīng)用下料階段的精度控制可以分為四部分（1）材料的預(yù)先檢查下料階段首先對采購的材料進行數(shù)量尺度的核對，由于造船過程十分復(fù)雜，消耗時間長所以要先對材料進行檢查，這樣可以避免接下來因材料使用失當(dāng)產(chǎn)生的問題。否則在安裝的時候材料出了問題，便前功盡棄，大大浪費了人力物力。所以要對材料進行嚴(yán)格檢查為接下來工作提供便利。（2）切割精度檢查下料階段中，材料切割是比較重要的，施工人員對所需要的板材進行數(shù)控切割，能夠直接影響后期的工作環(huán)節(jié)。影響切割的因素較多，機械的準(zhǔn)確性，人為操作等都有可能影響其精度。因此切割時，要對板材進行規(guī)劃，合理使用，確定所需部件的形狀大小尺寸厚度，避免錯誤發(fā)生。下料精度管理流程如下圖（圖三）。圖3下料精度管理流程板材的曲面加工材料階段過程中，板材的彎曲加工是最為復(fù)雜的，他不僅耗時長，而且難度較大。相比較平面加工，平面加工，板材經(jīng)過切割冷卻就可以直接使用，但是曲面板材不僅要進行邊緣加工，還要對其進行彎曲處理使其成型。彎曲加工一般有兩種方法，分別是熱彎加工和冷彎加工。熱彎加工顧名思義就是對板材進行局部加熱，金屬擁有熱脹冷縮的特性，將鋼材加熱到一定溫度后，金屬會開始膨脹，從而硬度大大下降，然后對其進行壓縮，使其彎曲。未被加熱的地方強度不變，這種方法比較容易實現(xiàn)，是最常見的彎曲加工方法。冷彎加工是指在常溫狀態(tài)下，對鋼材施加壓力，在外力作用下使其變成想要的形狀，這種方法可以使材料強度增加，加工出的部件也比較堅固，產(chǎn)生的變形也不可恢復(fù)。還有有一種獨特卻十分受歡迎的方法，叫做水火彎板。這一方法具體是指在加熱板材時，對加熱部分進行加速加熱，同時對未加熱部分進行冷卻，這樣使同一板材上溫度差異加大，促使角變形量加大。這種方法主要應(yīng)用于角變形。水火彎板對板材冷卻的方法不同有空氣冷卻，正面澆水反面澆水三種。三種方法有不同的特點，能夠在施工中起很好地作用。下圖（圖4）是工人正在使用水火彎板進行加工圖4水火彎板加工過程圖水火彎板相比其他方法而言，所需設(shè)備簡單，工藝流程簡便，可以大大提高工作效率。不需要對板材施加壓力。避免了重工作業(yè)，提高了勞動力使用效率，加工之后的板材質(zhì)量相對較好，板面平整，此工藝可以對不同板厚的板才進行加工。（4）內(nèi)部板材加工精度作業(yè)：分段內(nèi)部板材比較復(fù)雜，多個板材，構(gòu)件縱橫交錯。所以對各個型材的精度要求高，因為每個小誤差都會起會導(dǎo)致嚴(yán)重的誤差。所以內(nèi)部板材加工十分復(fù)雜，加工前應(yīng)進行細致的規(guī)劃和安排。而且要對整個分段進行合理的規(guī)劃，對各種型材進行分類，此外要制定嚴(yán)格的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。其他構(gòu)件也必須按照此標(biāo)準(zhǔn)進行，完工之后要對所有步驟進行檢查，并進行改正避免造成損失。板材構(gòu)件的拼接相連與劃線在精度作業(yè)生產(chǎn)是十分重要的。構(gòu)件是由多種鋼材組成的,這些構(gòu)件是由不同的焊接方法焊接在一起的，焊接過程中影響因素較大容易產(chǎn)生誤差，所以要對誤差有預(yù)先判斷，制定嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。船舶建造過程中，應(yīng)該設(shè)立基準(zhǔn)線，它可以用來控制建造精度也能在檢查時提供一定參考，基準(zhǔn)線劃線是以現(xiàn)場作業(yè)時各個零件，分段按照統(tǒng)一的基準(zhǔn)邊與尺寸進行的。船舶建造過程中有兩種基準(zhǔn)線，他們能夠給部件組裝，裝配和搭載提供便利，也能夠給總段合攏時提供尺寸標(biāo)準(zhǔn)。3.2焊接中變形量的控制措施焊接過程中容易產(chǎn)生線性變形為防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)先對應(yīng)焊縫然后進行焊接；焊接時應(yīng)優(yōu)先選擇角度規(guī)則的焊縫進行焊接，然后再對不規(guī)則角度的焊縫進行焊接。在對不同部位進行焊接時，盡量使焊接對稱。在對工人分配時，要盡量使分配合理，每個人擅長的方法都不同，要將不同的師傅用在相應(yīng)的崗位上。人力的數(shù)量也要把控，避免浪費。焊接前一個對焊縫進行檢查，要將焊縫控制在合理范圍內(nèi)，焊縫的角度，間隙大小不同要采用不同的焊接方法，焊縫接口處要多焊，緩慢連接，先將焊縫合攏之后再進行焊接。焊接補償量的加放方法及標(biāo)準(zhǔn) 通常情況下補償量的加放都是按照施工經(jīng)驗來判定，由于焊接時人為因素影響嚴(yán)重，只能跟具實際情況來對焊縫進行修正。根據(jù)反饋的經(jīng)驗來講，焊接時鋼材變形產(chǎn)生的變化可以得到補償，此外，可以制定模型，在設(shè)計中對補償量進行加放。船體對焊和角焊補償量不同板材的接縫標(biāo)準(zhǔn)都不一樣，應(yīng)該制作嚴(yán)格的焊接補償量標(biāo)準(zhǔn)，不同角度，不同板厚的補償量加放標(biāo)準(zhǔn)。（2）二氧化碳角焊縫板材橫向收縮補償量當(dāng)前船廠大多使用二保焊對鋼材進行焊接，與傳統(tǒng)的焊接方式相比，CO2氣保焊可控性較強不容易產(chǎn)生誤差。從而保證建造的精度。3.3補償量的實施原則船舶建造過程中構(gòu)件經(jīng)過加工，焊接，切割，打磨導(dǎo)致的材料變形收縮叫做補償量。補償后的量在各種分段補償施工工藝過程中稱為消耗。根據(jù)下料，生產(chǎn)，組裝和焊接的施工流程來看。精度補償量分為四種：下料補償量，焊接補償量，裝配補償量和生產(chǎn)補償量。船體補償量的確定有眾多因素，船舶的類型和噸位，船體的建造方式，船體分段的劃分，船體建造的施工步驟等。精度補償?shù)臏?zhǔn)則如下。精度補償量的先決條件：（1）有固定對象。船舶類型相似，載重相同的情況下，可以使用類似產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和精度標(biāo)準(zhǔn)進行參考，制定更精確的精度設(shè)計。（2）有穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝。船舶生產(chǎn)過程中，使用相同船舶工藝，相同工藝流程，相同建造順序，相同建造方法，和相同生產(chǎn)準(zhǔn)則的可以使用相同的精度補償設(shè)計。假如施工方法不符合標(biāo)準(zhǔn)，或者人員使用過多，亦或者工藝流程不同。使用精度補償設(shè)計可能會適得其反，到最后導(dǎo)致施工不準(zhǔn)確。（3）對過程進行嚴(yán)格把控：對整個建造過程進行把控，構(gòu)件合理的精度管理系統(tǒng)，提高治理施工水平的精準(zhǔn)性，提高測量的準(zhǔn)確度，可以有效地提高施工過程中精度管理水平。在管理水平較高的條件下，可以對船舶整個建造過程進行精度控制追蹤，對其進行補償。反之，只能使用加余量方式來進行修改。增加零件加工前補償量的原則如下:（1）補償量的加放跟板材有密切聯(lián)系，補償量變化與板材長度程正相關(guān)，板材越長，所需補償量越多，反之板材越小所需補償量越少.補償量跟板厚成反比，板厚越薄，補償量需求越大，反之板厚越厚補償量需求越小。此外，補償量與焊接量成正比，焊接量越多，所需補償量越多。此外板材結(jié)構(gòu)強度也影響補償量，結(jié)構(gòu)越強補償量越大。平面小組立作業(yè)精度標(biāo)準(zhǔn)如圖（圖5）圖5平面小組立作業(yè)精度管理標(biāo)準(zhǔn)補償量加放的基本準(zhǔn)則：要根據(jù)具體情況加放補償量。添加補償量時，應(yīng)優(yōu)先參考類似的情況，對其進行補償。生產(chǎn)過程中，不同生產(chǎn)工藝，不同建造流程和不同建造方法導(dǎo)致的零件變形也不相同。因此建造時忌諱采用不同的建造工藝和流程。建造時應(yīng)該嚴(yán)格監(jiān)督，保證施工質(zhì)量。從而確保船舶的建造精度，添加補償時應(yīng)優(yōu)先考慮焊接變形。3.4對合線的設(shè)置對合線可以使建造過程中總體的尺寸、水平度、彎度提出要求，有利于提高裝配精度。是精度建造的重要環(huán)節(jié)之一。糾正偏差的主要手段是生產(chǎn)裝配和預(yù)修。應(yīng)允許板的長度，寬度和方向。從而確定對合線的尺寸。畫好零件線后，要進行反復(fù)試驗，使用合理方法找出標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)置對合線時，應(yīng)根據(jù)裝配線調(diào)整合適的角度，從而減少失誤。提高建造效率。4精度管理體系研究與應(yīng)用的現(xiàn)實意義研究船體建造精度管理系統(tǒng)可以幫助我們縮短造船周期，提高船舶質(zhì)量并降低建造成本。在國內(nèi)外大型國際造船市場中，提高我國造船業(yè)的核心競爭力是重要的技術(shù)手段之一。目前，我國的船舶總產(chǎn)量位居世界第三，但日本和韓國建造的船舶的絕對噸位值卻相對較大。日本和韓國的一流造船廠工業(yè)規(guī)模較大，造船成本相對較低，具有較高的收益。因此，它在造船業(yè)中處于主導(dǎo)地位。由于日本和韓國大型船運公司的競爭力較高，因此短期內(nèi)很難改變立場。由于現(xiàn)代造船概念的不斷變化，造船模型也發(fā)生了變化。船舶已經(jīng)從傳統(tǒng)的“集成制造模式”和“分段制造模式”演變?yōu)椤皢为氈圃炷Ｊ健焙汀凹芍圃炷Ｊ健薄Ｔ齑Ｊ降难葑兪墙?jīng)濟與技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合的結(jié)果。隨著“成組技術(shù)”和“互換原理”在造船中的應(yīng)用，船舶精度管理已成為主要關(guān)注的問題。它能夠幫助發(fā)展航運市場。我國目前擁有非常多的承運人，非常大的船舶，非常大的集裝箱船，液化天然氣，液化石油氣造船技術(shù)，液化石油氣（液化石油氣）能力，但是由于缺乏精確的管理技術(shù)的結(jié)果將導(dǎo)致許多項目的建設(shè)周期長，而且質(zhì)量差還遠未達到國際設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。市場