6-船舶建造精度控制技術(shù)(3h)

1、課題六 船舶建造精度控制技術(shù) 2022/8/1016-1 船舶建造精度控制技術(shù)概述 船臺無余量裝配技術(shù) 精度控制技術(shù)研究、應(yīng)用的現(xiàn)實意義 國內(nèi)外造船精度控制技術(shù)現(xiàn)狀 船體建造精度管理概念2022/8/102一、船臺無余量裝配技術(shù)船體建造中，船臺裝配是一道技術(shù)性強(qiáng)、質(zhì)量要求高的關(guān)鍵工序。長期以來，世界各國的許多造船廠一直采用分段一端加放2050mm的余量，待分段上船臺后經(jīng)定位（或二次定位）、劃線、切割，然后再合攏。使得船臺裝配階段費時最多、工作環(huán)境最差、勞動強(qiáng)度最大，它對船臺和船臺建造質(zhì)量有著很大的影響。1. 船臺無余量裝配 鑒于以上情況，世界各船廠都積極探索、尋求一種省時、省力的船臺裝配工藝船

2、臺無余量裝配（分段無余量上船臺）技術(shù)。2022/8/103 推行船臺無余量裝配獲得的效益舉例 舉例1： 某廠承造18000t級散裝貨船時，曾對帶余量上船臺二次定位與預(yù)修整上船臺無余量裝配兩個單底分段和舷側(cè)分段裝配作業(yè)所花費的工時進(jìn)行對比（如下表）。余量處理情況留余量二次定位預(yù)修整上船臺人時吊車配合（時）人時吊車配合（時）分段類型單底分段舷側(cè)分段1024103216787204 分析表明：單底分段采用“預(yù)修整法”花費的的工時為“留余量二次定位法”的23%，工效提高3.4倍；舷側(cè)分段“預(yù)修整法”花費的的工時為“留余量二次定位法”的43%，工效提高1.3倍。2022/8/104 舉例2： 某船廠，對

3、建造的40余艘船舶共1500個船體分段經(jīng)過預(yù)修整實現(xiàn)船臺無余量裝配的效果進(jìn)行統(tǒng)計表明：每個分段在船臺上的裝配要節(jié)省4465個工時；總共節(jié)省了77219工時（還不包括裝配質(zhì)量提高而減少的焊接工時）。2022/8/1052. 船臺無余量裝配的實現(xiàn)途徑 兩條途徑： 1）分段上船臺前預(yù)修整 帶余量制造，上船臺前修整（劃線、切割余量） 我國各大、中型船廠已完全掌握該項技術(shù)。但此種方法已經(jīng)不再適應(yīng)當(dāng)前造船生產(chǎn)發(fā)展的需要。 2）分段無余量制造 全過程的無余量（用補償量代替余量）制造 實施無余量制造的核心技術(shù) 精度管理技術(shù)（其主要組成部分是精度控制技術(shù)） 2022/8/106二、船體建造精度管理概念船體建造精

4、度管理的理論基礎(chǔ) 數(shù)理統(tǒng)計、尺寸鏈理論船體建造精度管理的技術(shù)核心 尺寸補償量的加放，以補償量取代余量；船體建造精度管理的工作內(nèi)容 健全精度保證體系、建立精度管理制度、完善精度檢測手段與方法、提出精度控制目標(biāo)、確定精度計劃、制訂預(yù)防尺寸偏差的工藝技術(shù)措施等。 以船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)為基本準(zhǔn)則，通過科學(xué)的管理方法與先進(jìn)的工藝技術(shù)手段，對船體建造進(jìn)行全過程的尺寸精度分析與控制，以達(dá)到最大限度減少現(xiàn)場修整工作量，提高工作效率，降低建造成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量。2022/8/107三、精度控制技術(shù)研究、應(yīng)用的現(xiàn)實意義是轉(zhuǎn)換造船模式、實現(xiàn)殼舾涂一體化的基礎(chǔ)高水平的精度控制技術(shù)，是贏得船舶市場分額的有力保障 是提高生

5、產(chǎn)技術(shù)綜合水平、促進(jìn)科學(xué)管理、縮短造船周期、提高造船質(zhì)量、降低造船成本的重要手段 例如，推行船臺無余量裝配，大幅度減少船臺吊裝的現(xiàn)場修整作業(yè)量，減少作業(yè)工時。 2022/8/108四、國內(nèi)外造船精度控制技術(shù)現(xiàn)狀1. 國外 （日、韓） 已經(jīng)形成了一整套精度控制管理體制體系，將精度控制管理貫穿于造船的全過程。即每年制定一個精度管理計劃，確定基本方針、工作重點，各階段精度控制項目，控制的目標(biāo)值、實際測量值，責(zé)任單位，工藝流程，基準(zhǔn)線系統(tǒng)等，并配有先進(jìn)的三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)。 目前，日、韓幾乎都達(dá)到了分段100%無余量上船臺，除艉柱分段外，所有分段精度控制成功率為80%95%。 另外，日本船廠很注意對設(shè)備

6、的維護(hù)，他們的觀點很清楚：加工精度的保證主要靠設(shè)備，而設(shè)備靠人去管理，否則再好的設(shè)備也不能保證精度。 2022/8/1092. 國內(nèi) 部分船廠精度控制水平較高，已經(jīng)基本達(dá)到內(nèi)部構(gòu)件無余量下料，全船分段無余量上船臺合攏，但大部分船廠還沒達(dá)到這個水平。又如： 南通中遠(yuǎn)川崎公司（2003年）“遠(yuǎn)明湖”30萬噸VLCC建造中，實施造船精度管理，實現(xiàn)無余量造船，利用統(tǒng)計技術(shù)和信息技術(shù)建立了造船生產(chǎn)全過程的精度控制和管理，從而真正實現(xiàn)了分段對接誤差為零的無余量造船。同還時使得鋼材利用率達(dá)到92% 。 但是總體上，我國在精度控制工作方面與國外先進(jìn)的國家相比存在一定的差距。據(jù)國內(nèi)專家評價：我國在精度造船和綜合

7、管理水平方面要比日本船廠落后1015年。 例如： 2001年，大連造船廠在推廣應(yīng)用新技術(shù)、新工藝方面取得顯著成效。4.5萬噸化學(xué)品成品油輪、4.6萬噸原油成品油輪首制船的分段無余量制造比例分別達(dá)到31.5和34.9，船臺無余量合攏比例分別達(dá)到67.8和64.4，創(chuàng)歷史最高水平。2022/8/10106-3 精度控制計劃精度控制的階段劃分精度計劃2022/8/1011一、精度控制的階段劃分 船體建造是一種工序多、周期長、手工操作量大的生產(chǎn)過程。因此，要實施精度控制，有必要把整個船體建造過程分解成若干控制階段，通過各階段的有效控制，達(dá)到尺寸精度的最終目標(biāo)。1.誤差與補償補償量的作用是抵償工件的變形

8、與補償量對應(yīng)的工件變形，主要指施工的各工序中發(fā)生的尺寸和形位誤差2.船體建造全過程的總補償量（系統(tǒng)補償量）的組成 總補償量式中，i 第i 道工序的補償量。亦即零件、部件、分段、船臺裝配等階段的補償量。2022/8/10123.精度控制階段劃分 一般，尺寸精度控制的階段劃分與船體建造的階段劃分相對應(yīng)。 例如，船體建造劃分為：號料及加工、部件裝配、分段裝配和船臺裝配，精度控制也按這4個階段分別施行。這樣，前一階段的控制結(jié)果，是后一階段的基礎(chǔ)。 從理論上把船體建造過程的尺寸精度控制分解為若干個控制階段，以滿足最終的精度要求是完全合理的。2022/8/1013二、精度計劃1. 精度計劃的作用 船體建造

9、的精度計劃，是對建造過程的精度進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的尺寸精度控制措施。 而精度分析，是為了對建造全過程的精度狀況有一個數(shù)量上的了解，以便發(fā)現(xiàn)問題，并采取相應(yīng)的補償和控制措施（包括加放余量與選擇余量的切除時機(jī)），以確保尺寸精度能控制在允許的范圍內(nèi)。 2022/8/10142. 精度計劃的編制要領(lǐng) 通過實測、理論分析、試行、反饋、研究（反復(fù)循環(huán)）獲得符合本企業(yè)的精度分析結(jié)果； 依據(jù)建造方法和工藝流程，劃分精度控制各階段； 分析各階段誤差形成及積累過程，確定各階段的允許誤差； 按照允許誤差值，決定施工要領(lǐng)和工藝技術(shù)方法。即：在精度分析的基礎(chǔ)上，采取各種相應(yīng)措施，其中最重要的措施是加放系統(tǒng)補

10、償量、余量以及合理選擇切除余量的時機(jī)等。2022/8/10153. 精度計劃的編制步驟 1）測算標(biāo)準(zhǔn)偏差 根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)水平，測算各個控制階段的標(biāo)準(zhǔn)偏差，作為制訂精度計劃的基礎(chǔ)，也是確定各個控制階段加放補償量、余量的重要依據(jù)。 測算方法： 大量采集實測數(shù)據(jù)，采用“直方圖”求得標(biāo)準(zhǔn)偏差。 需要測算的標(biāo)準(zhǔn)偏差種類： 零件加工方面 板材割縫的偏差、切割熱變形偏差、火工板材成形偏差等 分段裝配方面 平面板列拼焊收縮量、構(gòu)件裝焊收縮量與施工偏差、分段火 工矯正收縮量、分段裝配中板材與骨材收縮量及施工偏差等 2022/8/10162）各控制階段補償量的確定+a+b+c+d+a+b+c+d+a+b+c+

11、a+b船臺裝配補償量a分段裝配補償量b部件裝配補償量c零件加工補償量d材料（號料）0 3）零件的系統(tǒng)補償量（或余量）的確定 根據(jù)上面確定方法，結(jié)合各自廠的生產(chǎn)及精度管理水平確定；系統(tǒng)補償量中一般只不包括施工偏差值。 4）對補償量的修正 根據(jù)施工的標(biāo)準(zhǔn)偏差，對各工藝階段的補償量和系統(tǒng)補償量予以修正。4. 精度計劃舉例 教材 P108 表6-1 2022/8/1017 系統(tǒng)補償量及其特性6-4 補償量與精度控制 尺寸精度的補償 尺寸精度控制的相關(guān)方法2022/8/1018一、系統(tǒng)補償量及其特性1. 系統(tǒng)補償量 2. 系統(tǒng)補償量的特性 對第n 道工序及其以后工序的工件尺寸補償，其補償量的加放一定要發(fā)

12、生在n-1道及其以前工序的工件上； 加放了補償量的工件，不存在第二次劃線及切割問題； 精確的補償量，取決于定型（或材質(zhì)、尺寸及形狀相當(dāng)）的工件或產(chǎn)品、穩(wěn)定的工藝、補償量的不斷反饋及修正。2022/8/10192. 精確補償?shù)钠渌嚓P(guān)因素及對策影響精確補償?shù)囊蛩?生產(chǎn)條件；船型；分段結(jié)構(gòu)形式、劃分方式及建造方法；各部件在分段結(jié)構(gòu)中所處的部位、裝配方法及工藝流程；分段焊接方法、工藝；船臺裝焊順序、工藝；船廠的生產(chǎn)組織和管理水平等。對策 各廠的精度控制必需建立在自身實際生產(chǎn)狀況和精度控制經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，綜合考慮各影響因素，作出相應(yīng)處理，逐步完善和確定本企業(yè)的系統(tǒng)補償系統(tǒng)，把尺寸精度控制納入企業(yè)的常規(guī)工

13、藝，并規(guī)范化。2022/8/1020二、尺寸精度的補償1.尺寸精度補償?shù)牡脑瓌t 由于船體建造過程中引起工件變形的原因很多，變形趨勢及大小受上述諸多相關(guān)因素的影響，因此必須規(guī)定一定的原則，方能進(jìn)行有效的尺寸精度補償?？紤]工件或產(chǎn)品相同（相似）的原則考慮穩(wěn)定工藝的原則 考慮嚴(yán)格的質(zhì)量控制的原則 考慮焊接收縮變形為主的原則 考慮尺寸精度控制經(jīng)濟(jì)性的原則 2022/8/10212. 補償量的確定1）船體結(jié)構(gòu)焊接補償量的確定 線能量計算法 經(jīng)驗公式計算法 經(jīng)驗數(shù)據(jù)查表法 教材P1112）船體分段補償量的確定 分段變形因素分析 教材P112 圖譜計算法 經(jīng)驗公式計算法 教材P114 直接經(jīng)驗估算法2022

14、/8/1022 在船臺上大合攏時，船體主尺度變形趨勢是主尺度尺寸縮短；船形變形一般是首尾上翹，龍骨基線向下?lián)锨?加放主尺度縮短補償量的經(jīng)驗方法： 船長 橫骨架式，大接縫肋距加放 515 mm ； 縱骨架式，大接縫肋距加放 1020 mm 。 船寬 萬噸級船舶加放 610 mm ； 千噸級船舶加放 415 mm 。 型深 萬噸級貨船加放 56 mm ； 萬噸級油船加放 1015 mm ； 千噸級船舶加放 25 mm 。3）船體主尺度及船型補償量的確定2022/8/1023 加放船底撓曲和首尾上翹的反變形經(jīng)驗方法： 在設(shè)定龍骨基線時，由定位分段開始，分別向首、尾逐漸由小到大加放反變形量。201A

15、201B211 P/S212 P/S202203 P/S101A101B213 P/S222 P/S221 P/S223 P/S301302303602601A601B701613612611基線反變形線 對于中小型船舶采用總段建造時，每1米長累計加放-1 mm ; 對于大型船舶采用塔式或島式建造法時，每1米長累計加放 -（0.5 0.8）mm。 對于具有長上層建筑及長護(hù)舷材的船舶，其反變形值（尤其是首尾部分），應(yīng)考慮進(jìn)一步加大。2022/8/1024三、尺寸精度控制的相關(guān)方法1. 放樣、號料和加工的尺寸精度控制 1）板縫的合理排列 分段縱縫盡量排列成水平或直線，并盡量避開型線曲率變化劇烈的部

16、位； 分段內(nèi)（或分段邊緣）的板縫若因厚度不一致并需要“修斜”處理時，盡量排列成直線可采用機(jī)加工方式，盡量避免使用“碳弧氣刨。 2）放樣和號料環(huán)節(jié)的精度控制 針對不同的的板形選擇合理的展開方法； 須經(jīng)火工加工的板，應(yīng)特別地加放加工收縮補償量； 零件號料用的板材須平整，已成形工件的二次號料時應(yīng)處于自由狀態(tài)； 零件號料時應(yīng)加放割縫的補償量，具有公共邊的兩個零件號料時更應(yīng)該注意。2022/8/1025 3）氣割工序的精度控制 根據(jù)板厚選用合適的割嘴和進(jìn)給速度； 氣割割縫補償，注意兩工件共邊縫和不共邊縫的不同處理（結(jié)合號料）； 手工和半自動氣割變形量較自動氣割大，為減小變形，切割順序應(yīng)合理。 高精度門式

17、切割機(jī)和數(shù)控切割機(jī)切割，設(shè)備保養(yǎng)（保持精度），控制切割過程中的熱變形； 幾種控制熱變形的方法： 厚度小于6mm的板，宜采用等離子切割； 選擇合理的割嘴走向；使零件與板材分離的最后一條邊切割時，應(yīng)使余料均勻受熱，以求零件變形最??； 合理地利用“過橋”或采用水冷的方法減少熱變形； 采用檢驗線檢查變形，分析并提高變形控制方法。2022/8/10264）板材成形加工 加工前合理加放余量； 復(fù)雜曲度板加工，宜先冷彎大曲度方向，后水火彎小曲度方向； 正確地檢驗。2022/8/10272. 部件裝配的尺寸精度控制 1）板列拼焊的精度控制 現(xiàn)行采用板列拼焊后預(yù)修整（主要修整長度尺寸）工藝； 板與板間定位方法，

18、采用對合線；拼焊前后檢驗，共用“直檢驗線”。 2）T型材裝焊的精度控制 剖面的不對稱性引起裝焊后的彎曲變形和面板倒邊 3）減小變形的焊接程序和方法 制定焊接程序時的一般性原則 首先焊接那些不對后續(xù)焊縫收縮形成剛性約束的焊縫； 每條焊縫焊接時，應(yīng)保持其另一端能自由收縮； 手工焊時，對較長的焊縫應(yīng)采用逐步退焊法或分中逐步退焊法； 盡量采用“線能量”低的焊接方式和方法。 應(yīng)用舉例 2022/8/10283. 分段裝配的尺寸精度控制 分段裝配的尺寸精度控制直接影響船體尺寸及形位精度； 分段裝配的尺寸精度問題較突出，經(jīng)過的階段多，相關(guān)的因素多，較難控制。 1）系統(tǒng)誤差反饋、分析、修正，不斷循環(huán)，完善精度

19、計劃 制定并不斷完善精度計劃，即通過“建造測量系統(tǒng)誤差反饋修正補償（或反變形）再建造”的反復(fù)循環(huán)，逐步提高船體建造精度水平。 2）階段性尺寸精度控制 分階段控制精度：胎架；鋪板、劃線；構(gòu)件安裝；分段焊接2022/8/10294. 船臺裝配的尺寸精度控制 船臺船體精度控制水平衡量 幾何尺寸精度控制能力 現(xiàn)場修整率（含現(xiàn)場修割率和焊縫墊板率） 現(xiàn)場焊縫修割率修割縫長度占船臺對接縫總長的百分比 現(xiàn)場焊縫墊板率墊板縫長度占船臺對接縫總長的百分比 現(xiàn)在提法：* 分段精度控制成功率 * 船臺無余量裝配成功率 船臺無余量裝配的實現(xiàn)途徑 通過分段預(yù)修整實現(xiàn) 通過無余量制造實現(xiàn)2022/8/1030思考題：1.

20、 什么是船體建造精度管理？2. 船體建造精度管理的工作內(nèi)容是什么？3. 什么是補償量？什么是余量？二者的區(qū)別是怎樣的？4. 船體結(jié)構(gòu)焊接補償量確定的常用方法有哪些？2022/8/1031 “余量”概念 指相對工件基本尺寸多加放的量值。該值以備后續(xù)的生產(chǎn)工序所積累的尺寸偏差，以及冷熱加工所產(chǎn)生的彈性變形和熱塑性變形的伸長、收縮作部分抵償。剩余的部分，則選擇適當(dāng)時機(jī)（船體建造到某一階段），為使工件的實際尺寸能控制在它的規(guī)定公差范圍內(nèi)而作必要的切除。 余量是在尚未認(rèn)識產(chǎn)生尺度偏差規(guī)律性的條件下，為后續(xù)工序用以控制尺寸精度的一種對策。 余量一般可分為加工、焊接收縮與裝配余量三種。2022/8/1032

21、 “補償量”概念 指相對工件基本尺寸多加放的量值。該值該值以備后續(xù)的生產(chǎn)工序所積累的尺寸偏差，以及冷熱加工所產(chǎn)生的彈性變形和熱塑性變形的伸長、收縮作全部抵償。因而，這種加放量無需切除就可控制工件基本尺寸能在所規(guī)定的公差范圍內(nèi)。 2022/8/1033 船體建造過程中，引起工件基本尺寸收縮變形因素很多，因此，相應(yīng)的尺寸精度補償也有多種類型，歸納起來可分為非系統(tǒng)補償和系統(tǒng)補償兩大類。非系統(tǒng)補償 是指單獨地對一個因素或一道工序或一種變形的工件尺寸的補償。相應(yīng)的補償量，可簡稱補償量。例如：氣割補償、焊接補償、部件裝配補償、分段制造補償、火工矯正補償?shù)?。系統(tǒng)補償 是指在船體建造整個工藝系統(tǒng)中，為了彌補由于各種因素引起變形而給予的補償總量。 “系統(tǒng)補償”與“非系統(tǒng)補償”2022/8/1034 線能量（熱輸入），指的是焊接時由焊接熱源輸入給單位長度焊縫上的熱能。（單位：cal cm ） 線能量 線能量計算式1式中， 熱利用系數(shù)； qn 線能量， calcm ； v 焊接速度，cms 。線能量計算式2 （由焊縫尺寸求線能量） qn = F