船舶精度控制管理

船舶精度控制管理前言鋼質(zhì)船體建造要按照船舶設(shè)計圖紙，經(jīng)過放樣、號料、加工、裝配、焊接和吊運等工序完成的。在建造過程中，受切割、加工、焊接和吊運等因素影響，船體零件、部件、分段、總段和船體主尺度不可避免地產(chǎn)生實際尺寸偏離放樣尺寸的尺寸偏差和形狀偏差。為了控制這些偏差在國家標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)，船廠開始普遍采用船體零件上加放余量再修割的方法，這必然會帶來造船現(xiàn)場大量的修整工作量。這些修整工作量幾乎全部為手工作業(yè)，所消耗的工時約占船體建造總工時的1/4。為了盡量減少修整工作量，各國在取得大量生產(chǎn)實踐測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運用數(shù)理統(tǒng)計方法，逐步以不須修割的零件補償量代替余量的方法來控制造船偏差，這樣逐步發(fā)展形成造船精度管理技術(shù)。造船精度管理是當(dāng)代造船的重大新技術(shù)之一，也是船廠科學(xué)管理的重要內(nèi)容。它主要是在船體建造過程中加放尺寸補償量取代余量，通過合理的工藝技術(shù)和管理技術(shù)，對船體零件、部件和主尺度進行精度控制，以提高建造質(zhì)量，最大限度的減少現(xiàn)場修整的工作量，縮短船舶建造周期，降低船體建造成本。在船體建造過程中推行精度管理是生產(chǎn)的客觀需要，也是確保船體建造質(zhì)量，促使科學(xué)管理，提高造船生產(chǎn)能力，縮短船體建造周期的重要手段，是造船生產(chǎn)技術(shù)的重要組成部分。國內(nèi)外的生產(chǎn)實踐表明，開展船體建造精度管理對造船企業(yè)、船東、員工、社會和國防建設(shè)都有重大作用。船體建造精度管理大致經(jīng)歷了尺寸公差與余量加放、補償量加放、全過程精度控制、全站儀測量與模擬搭載等幾個階段，目前正向著以數(shù)據(jù)庫和軟件系統(tǒng)為基礎(chǔ)的信息化管理方向發(fā)展。1范圍造船精度管理，就是在船體建造過程中，將船體零件、部件、分段和全船的建造尺寸，控制在規(guī)定范圍內(nèi)的工作方法和管理制度。應(yīng)用統(tǒng)計分析的原理和方法，制定出各工序中每個零件、部件、分段直至總段的最合理的精度標(biāo)準(zhǔn)，以便控制和掌握零件與分段的尺寸精度，可使加工好的零件和分段等中間產(chǎn)品不留余量，無需進行二次定位、劃線和切割，將大大提高生產(chǎn)效率，提高同類零件的互換性。從而實現(xiàn)船體建造全過程的精度控制，使主船體精度達到標(biāo)準(zhǔn)要求或顧客需要。精度造船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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)錯位在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，保證船舶質(zhì)量。精度管理是系統(tǒng)工程，關(guān)鍵是全面、全過程推行精度控制，核心是實施造船精度設(shè)計。船體建造精度管理就是以船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)為基本準(zhǔn)則，通過科學(xué)的管理方法與先進的工藝技術(shù)手段，對船體建造進行全過程的尺寸精度分析和控制，以達到最大限度減少現(xiàn)場修割工作量，提高工作效率，降低建造成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量。管理的對象為船體在建造過程中的產(chǎn)生的收縮變形、扭曲變形和角變形。其內(nèi)涵包括健全精度管理體系、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、制訂精度標(biāo)準(zhǔn)、制訂預(yù)防尺寸偏差的工藝技術(shù)措施和精度超差后的處理措施等。2術(shù)語和定義船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)是船舶設(shè)計、制造與檢驗部門為確保船體建造質(zhì)量而制定的技術(shù)文件，又是推行船體建造精度管理，實施尺寸精度控制的依據(jù)。為了正確表述船體精度標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)對下列名詞進行定義：船體分段：為方便船體結(jié)構(gòu)建造合理劃分的結(jié)構(gòu)單元，通常為大組立而形成的中間產(chǎn)品。余量：對船體零件、工件和中間產(chǎn)品通過加工、裝焊、火工矯正等多道工序，而產(chǎn)生的變形及收縮進行定性和定量分析后，加放的比實際變形及收縮略大的工藝量值，一般要在裝配后割除。補償量：對船體零件、工件和中間產(chǎn)品通過加工、裝焊、火工矯正等多道工序，而產(chǎn)生的變形及收縮進行定量分析后，加放相當(dāng)實際變形和收縮的工藝量值，一般不需再切割?；境叽纾褐笀D面上標(biāo)注的理論尺寸，它是描述零件、工件和中間產(chǎn)品（部件、分段和總段）的幾何形狀、外形尺寸以及所處位置的量值。實際尺寸：指零件、工件和中間產(chǎn)品完工后測得的尺寸。尺寸偏差：基本尺寸與實際尺寸的差值。標(biāo)準(zhǔn)范圍：正?？刂?、檢驗尺寸偏差滿足精度造船的偏差范圍。允許極限：檢驗尺寸偏差時，允許少數(shù)偏差超出標(biāo)準(zhǔn)范圍的最大偏差值3造船精度管理體系造船精度體系作為造船質(zhì)量體系的一個子系統(tǒng)，精度管理體系也與質(zhì)量管理體系類似，主要包括組織體系、精度標(biāo)準(zhǔn)、資源管理、精度控制、測量改進和信息技術(shù)等幾個方面。造船精度管理體系3.1組織體系為了實施造船精度管理，必須成立精度管理的組織體系。這需要企業(yè)高層領(lǐng)導(dǎo)給予足夠的支持，配備必要的組織和人員，制定造船精度方針、目標(biāo)和計劃，明確管理職責(zé)制度。精度方針是確定造船精度管理的方向和原則。精度方針確定為“精度設(shè)計、過程控制、檢測改進”，精度設(shè)計是精度管理的源頭，過程控制是精度管理的核心，不斷改進提高精度水平。精度目標(biāo)是依據(jù)本船廠精度管理水平，分階段提出精度的合格率，包括拼板、冷熱加工、分段的焊前焊后、總組和搭載等。確定精度目標(biāo)后，就要制訂精度計劃。船體建造的精度計劃，實際上就是對船體建造從精度角度判斷的一種工程分析。通過分析，可以對建造全過程的精度狀態(tài)有一個數(shù)量上的全面了解，事先就能發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的補償和控制措施一其中包括加放補償量、余量與選擇余量的切割階段，以確保船體建造的尺寸精度能控制在允許的范圍之內(nèi)。簡單的說，船體建造的精度計劃是對建造全過程的精度分析，在這種分析的基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的尺寸精度控制措施。精度分析必須建立在大量的調(diào)查研究，掌握足夠的實際數(shù)據(jù)，以及實踐與理論相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在編制精度計劃前，需要進行大量的數(shù)據(jù)實測與理論分析的準(zhǔn)備工作。經(jīng)過相當(dāng)時期的調(diào)研、試行、推廣和鞏固的反復(fù)循環(huán)的過程及專題研究，才能取得符合本企業(yè)的精度分析的實際結(jié)果。科學(xué)的、符合實情的精度分析，有助于提出有效的尺寸精度控制措施。在精度計劃編制過程中，應(yīng)根據(jù)船體結(jié)構(gòu)圖確定建造方法和裝配工藝流程，分析各個工藝階段的誤差累積過程，決定各個控制階段的允許誤差，按照允許誤差值決定施工要領(lǐng)和工藝技術(shù)方法，保證船體建造精度符合工藝技術(shù)要求。這里所說的施工要領(lǐng)和工藝技術(shù)方法，是指在精度分析的基礎(chǔ)上，采取各種相應(yīng)的控制措施。其中，最重要的措施是加放系統(tǒng)補償量、余量，及余量切割時機的合理選擇。這些工作都是圍繞一個根本目的，這就是精度計劃的編制。通過提出相應(yīng)的工藝技術(shù)，確保船體建造精度，包括船體主尺度精度，以及形狀精度和位置精度。精度計劃包括船體建造各個階段的精度目標(biāo)、影響精度的主要原因和采取的措施等內(nèi)容。3.2精度標(biāo)準(zhǔn)精度標(biāo)準(zhǔn)包括補償量標(biāo)準(zhǔn)、精度檢驗標(biāo)準(zhǔn)、精度控制基準(zhǔn)、精度測量表、基準(zhǔn)線設(shè)計基準(zhǔn)等。精度補償量包括切割補償量、加工補償量、裝配補償量和焊接補償量等方面，一般通過現(xiàn)場多次測量或理論計算得出補償量數(shù)值，通過生產(chǎn)設(shè)計反映在船體零件上，然后在主船體完工后測量主尺度來檢驗補償量的正確性，通過測量值修正補償量數(shù)值。精度檢驗標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)精度目標(biāo)細化到船體建造各工序階段的精度要求。精度工藝標(biāo)準(zhǔn)是對于一些精度容易出現(xiàn)問題的工序階段制定專門的裝焊工藝。3.3資源管理要進行造船精度管理必須對影響造船精度的各種資源進行管理，這里資源主要包括設(shè)備工具、造船物資和設(shè)施工裝等。這些在下面的精度系統(tǒng)控制的章節(jié)中有詳細敘述。3.4精度控制精度控制是實施造船精度管理的核心，主要包括精度系統(tǒng)控制和過程控制。精度系統(tǒng)控制指對影響造船精度的人員、精度設(shè)計、設(shè)備工具和物資進行系統(tǒng)的控制以保證造船精度。過程控制是對船體建造過程各階段進行過程控制。對于各階段易出現(xiàn)的精度問題采用“人、機、料、法、環(huán)和計量”六因素質(zhì)量分析法進行分析，確定主要因素，采取必要措施，在驗證有效后，把這些措施固化為標(biāo)準(zhǔn)。這樣逐步提高船體精度，最終以最低的成本控制船體精度在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。這里的精度控制以施工者自我控制為主。具體的船體精度控制在下面一節(jié)有詳細的介紹。3.5測量改進測量處理和改進就是對于船體建造過程中的中間產(chǎn)品-分段、總段進行測量驗收，對于精度超差的中間產(chǎn)品必須采取修整措施，分析原因，采取預(yù)防改進措施，并對相關(guān)責(zé)任人進行處理。這里的預(yù)防改進措施在驗證有效后固化為標(biāo)準(zhǔn)，這樣就改進了船體建造精度。精度改進還包括低成本控制船體精度的措施。3.6信息技術(shù)

信息技術(shù)包括應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫技術(shù)。如TRIBON船舶設(shè)計軟件、精度數(shù)據(jù)處理軟件和有限元計算軟件。關(guān)于精度信息技術(shù)發(fā)展非?？欤鐕鴥?nèi)也在開發(fā)，并部分地應(yīng)用。韓國大型船廠也廣泛應(yīng)用精度系統(tǒng)，精度系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了分析速度和數(shù)據(jù)分析水平，精度數(shù)據(jù)完全可以在系統(tǒng)中實施封閉，大大減少了人為因素的干涉。3.7船體建造精度管理的關(guān)聯(lián)技術(shù)船體建造精度管理是一門交叉學(xué)科，涉及到很多新工藝、新技術(shù)。關(guān)聯(lián)的技術(shù)有軟件技術(shù)、信息技術(shù)、設(shè)計技術(shù)、裝配技術(shù)、焊接切割技術(shù)、成型矯正技術(shù)、測量技術(shù)等各個方面。三維設(shè)計系統(tǒng)船體建造精度管理關(guān)聯(lián)技術(shù)設(shè)計技術(shù)一m裝配搭載技術(shù) 一=成形矯正技術(shù)數(shù)字信息技術(shù) 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)焊接切割技術(shù)焊接技術(shù)切割技術(shù)測量技術(shù)結(jié)構(gòu)工藝性分總段劃分技術(shù)精度分配技術(shù)船體建造精度管理關(guān)聯(lián)技術(shù)設(shè)計技術(shù)一m裝配搭載技術(shù) 一=成形矯正技術(shù)數(shù)字信息技術(shù) 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)焊接切割技術(shù)焊接技術(shù)切割技術(shù)測量技術(shù)結(jié)構(gòu)工藝性分總段劃分技術(shù)精度分配技術(shù)排板套料技術(shù)組立技術(shù)搭載技術(shù)機械成形校正技術(shù)火工成形校正技術(shù)常規(guī)測量技術(shù)激光測量技術(shù)經(jīng)緯儀測量技術(shù)交點所做的水平面。中線面是沿著船舶縱向中線垂直于基平面的平面。中站面是過垂線間長的中垂線做垂直于基平面的平面。基平面是船體高度方向的基準(zhǔn)，中線面是船體寬度方向的基準(zhǔn)，中站面是船體長度方向的基準(zhǔn)（為方便計算，現(xiàn)多用尾垂線作為船體長度方向的基準(zhǔn)）。4精度標(biāo)準(zhǔn)4.1標(biāo)準(zhǔn)的分類精度標(biāo)準(zhǔn)按適用范圍一般可分為，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三類。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是指同行業(yè)共同制訂的標(biāo)準(zhǔn)。作為造船行業(yè)的船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)，既要反映國內(nèi)整個造船業(yè)船體建造精度的質(zhì)量水平，又要滿足國外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是船廠為了滿足船級社和船東要求必須遵守的技術(shù)文件。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是本企業(yè)制定的標(biāo)準(zhǔn)。作為造船企業(yè)的船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)，既要反映本企業(yè)船體建造精度的質(zhì)量水平，又要滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是船廠為確保產(chǎn)品建造精度達到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求而制訂的一種“內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)”。對于船體特殊結(jié)構(gòu)的建造精度，可在企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上予以補充，或另行編制某產(chǎn)品建造的專用精度標(biāo)準(zhǔn)。作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是船廠為確保船體建造精度能控制在企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，而制訂的作業(yè)要領(lǐng)與作業(yè)精度標(biāo)準(zhǔn)。作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是船廠長期以來在船體建造中實施精度控制的經(jīng)驗總結(jié)，作為船體建造的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)既要反映優(yōu)秀操作人員的最佳作業(yè)方法與所應(yīng)控制的精度數(shù)值，又要滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求。4.2精度標(biāo)準(zhǔn)的作用精度標(biāo)準(zhǔn)是整個精度管理工作的出發(fā)點、基本點和歸結(jié)點，貫穿于整個精度管理的始終。4.2.1精度管理的基礎(chǔ)文件在船體建造中開展精度管理，必須明確精度管理所要達到的精度目標(biāo)，也就是要符合精度標(biāo)準(zhǔn)的各項標(biāo)準(zhǔn)值。有了精度目標(biāo)，才能據(jù)此制訂精度計劃，并在執(zhí)行中對照精度標(biāo)準(zhǔn)進行檢查，以便對造船精度進行有效的控制。因此，船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)是船體建造精度管理的基礎(chǔ)文件。4.2.2精度設(shè)計的依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計作為精度造船的源頭，必須重視結(jié)構(gòu)設(shè)計中的精度設(shè)計。精度標(biāo)準(zhǔn)中的全船精度管理圖是精度設(shè)計的依據(jù)，根據(jù)精度布置圖的余量和補償量分布在結(jié)構(gòu)設(shè)計中加放，保證零件放樣中包含補償量的數(shù)值，以確保對船體建造中結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和位置的控制，并為舾裝與船體結(jié)構(gòu)的配合提供精度保證。4.2.3工藝裝備選型的技術(shù)依據(jù)根據(jù)船廠的精度目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，在裝備選型時要注意其達到的精度能力。如鋼板切割精度尺寸偏差標(biāo)準(zhǔn)為1mm，在選購的切割機要滿足其精度要求。隨著造船精度的提高，更新裝備也要注意精度能力。4.2.4考核船體建造質(zhì)量的基本準(zhǔn)則船體建造質(zhì)量包括材料、精度、焊接、密性和涂裝等系列指標(biāo)，其中形位尺寸精度是評定建造質(zhì)量的主要指標(biāo)值。船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)是從放樣工序開始到船體建造完工，按各工藝階段所應(yīng)滿足的尺寸精度要求編制的，因此船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)可作為船體建造各工藝過程的工序質(zhì)量控制指標(biāo)值，并成為評定船體建造質(zhì)量的基本準(zhǔn)則。4.3標(biāo)準(zhǔn)的制訂4.3.1標(biāo)準(zhǔn)制訂原則船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)既要滿足船舶結(jié)構(gòu)強度和設(shè)計性能要求，又要滿足建造過程中船體零部件、分段和總段在各工藝階段的有效配合，以控制各工序的完工質(zhì)量［7］。船體建造精度行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂均需遵循下列原則。⑴滿足船體結(jié)構(gòu)強度與性能要求制訂船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)的基本原則應(yīng)滿足船體結(jié)構(gòu)強度要求，也就是規(guī)定船體建造的精度以允許界限內(nèi)其強度下降不超過10%為原則。這個原則應(yīng)用于對接接頭或十字接頭錯位的精度標(biāo)準(zhǔn)中，這種偏差范圍稱為允許極限。在滿足強度要求的同時，還必須注意滿足船體設(shè)計性能上的各種要求。如，船體完工主尺度精度將直接影響到船舶航行時的排水量、穩(wěn)性和快速性。尾柱分段的安裝精度又將直接影響軸系與舵系的效用和航向穩(wěn)定性。⑵符合有關(guān)規(guī)范、規(guī)則與國標(biāo)、船標(biāo)的規(guī)定船舶建造規(guī)范、規(guī)則與國標(biāo)、船標(biāo)均是為確保船舶性能、航行安全和建造質(zhì)量制訂的，必須嚴(yán)格執(zhí)行。對其中涉及船體建造精度的有關(guān)項目與內(nèi)容，必須作為制訂精度標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。⑶切合船廠的工藝技術(shù)水平制訂船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)必須考慮船廠設(shè)施條件和工藝技術(shù)水平。否則標(biāo)準(zhǔn)脫離實際，造成無法執(zhí)行。企業(yè)在制訂精度標(biāo)準(zhǔn)時，還要參照企業(yè)的主要產(chǎn)品，將某些船體特殊結(jié)構(gòu)的精度要求納入企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。⑷具有先進性和經(jīng)濟性制訂船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)，既要考慮標(biāo)準(zhǔn)具有一定的先進性，以促進船廠工藝技術(shù)水平的提高；又要在保證船體建造質(zhì)量的前提下，考慮工藝技術(shù)的可行性與經(jīng)濟上的合理性。4.3.2標(biāo)準(zhǔn)制訂的依據(jù)⑴參考國內(nèi)外有關(guān)船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)我國要成為造船強國，必須向國外造船先進標(biāo)準(zhǔn)靠攏。作為衡量船體建造質(zhì)量水平的船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)，同樣要遵循這一原則。例如，我國的船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CB/T4000-2005(中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中)，船體主尺度的標(biāo)準(zhǔn)范圍是參考日本、德國的精度標(biāo)準(zhǔn)確定的。在制訂企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時，除參考國外有關(guān)精度標(biāo)準(zhǔn)外，還要收集國內(nèi)有關(guān)船廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為參照。⑵強度的分析論證在制訂精度標(biāo)準(zhǔn)確定允許界限數(shù)值時，采用強度分析論證的方法是標(biāo)準(zhǔn)制訂的科學(xué)依據(jù)，也是使精度標(biāo)準(zhǔn)保持先進性和經(jīng)濟性的必要手段。強度分析可以通過疲勞強度試驗證實，例如應(yīng)用于對接接頭或十字接頭錯位的精度標(biāo)準(zhǔn)