浅析船厂船体建造精度控制研究
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[摘 要]船舶建造市场面临着激烈的竞争，我国船厂与日韩想必造船技术并不占据优势，尤其是在船体的精度控制方面有着较大的差距。船体精度控制技术可以说是精度造船的关键技术，在降低造船成本、缩短周期以及提高质量等方面有着重要意义，因此研究船体建造精度控制技术是船厂精益生产的要求。
[关键词]船厂；船体建造；精度控制
中图分类号：U673.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0096-01
造船业作为一种特殊的制造业，有着其独特之处，即需要在靠近江海湖泊岸线的地方，根据订单进行单件或者批量的生产，是技术密集、资金密集以及劳动力密集型行业，受原材料供应的影响大，同时设施、设备的专用性强，进入以及退出的壁垒也比较高。因此提高船厂竞争力有着重要意义，而改进船体建造精度控制水平是高造船质量同时提高竞争力的主要手段。
一、船厂船体建造精度控制概述
（一）船体建造的特点
船体建造是根据设计好的船体图纸，经过钢材的预处理、切割、弯曲以及装配焊接等工序的过程。钢材在预处理加工成零件，然后再依次组装为部件和分段，进而在平台总组成为总段，并在船坞合拢成船体。船体建造有着以下几个特点：周期长并且工序多，因此容易出现累计误差；船体的结构大，所以形状尺寸的允许误差也比较大，不过相对船体尺寸而言误差很小；建造过程当中的变形问题复杂，需要掌握切割、焊接、矫正以及吊运等工序的热塑性以及弹塑性的变形规律；建造过程大都为手工制作，误差难以避免。这样要在船体建造的过程当中确保工件的尺寸、形状以及位置都在控制之下难度较大。如果缺乏足够的精度控制，那么船体建造之的主尺寸就会出现较大的偏差。除此之外，船体建造精度控制水平的高低，在一定程度上受到船厂管理水平、生产技术、设备能力、工人技术以及船舶类型等方面因素的影响，所以盲目追求过高水平的精度控制并不现实。
（二）船体建造精度控制的意义
船体建造精度控制有着重要的意义。首先做好精度控制可以保证船体主尺寸以及线形的误差在控制范围之内，从而保证船舶航速以及载重量，并且控制船体的结构错位在一定范围之内，保证船舶安全与强度。其次是能够在一定程度上降低装焊作业的修整工作量，降低人力成本同时提高劳动效率，通过提高钢材的利用率而降低材料成本。再次是可以减少结构的修割，平底完成高空作业，从而改善工作环境，维护生产工人的利益；最后是可以降低返修以及修割，从而减少能源消耗，节约能源并且降低环境污染，通过控制接缝间隙也能够保证船舶的焊接质量，进而保证船舶安全航行。船体建造精度控制主要包括事先精度控制以及事后精度控制，具体流程如下图所示。
二、船厂船体建造精度控制的发展趋势
通过分析国内外资料，可以发现目前船体建造精度控制有以下几个发展趋势。首先是精度控制系统日益集成化。因为船体建造精度控制往往涉及船厂的生产流程、组织体系、质量保证以及生产设计等各个方面，所以精度控制的发展趋势就是将精度控制集成到船厂的CIMS系统当中，成为船厂CIMS一个子系统。因此在精度控制的应用中，需要同整体系统以及各个子系统之间的关系，例如数据格式、数据处理、数据库类型、数据传输以及数据共享等等。其次是变形分析理论化。这体现在下面两个部分，一是新的热弹塑性变形理论提出并在焊接变形、激光成形以及线加热成形等领域得到应用，使得船体建造当中的热变形可以从理论分析以及计算中得到，二是计算机技术以及数值模拟技术的进步，使得船体建造当中的热变形数值计算日益精确，理论计算以及数值计算成本低速度快，使得船厂能够不必经过长时间的数据积累就可以建立补偿量的确定标准。再次是系统研究以及数据积累，导致船厂精度控制能够开发出相应软件，例如补偿量计算机辅助确定、精度监控软件、数据采集软件以及船厂精度控制系统等等，通过实施精度控制而带来巨大的经济效益。
三、船厂船体建造精度控制技术
船厂在船体建造过程中的精度控制技术主要包括以下几个方面的内容。第一，设计过程中的精度控制。首先要合理使用补偿量系统。在设计船体的过程当中，精度控制的重要目的是使用补偿量替代余量。补偿量系统包括以下要素：测量过程中要保证精确，对船舶制造流程当中的各个零部件及设施设备尺寸做出具体记录，从而建立起零部件数据库，同时量化并分析船体零部件的过程当中，根据数据库记录来实施，并建立起切割补偿量以及焊接补偿量的模型等。其次要合理使用高精度的曲面技术，高精度曲面技术包括几项复杂项目，例如单元板拼接的精度、有限单元方法应用等等。为了合理运用这以技术，一方面需要完成曲面外板加工成型，另一方面要完成补偿量建模的工作。再次是合理选择加工方法。在选择加工方法的过程中要根据精度控制技术能否准确使用为前提条件。因为不同加工方法涉及到不同加工数据，进而影响到船体建造。
第二，船体建造胎架结构阶段。在这一阶段当中，运用活络胎架的范围较为广泛，同时每两个活络胎的纵、横之间都要加强，从而避免安装配备的过程当中变形现象以及分段偏差问题的出现。同时在安装到时候要确保胎架和板之间紧密结合，保证线型的平整光滑。需要注意的是，在精度控制的过程当中，胎架发挥着基础性作用，并且胎架是分工安装的依据。如果胎架方面出现误差，就容易导致不同工作队还有总工程出现偏差，最终导致难以挽回的问题，所以在胎架建造的过程当中一定要保证模板尺寸的精确。
第三是船体建造中的加放补偿量问题。在船体制造的过程当中，构件作为基本单元，需要合理设置系统补偿量。补偿量指的是经过加工、安装和配备的过程当中不断地加放一定数量的补偿值。补偿量可以分为热加工余量补偿还有冷加工余量补偿两个方面。首先是热加工余量的加放，一方面要对船体板材做好热加工余量，同时在双曲面热加工的过程当中应当使用样箱加工技术，同时在应角上加放100mm的余量，另一方面要对船体型钢来进行热加工余量，在型钢热加工的过程当中需要在两端加放其高度的1.5倍。在船体建造精度控制的过程当中，应当遵循加工余量的加放原则，从而减少误差问题的出现。其次是冷加工余量的加放。在对船体板材进行冷加工的过程中，单曲面冷加工的过程中并不一定要加放余量，但是在船体型钢冷加工的过程中需要在两端加放400mm。再次是其他余量的加放。在切割零件和放样的过程中，需要加放割缝补偿量，同时在大型弯板机的预弯边缘时同样要根据设备要求进行，并且加放一定工艺余量。简言之，加放补偿量同板的大小、薄厚还有结构疏密有密切关系，同时也受焊角高度以及建造方法的影响。如果板材越大、越薄、结构越密并且焊角越高，补偿量也相应加大。为保证补偿量精确，就要求在平时积累数据，进而通过补偿数据来绘制出精度布置图，这样就能够制定出合理的施工技术标准文件，从而保证船体建造的精度控制。
船体建造的精度控制是现代造船的关键技术。一些发达国家在这一领域积累成功经验并取得显著成效。我国造船模式也开始全面转变，各船厂也高度重视船体建造的精度控制技术的研究与应用，从而改善国内造船行业的整体产品质量并提高船厂的市场竞争力。
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