周能旦，張 磊

(1.浙江舟山增洲船舶設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 舟山 316000；2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

CM節(jié)點(diǎn)監(jiān)控技術(shù)在37000DWT散貨船上的應(yīng)用研究

周能旦1，張 磊2

(1.浙江舟山增洲船舶設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 舟山 316000；2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

詳細(xì)介紹了關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)的裝配檢驗(yàn)樣板的設(shè)計(jì)方法，以及裝配、焊接階段的關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)的精度監(jiān)控流程。通過關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控技術(shù)在37 000 DWT散貨船上的實(shí)際應(yīng)用，大幅降低了由于裝配誤差造成的返工工時(shí)，縮短了船體分段的建造和報(bào)驗(yàn)時(shí)間，提高了船體建造的生產(chǎn)效率，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，為今后造船企業(yè)提高船體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的裝配精度水平提供有益的借鑒。

精度管理；關(guān)鍵結(jié)構(gòu)；建造監(jiān)控

0 引言

早在幾十年前，造船界就開始運(yùn)用機(jī)械制造中關(guān)于“公差與配合”的理論來(lái)探索研究船體建造過程中工件幾何形狀、尺寸和位置的變化規(guī)律和控制方法，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并滿足相互配合的精度要求，以及配合后的尺寸大小可控制在預(yù)定的公差范圍之內(nèi)。經(jīng)過長(zhǎng)期的理論研究與實(shí)踐，我國(guó)造船業(yè)的船體裝配水平已經(jīng)得到了較大的提升，但是對(duì)于關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)的定位精度依然沒有得到有效改善。由于船體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的定位超差或定位錯(cuò)誤造成的返工并不鮮見，因而，關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)的建造精度受到了船東、船級(jí)社、船廠等相關(guān)方越來(lái)越高的重視，關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控技術(shù)的研究也因此具有了十分重要的工程意義，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置按照認(rèn)可的工藝進(jìn)行施工，以達(dá)到可以接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，保證計(jì)算得出的結(jié)果在船舶運(yùn)營(yíng)中得以實(shí)現(xiàn)[1]。

(2)對(duì)已知的高應(yīng)力區(qū)域等船體易損節(jié)點(diǎn)提供一種降低風(fēng)險(xiǎn)的控制方法[2]。

(3)可以縮短造船周期，提高造船質(zhì)量，降低造船成本，是提高我國(guó)造船業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段之一[3]。

(4)可以減少由于尺寸控制達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求而導(dǎo)致建造周期延長(zhǎng)、建造質(zhì)量低等，從而縮小與國(guó)外先進(jìn)船舶企業(yè)之間的技術(shù)差距[4]。

1 關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控技術(shù)簡(jiǎn)介

船舶總體質(zhì)量必須由合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高水平的建造工藝、全生命周期嚴(yán)格的質(zhì)量控制來(lái)保證。然而，在其生命周期中，一條船總是歷經(jīng)無(wú)數(shù)破壞因素，如船體結(jié)構(gòu)遭受到各種各樣的整體的和局部的力，機(jī)械損耗，腐蝕等，這些因素又都受到運(yùn)營(yíng)環(huán)境條件的影響，而這些影響可以通過一些方式來(lái)降低和進(jìn)行控制。

在結(jié)構(gòu)方面，船體構(gòu)件及其連接的性能取決于對(duì)質(zhì)量的控制，包括詳細(xì)設(shè)計(jì)和建造的質(zhì)量。詳細(xì)設(shè)計(jì)、施工方法、質(zhì)量控制程度對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞性能有著很顯著的影響，尤其是在被認(rèn)為“關(guān)鍵”的位置。

船體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵區(qū)域主要包括通過規(guī)范規(guī)定、結(jié)構(gòu)評(píng)估和營(yíng)運(yùn)經(jīng)驗(yàn)而確立的那些較其周圍結(jié)構(gòu)具有更高失效概率的結(jié)構(gòu)區(qū)域，而關(guān)鍵位置主要指關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)高應(yīng)力或已發(fā)生裂紋、屈曲和變形等結(jié)構(gòu)破壞的位置。

關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接的疲勞壽命通常受到裝配過程中的結(jié)構(gòu)錯(cuò)位、焊接缺陷、材料缺陷、不良裝配和施工工藝導(dǎo)致構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力集中、板材不平整性、人為的裝配焊接失誤等缺陷的影響。

關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)建造精度監(jiān)控是通過從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)對(duì)船體結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)區(qū)域的精度進(jìn)行監(jiān)控，是提升船舶建造質(zhì)量的極為有效的方法，是提升造船整體水平，延長(zhǎng)船舶使用壽命的關(guān)鍵技術(shù)[6]。

2 關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用

結(jié)構(gòu)建造精度監(jiān)控有效應(yīng)用在圖紙送審并獲得認(rèn)可(審圖)、建造過程中的檢驗(yàn)、船舶全生命周期內(nèi)的檢驗(yàn)這3個(gè)階段。以37 000 DWT散貨船為例，具體介紹關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控技術(shù)在該型散貨船設(shè)計(jì)及建造過程中的應(yīng)用。

2.1關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)位置的確定

船舶結(jié)構(gòu)的大部分關(guān)鍵區(qū)域位于結(jié)構(gòu)應(yīng)力的過渡部位，關(guān)鍵區(qū)域的不連續(xù)性與未對(duì)準(zhǔn)的主要構(gòu)件有關(guān)系。如果主要構(gòu)件未能按照規(guī)范許可的要求進(jìn)行準(zhǔn)確對(duì)位，即使通過增大焊腳的方式依然容易發(fā)生應(yīng)力集中狀況，并且使其他結(jié)構(gòu)一并下降的狀況也會(huì)連續(xù)發(fā)生。此外，現(xiàn)代造船技術(shù)是中間產(chǎn)品(零件、部件、組件及模塊)裝配的一個(gè)過程，而船體裝配是以定位、焊接為主的過程，所以對(duì)船體的關(guān)鍵區(qū)域安全而言，造船過程中裝配工藝極為重要。

根據(jù)以上要求，將37 000 DWT散貨船的關(guān)鍵區(qū)域確認(rèn)為應(yīng)力突變區(qū)域，并確定了10個(gè)建造監(jiān)控的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，具體見表1，船體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置分布圖如圖1所示。

表1 37 000 DWT散貨船監(jiān)控關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

圖1 船體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置分布圖

2.2關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)裝配定位的設(shè)計(jì)監(jiān)控

以底邊艙斜板、旁桁材與內(nèi)底板的連接處的CM1節(jié)點(diǎn)為例，在設(shè)計(jì)階段的監(jiān)控主要是為了從理論上確定船體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的定位幾何位置，并繪制相關(guān)的《建造節(jié)點(diǎn)監(jiān)控圖冊(cè)》(即CM圖冊(cè))來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。首先，按照《船體貨艙結(jié)構(gòu)圖》完成內(nèi)底板、邊縱桁及底邊艙斜板建模，其結(jié)構(gòu)對(duì)位和理論線朝向。其次，選取合適的尺寸完成裝配檢驗(yàn)樣板的創(chuàng)建，計(jì)算出檢驗(yàn)線距離裝配點(diǎn)的距離L，確保檢驗(yàn)線能夠與內(nèi)底板上的100 mm標(biāo)記線對(duì)應(yīng)。CM1節(jié)點(diǎn)裝配檢驗(yàn)樣板示意總圖如圖2所示。最后，根據(jù)分段所處的船長(zhǎng)范圍區(qū)間，對(duì)板厚t1、t2、t3進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并繪制《CM1節(jié)點(diǎn)船體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控圖》，表達(dá)不同位置的裝配檢驗(yàn)樣板檢驗(yàn)線位置，以及裝配定位超差的處理方案。船體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控圖如圖3所示。

2.3關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)裝配定位的生產(chǎn)監(jiān)控

2.3.1預(yù)裝配階段的監(jiān)控

(1)檢查關(guān)鍵位置的需進(jìn)行預(yù)裝配構(gòu)件的焊接坡口和間隙是否符合CMS的要求，如不符，則要求糾正。

(2)通過裝配檢驗(yàn)樣板，檢查關(guān)鍵位置有對(duì)準(zhǔn)精度要求的構(gòu)件對(duì)準(zhǔn)精度是否符合CMS的要求，如不符，則要求糾正。

(3)關(guān)鍵位置如三板相交的節(jié)點(diǎn)，不論是十字接頭或是斜板相交接頭，為確保中板兩側(cè)構(gòu)件的對(duì)準(zhǔn)精度達(dá)標(biāo)，船廠質(zhì)檢員都應(yīng)確保：該結(jié)點(diǎn)處的中板兩面都已標(biāo)示出檢查對(duì)準(zhǔn)用的參考線，并按參考線法檢查的結(jié)果表明，接頭處構(gòu)件的對(duì)準(zhǔn)精度已符合CMS的要求。

(4)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)船師對(duì)上述船廠質(zhì)檢員已經(jīng)檢查項(xiàng)目的記錄進(jìn)行核實(shí)和抽查，確認(rèn)已符合船體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控圖的要求。

圖2 CM1節(jié)點(diǎn)裝配檢驗(yàn)樣板示意圖

2.3.2裝配與焊接階段的監(jiān)控

分段裝配階段的關(guān)鍵船體結(jié)構(gòu)裝配定位的監(jiān)控包括焊接前和焊接后2個(gè)子階段，分別進(jìn)行控制。

2.3.2.1焊接前監(jiān)控流程

(1)對(duì)于擬在分段裝配階段進(jìn)行裝配的關(guān)鍵位置構(gòu)件的焊接坡口和間隙等，應(yīng)在焊接前進(jìn)行檢查，確保已符合CMS的要求。

(2)裝配檢驗(yàn)樣板。檢查關(guān)鍵位置有對(duì)準(zhǔn)精度要求的構(gòu)件對(duì)準(zhǔn)精度是否符合CMS的要求，如不符，則要求糾正。

(3)關(guān)鍵位置如為三板相交的節(jié)點(diǎn)，不論是十字接頭或是斜板相交接頭，為確保中板兩側(cè)構(gòu)件的對(duì)準(zhǔn)精度達(dá)標(biāo)，船廠質(zhì)檢員都應(yīng)確保：該結(jié)點(diǎn)處的中板兩面都已標(biāo)示出檢查對(duì)準(zhǔn)用的參考線，并按參考線法檢查的結(jié)果表明，接頭處構(gòu)件的對(duì)準(zhǔn)精度已符合CMS的要求。

(4)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)船師對(duì)以上2項(xiàng)進(jìn)行抽查核實(shí)，確認(rèn)均已符合船體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控圖的要求。

(5)確認(rèn)關(guān)鍵位置采用的焊接工藝符合船級(jí)社認(rèn)可的焊接工藝規(guī)程要求：包括焊工的資質(zhì)、焊接順序等。

2.3.2.2焊接后監(jiān)控流程

(1)負(fù)責(zé)關(guān)鍵位置焊接后的清場(chǎng)，包括清除焊縫上的焊渣、垃圾等，并對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢查(包括無(wú)損檢測(cè))。

(2)抽查焊縫的質(zhì)量，包括外觀檢查，焊縫尺寸檢查以及無(wú)損檢測(cè)。

(3)如經(jīng)抽查發(fā)現(xiàn)焊縫質(zhì)量不符要求，則應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)大范圍的檢查，直至滿意。

(4)對(duì)檢查發(fā)現(xiàn)的不合格焊縫，應(yīng)進(jìn)行重焊或糾正，直至合格。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)絕大多數(shù)船廠的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的裝配定位監(jiān)控工作主要依靠各船級(jí)社的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)船師來(lái)開展，船廠應(yīng)該主動(dòng)推進(jìn)船體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)建造監(jiān)控，才能逐步提高國(guó)內(nèi)船舶制造的質(zhì)量，交付給船東滿意的船舶。

37 000 DWT散貨船通過在生產(chǎn)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過程中對(duì)船體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)建造監(jiān)控的持續(xù)控制，制造精度明顯提高。由于裝配誤差造成的返工工時(shí)相比以往船型降低了約28%，縮短了船體分段的建造和報(bào)驗(yàn)時(shí)間，提高了船舶建造的整體生產(chǎn)效率，說明在船體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)建造監(jiān)控技術(shù)在該型船上的應(yīng)用是有效的。

圖3 船體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控圖(CM1節(jié)點(diǎn))

[1]周秀琴.船舶建造精度控制方法研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇科技大學(xué),2011.

[2]李艷君.船體精度控制技術(shù)研究[D].大連：大連理工大學(xué),2005.

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[4]于昌利,初冠南,張喜秋.船舶制造精度管理及過程控制技術(shù)探討[J].現(xiàn)代制造工程,2011，(4):1-4.

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2014-04-24

周能旦(1966-)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榇霸O(shè)計(jì)及先進(jìn)制造技術(shù)；張磊(1985-)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)榇跋冗M(jìn)制造技術(shù)及工藝工法。

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