船舶建造精度控制技术

1、1 船舶建造精度控制技术 26-1 船舶建造精度控制技术概述 3一、船台无余量装配技术 船体建造中，船台装配是一道技术性强、质量要求高的关键工序。船体建造中，船台装配是一道技术性强、质量要求高的关键工序。 长期以来，世界各国的许多造船厂一直采用分段一端加放长期以来，世界各国的许多造船厂一直采用分段一端加放202050mm50mm的余量，待的余量，待分段上船台后经定位（或二次定位）、划线、切割，然后再合拢。使得船台装分段上船台后经定位（或二次定位）、划线、切割，然后再合拢。使得船台装配阶段费时最多、工作环境最差、劳动强度最大，它对船台和船台建造质量有配阶段费时最多、工作环境最差、劳动强度最大，它

2、对船台和船台建造质量有着很大的影响。着很大的影响。1. 1. 船台无余量装配船台无余量装配 鉴于以上情况，世界各船厂都积极探索、寻求一种省时、省力的船台装配鉴于以上情况，世界各船厂都积极探索、寻求一种省时、省力的船台装配工艺工艺船台无余量装配（分段无余量上船台）技术。船台无余量装配（分段无余量上船台）技术。4 推行船台无余量装配获得的效益举例推行船台无余量装配获得的效益举例 举例举例11： 某厂承造某厂承造18000t18000t级散装货船时，曾对带余量上船台二次定位与预修整上船级散装货船时，曾对带余量上船台二次定位与预修整上船台无余量装配两个单底分段和舷侧分段装配作业所花费的工时进行对比（如

3、下台无余量装配两个单底分段和舷侧分段装配作业所花费的工时进行对比（如下表）。表）。 分析表明：单底分段采用分析表明：单底分段采用“预修整法预修整法”花费的的工时为花费的的工时为“留余量二次定位法留余量二次定位法”的的23%23%，工效提高，工效提高3.43.4倍；舷侧分段倍；舷侧分段“预修整法预修整法”花费的的工时为花费的的工时为“留余量二次留余量二次定位法定位法”的的43%43%，工效提高，工效提高1.31.3倍。倍。5 举例举例22： 某船厂，对建造的某船厂，对建造的4040余艘船舶共余艘船舶共15001500个船体分段经过预修整实现船台无个船体分段经过预修整实现船台无余量装配的效果进行统

4、计表明：每个分段在船台上的装配要节省余量装配的效果进行统计表明：每个分段在船台上的装配要节省44446565个工个工时；总共节省了时；总共节省了7721977219工时（还不包括装配质量提高而减少的焊接工时）。工时（还不包括装配质量提高而减少的焊接工时）。62. 2. 船台无余量装配的实现途径船台无余量装配的实现途径 两条途径：两条途径： 1 1）分段上船台前预修整）分段上船台前预修整 带余量制造，上船台前修整（划线、切割余量）带余量制造，上船台前修整（划线、切割余量） 我国各大、中型船厂已完全掌握该项技术。但此种方法已经不再适应当我国各大、中型船厂已完全掌握该项技术。但此种方法已经不再适应当

5、前造船生产发展的需要。前造船生产发展的需要。 2 2）分段无余量制造）分段无余量制造 全过程的无余量（用补偿量代替余量）制造全过程的无余量（用补偿量代替余量）制造 实施无余量制造的核心技术实施无余量制造的核心技术 精度管理技术（其主要组成部分是精度精度管理技术（其主要组成部分是精度控制技术）控制技术） 7二、船体建造精度管理概念 以船体建造精度标准为基本准则，通过科学的管理方法与先进的工艺技以船体建造精度标准为基本准则，通过科学的管理方法与先进的工艺技术手段，对船体建造进行全过程的尺寸精度分析与控制，以达到最大限度减术手段，对船体建造进行全过程的尺寸精度分析与控制，以达到最大限度减少现场修整工

6、作量，提高工作效率，降低建造成本，保证产品质量。少现场修整工作量，提高工作效率，降低建造成本，保证产品质量。8三、精度控制技术研究、应用的现实意义 是转换造船模式、实现壳舾涂一体化的基础是转换造船模式、实现壳舾涂一体化的基础 高水平的精度控制技术，是赢得船舶市场分额的有力保障高水平的精度控制技术，是赢得船舶市场分额的有力保障 是提高生产技术综合水平、促进科学管理、缩短造船周期、提高造船质量、降是提高生产技术综合水平、促进科学管理、缩短造船周期、提高造船质量、降低造船成本的重要手段低造船成本的重要手段 例如，推行船台无余量装配，大幅度减少船台吊装的现场修整作业量，减例如，推行船台无余量装配，大幅

7、度减少船台吊装的现场修整作业量，减少作业工时。少作业工时。 9四、国内外造船精度控制技术现状1. 1. 国外国外 （日、韩）（日、韩） 已经形成了一整套精度控制管理体制体系，将精度控制管理贯穿于造船的已经形成了一整套精度控制管理体制体系，将精度控制管理贯穿于造船的全过程。即每年制定一个精度管理计划，确定基本方针、工作重点，各阶段精全过程。即每年制定一个精度管理计划，确定基本方针、工作重点，各阶段精度控制项目，控制的目标值、实际测量值，责任单位，工艺流程，基准线系统度控制项目，控制的目标值、实际测量值，责任单位，工艺流程，基准线系统等，并配有先进的三维坐标测量系统。等，并配有先进的三维坐标测量系

8、统。 目前，日、韩几乎都达到了分段目前，日、韩几乎都达到了分段100%100%无余量上船台，除艉柱分段外，所有无余量上船台，除艉柱分段外，所有分段精度控制成功率为分段精度控制成功率为80%80%95%95%。 另外，日本船厂很注意对设备的维护，他们的观点很清楚：加工精度的保另外，日本船厂很注意对设备的维护，他们的观点很清楚：加工精度的保证主要靠设备，而设备靠人去管理，否则再好的设备也不能保证精度。证主要靠设备，而设备靠人去管理，否则再好的设备也不能保证精度。 102. 2. 国内国内 部分船厂精度控制水平较高，已经基本达到内部构件无余量下料，全船部分船厂精度控制水平较高，已经基本达到内部构件无

9、余量下料，全船分段无余量上船台合拢，但大部分船厂还没达到这个水平。分段无余量上船台合拢，但大部分船厂还没达到这个水平。 又如：又如： 南通中远川崎公司（南通中远川崎公司（20032003年）年）“远明湖远明湖”3030万吨万吨vlccvlcc建造中，实施造船建造中，实施造船精度管理，实现无余量造船，利用统计技术和信息技术建立了造船生产全过程的精度管理，实现无余量造船，利用统计技术和信息技术建立了造船生产全过程的精度控制和管理，从而真正实现了分段对接误差为零的无余量造船。同还时使得精度控制和管理，从而真正实现了分段对接误差为零的无余量造船。同还时使得钢材利用率达到钢材利用率达到92% 92% 。

10、 但是总体上，我国在精度控制工作方面与国外先进的国家相比存在一定的差但是总体上，我国在精度控制工作方面与国外先进的国家相比存在一定的差距。据国内专家评价：我国在精度造船和综合管理水平方面要比日本船厂落后距。据国内专家评价：我国在精度造船和综合管理水平方面要比日本船厂落后10101515年。年。 例如：例如： 20012001年，大连造船厂在推广应用新技术、新工艺方面取得显著成效。年，大连造船厂在推广应用新技术、新工艺方面取得显著成效。4.54.5万吨化学品成品油轮、万吨化学品成品油轮、4.64.6万吨原油成品油轮首制船的分段无余量制造比万吨原油成品油轮首制船的分段无余量制造比例分别达到例分别达

11、到31.531.5和和34.934.9，船台无余量合拢比例分别达到，船台无余量合拢比例分别达到67.867.8和和64.464.4，创，创历史最高水平。历史最高水平。116-3 精度控制计划12一、精度控制的阶段划分 船体建造是一种工序多、周期长、手工操作量大的生产过程。因此，要船体建造是一种工序多、周期长、手工操作量大的生产过程。因此，要实施精度控制，有必要把整个船体建造过程分解成若干控制阶段，通过各阶实施精度控制，有必要把整个船体建造过程分解成若干控制阶段，通过各阶段的有效控制，达到尺寸精度的最终目标。段的有效控制，达到尺寸精度的最终目标。1.误差与补偿 补偿量的作用是抵偿工件的变形补偿量

12、的作用是抵偿工件的变形 与补偿量对应的工件变形，主要指施工的各工序中发生的尺寸和形位误差与补偿量对应的工件变形，主要指施工的各工序中发生的尺寸和形位误差nii1总补偿量总补偿量 式中，式中，i 第第i 道工序的补偿量。亦即零件、部件、分段、船台装配等阶道工序的补偿量。亦即零件、部件、分段、船台装配等阶段的补偿量。段的补偿量。133.精度控制阶段划分 一般，尺寸精度控制的阶段划分与船体建造的阶段划分相对应。一般，尺寸精度控制的阶段划分与船体建造的阶段划分相对应。 例如，船体建造划分为：号料及加工、部件装配、分段装配和船台装配，例如，船体建造划分为：号料及加工、部件装配、分段装配和船台装配，精度控

13、制也按这精度控制也按这4 4个阶段分别施行。这样，前一阶段的控制结果，是后一阶段个阶段分别施行。这样，前一阶段的控制结果，是后一阶段的基础。的基础。 从理论上把船体建造过程的尺寸精度控制分解为若干个控制阶段，以满从理论上把船体建造过程的尺寸精度控制分解为若干个控制阶段，以满足最终的精度要求是完全合理的。足最终的精度要求是完全合理的。14二、精度计划1. 精度计划的作用 船体建造的精度计划，是对建造过程的精度进行分析，并在此基础上采船体建造的精度计划，是对建造过程的精度进行分析，并在此基础上采取相应的尺寸精度控制措施。取相应的尺寸精度控制措施。 而精度分析，是为了对建造全过程的精度状况有一个数量

14、上的了解，以而精度分析，是为了对建造全过程的精度状况有一个数量上的了解，以便发现问题，并采取相应的补偿和控制措施（包括加放余量与选择余量的切便发现问题，并采取相应的补偿和控制措施（包括加放余量与选择余量的切除时机），以确保尺寸精度能控制在允许的范围内。除时机），以确保尺寸精度能控制在允许的范围内。 152. 精度计划的编制要领 通过实测、理论分析、试行、反馈、研究通过实测、理论分析、试行、反馈、研究（反复循环）（反复循环）获得符合本企获得符合本企业的精度分析结果；业的精度分析结果； 依据建造方法和工艺流程，划分精度控制各阶段；依据建造方法和工艺流程，划分精度控制各阶段； 分析各阶段误差形成及积

15、累过程，确定各阶段的允许误差；分析各阶段误差形成及积累过程，确定各阶段的允许误差； 按照允许误差值，决定施工要领和工艺技术方法。即：在精度分析的基础上，按照允许误差值，决定施工要领和工艺技术方法。即：在精度分析的基础上，采取各种相应措施，其中最重要的措施是加放系统补偿量、余量以及合理选采取各种相应措施，其中最重要的措施是加放系统补偿量、余量以及合理选择切除余量的时机等。择切除余量的时机等。163. 精度计划的编制步骤 1 1）测算标准偏差）测算标准偏差 根据企业生产和技术水平，测算各个控制阶段的标准偏差，作为制订精度根据企业生产和技术水平，测算各个控制阶段的标准偏差，作为制订精度计划的基础，也

16、是确定各个控制阶段加放补偿量、余量的重要依据。计划的基础，也是确定各个控制阶段加放补偿量、余量的重要依据。 测算方法：测算方法： 大量采集实测数据，采用大量采集实测数据，采用“直方图直方图”求得标准偏差。求得标准偏差。 需要测算的标准偏差种类：需要测算的标准偏差种类： 零件加工方面零件加工方面 板材割缝的偏差、切割热变形偏差、火工板材成形偏差等板材割缝的偏差、切割热变形偏差、火工板材成形偏差等 分段装配方面分段装配方面 平面板列拼焊收缩量、构件装焊收缩量与施工偏差、分段火平面板列拼焊收缩量、构件装焊收缩量与施工偏差、分段火 工矫正收缩量、分段装配中板材与骨材收缩量及施工偏差等工矫正收缩量、分段

17、装配中板材与骨材收缩量及施工偏差等 172 2）各控制阶段补偿量的确定）各控制阶段补偿量的确定4. 精度计划举例 教材教材 p108 p108 表表6-1 6-1 186-4 补偿量与精度控制19一、系统补偿量及其特性2. 系统补偿量的特性 对第对第n 道工序及其以后工序的工件尺寸补偿，其补偿量的加放一定要发生道工序及其以后工序的工件尺寸补偿，其补偿量的加放一定要发生在在n-1-1道及其以前工序的工件上；道及其以前工序的工件上； 加放了补偿量的工件，不存在第二次划线及切割问题；加放了补偿量的工件，不存在第二次划线及切割问题； 精确的补偿量，取决于定型（或材质、尺寸及形状相当）的工件或产品、精确

18、的补偿量，取决于定型（或材质、尺寸及形状相当）的工件或产品、稳定的工艺、补偿量的不断反馈及修正。稳定的工艺、补偿量的不断反馈及修正。202. 精确补偿的其他相关因素及对策 影响精确补偿的因素影响精确补偿的因素 生产条件；船型；分段结构形式、划分方式及建造方法；各部件在分段生产条件；船型；分段结构形式、划分方式及建造方法；各部件在分段结构中所处的部位、装配方法及工艺流程；分段焊接方法、工艺；船台装焊结构中所处的部位、装配方法及工艺流程；分段焊接方法、工艺；船台装焊顺序、工艺；船厂的生产组织和管理水平等。顺序、工艺；船厂的生产组织和管理水平等。 对策对策 各厂的精度控制必需建立在自身实际生产状况和

19、精度控制经验的基础上，各厂的精度控制必需建立在自身实际生产状况和精度控制经验的基础上，综合考虑各影响因素，作出相应处理，逐步完善和确定本企业的系统补偿系综合考虑各影响因素，作出相应处理，逐步完善和确定本企业的系统补偿系统，把尺寸精度控制纳入企业的常规工艺，并规范化。统，把尺寸精度控制纳入企业的常规工艺，并规范化。21二、尺寸精度的补偿1.尺寸精度补偿的的原则 由于船体建造过程中引起工件变形的原因很多，变形趋势及大小受上述由于船体建造过程中引起工件变形的原因很多，变形趋势及大小受上述诸多相关因素的影响，因此必须规定一定的原则，方能进行有效的尺寸精度诸多相关因素的影响，因此必须规定一定的原则，方能

20、进行有效的尺寸精度补偿。补偿。 考虑工件或产品相同（相似）的原则考虑工件或产品相同（相似）的原则 考虑稳定工艺的原则考虑稳定工艺的原则 考虑严格的质量控制的原则考虑严格的质量控制的原则 考虑焊接收缩变形为主的原则考虑焊接收缩变形为主的原则 考虑尺寸精度控制经济性的原则考虑尺寸精度控制经济性的原则 22233 3）船体主尺度及船型补偿量的确定）船体主尺度及船型补偿量的确定24 加放船底挠曲和首尾上翘的反变形经验方法：加放船底挠曲和首尾上翘的反变形经验方法： 在设定龙骨基线时，由定位分段开始，分别向首、尾逐渐由小到大加放在设定龙骨基线时，由定位分段开始，分别向首、尾逐渐由小到大加放反变形量。反变形

21、量。201a201b211 p/s212 p/s202203 p/s101a101b213 p/s222 p/s221 p/s223 p/s301302303602601a601b701613612611基线基线反变形线反变形线 对于大型船舶采用塔式或岛式建造法时，每对于大型船舶采用塔式或岛式建造法时，每1 1米长累计加放米长累计加放 - -（0.5 0.5 0.80.8）mmmm。 对于具有长上层建筑及长护舷材的船舶，其反变形值（尤其是首尾部对于具有长上层建筑及长护舷材的船舶，其反变形值（尤其是首尾部分），应考虑进一步加大。分），应考虑进一步加大。25三、尺寸精度控制的相关方法1. 放样、号

22、料和加工的尺寸精度控制 1 1）板缝的合理排列）板缝的合理排列 分段纵缝尽量排列成水平或直线，并尽量避开型线曲率变化剧烈的部位；分段纵缝尽量排列成水平或直线，并尽量避开型线曲率变化剧烈的部位； 分段内（或分段边缘）的板缝若因厚度不一致并需要分段内（或分段边缘）的板缝若因厚度不一致并需要“修斜修斜”处理时，尽处理时，尽量排列成直线可采用机加工方式，尽量避免使用量排列成直线可采用机加工方式，尽量避免使用“碳弧气刨。碳弧气刨。 2 2）放样和号料环节的精度控制）放样和号料环节的精度控制 针对不同的的板形选择合理的展开方法；针对不同的的板形选择合理的展开方法； 须经火工加工的板，应特别地加放加工收缩补

23、偿量；须经火工加工的板，应特别地加放加工收缩补偿量； 零件号料用的板材须平整，已成形工件的二次号料时应处于自由状态；零件号料用的板材须平整，已成形工件的二次号料时应处于自由状态； 零件号料时应加放割缝的补偿量，具有公共边的两个零件号料时更应该注零件号料时应加放割缝的补偿量，具有公共边的两个零件号料时更应该注意。意。26 3 3）气割工序的精度控制）气割工序的精度控制 根据板厚选用合适的割嘴和进给速度；根据板厚选用合适的割嘴和进给速度； 气割割缝补偿，注意两工件共边缝和不共边缝的不同处理（结合号料）；气割割缝补偿，注意两工件共边缝和不共边缝的不同处理（结合号料）； 手工和半自动气割变形量较自动气

24、割大，为减小变形，切割顺序应合理。手工和半自动气割变形量较自动气割大，为减小变形，切割顺序应合理。 高精度门式切割机和数控切割机切割，设备保养（保持精度），控制切割高精度门式切割机和数控切割机切割，设备保养（保持精度），控制切割过程中的热变形；过程中的热变形； 几种控制热变形的方法：几种控制热变形的方法： 厚度小于厚度小于6mm6mm的板，宜采用等离子切割；的板，宜采用等离子切割； 选择合理的割嘴走向；使零件与板材分离的最后一条边切割时，应使余料选择合理的割嘴走向；使零件与板材分离的最后一条边切割时，应使余料均匀受热，以求零件变形最小；均匀受热，以求零件变形最小； 合理地利用合理地利用“过桥过

25、桥”或采用水冷的方法减少热变形；或采用水冷的方法减少热变形； 采用检验线检查变形，分析并提高变形控制方法。采用检验线检查变形，分析并提高变形控制方法。274 4）板材成形加工）板材成形加工 加工前合理加放余量；加工前合理加放余量； 复杂曲度板加工，宜先冷弯大曲度方向，后水火弯小曲度方向；复杂曲度板加工，宜先冷弯大曲度方向，后水火弯小曲度方向； 正确地检验。正确地检验。28293. 分段装配的尺寸精度控制 分段装配的尺寸精度控制直接影响船体尺寸及形位精度；分段装配的尺寸精度控制直接影响船体尺寸及形位精度； 分段装配的尺寸精度问题较突出，经过的阶段多，相关的因素多，较难控分段装配的尺寸精度问题较突

26、出，经过的阶段多，相关的因素多，较难控制。制。 1 1）系统误差反馈、分析、修正，不断循环，完善精度计划）系统误差反馈、分析、修正，不断循环，完善精度计划 制定并不断完善精度计划，即通过制定并不断完善精度计划，即通过“建造建造测量测量系统误差反馈系统误差反馈修正修正补偿（或反变形）补偿（或反变形）再建造再建造”的反复循环，逐步提高船体建造精度水平。的反复循环，逐步提高船体建造精度水平。 2 2）阶段性尺寸精度控制）阶段性尺寸精度控制 分阶段控制精度：胎架；铺板、划线；构件安装；分段焊接分阶段控制精度：胎架；铺板、划线；构件安装；分段焊接304. 船台装配的尺寸精度控制 船台船体精度控制水平衡量

27、船台船体精度控制水平衡量 几何尺寸精度控制能力几何尺寸精度控制能力 现场修整率（含现场修割率和焊缝垫板率）现场修整率（含现场修割率和焊缝垫板率） 现场焊缝修割率现场焊缝修割率修割缝长度占船台对接缝总长的百分比修割缝长度占船台对接缝总长的百分比 现场焊缝垫板率现场焊缝垫板率垫板缝长度占船台对接缝总长的百分比垫板缝长度占船台对接缝总长的百分比 现在提法：现在提法：* * 分段精度控制成功率分段精度控制成功率 * * 船台无余量装配成功率船台无余量装配成功率 船台无余量装配的实现途径船台无余量装配的实现途径 通过分段预修整实现通过分段预修整实现 通过无余量制造实现通过无余量制造实现31思考题：思考题

28、：1. 1. 什么是船体建造精度管理？什么是船体建造精度管理？2. 2. 船体建造精度管理的工作内容是什么？船体建造精度管理的工作内容是什么？3. 3. 什么是补偿量？什么是余量？二者的区别是怎样的？什么是补偿量？什么是余量？二者的区别是怎样的？32 “余量”概念 指相对工件基本尺寸多加放的量值。该值以备后续的生产工序所积指相对工件基本尺寸多加放的量值。该值以备后续的生产工序所积累的尺寸偏差，以及冷热加工所产生的弹性变形和热塑性变形的伸长、收缩累的尺寸偏差，以及冷热加工所产生的弹性变形和热塑性变形的伸长、收缩作部分抵偿。剩余的部分，则选择适当时机（船体建造到某一阶段），为使作部分抵偿。剩余的部

29、分，则选择适当时机（船体建造到某一阶段），为使工件的实际尺寸能控制在它的规定公差范围内而作必要的切除。工件的实际尺寸能控制在它的规定公差范围内而作必要的切除。 余量是在尚未认识产生尺度偏差规律性的条件下，为后续工序用以控制余量是在尚未认识产生尺度偏差规律性的条件下，为后续工序用以控制尺寸精度的一种对策。尺寸精度的一种对策。 余量一般可分为加工、焊接收缩与装配余量三种。余量一般可分为加工、焊接收缩与装配余量三种。33 “补偿量”概念 指相对工件基本尺寸多加放的量值。该值该值以备后续的生产工序指相对工件基本尺寸多加放的量值。该值该值以备后续的生产工序所积累的尺寸偏差，以及冷热加工所产生的弹性变形和

30、热塑性变形的伸长、所积累的尺寸偏差，以及冷热加工所产生的弹性变形和热塑性变形的伸长、收缩作全部抵偿。因而，这种加放量无需切除就可控制工件基本尺寸能在所收缩作全部抵偿。因而，这种加放量无需切除就可控制工件基本尺寸能在所规定的公差范围内。规定的公差范围内。 34 船体建造过程中，引起工件基本尺寸收缩变形因素很多，因此，相应的船体建造过程中，引起工件基本尺寸收缩变形因素很多，因此，相应的尺寸精度补偿也有多种类型，归纳起来可分为非系统补偿和系统补偿两大类。尺寸精度补偿也有多种类型，归纳起来可分为非系统补偿和系统补偿两大类。非系统补偿非系统补偿 是指单独地对一个因素或一道工序或一种变形的工件尺寸的补是指

31、单独地对一个因素或一道工序或一种变形的工件尺寸的补偿。相应的补偿量，可简称补偿量。例如：气割补偿、焊接补偿、部件装配偿。相应的补偿量，可简称补偿量。例如：气割补偿、焊接补偿、部件装配补偿、分段制造补偿、火工矫正补偿补偿、分段制造补偿、火工矫正补偿等。等。系统补偿系统补偿 是指在船体建造整个工艺系统中，为了弥补由于各种因素引起变是指在船体建造整个工艺系统中，为了弥补由于各种因素引起变形而给予的补偿总量。形而给予的补偿总量。 “系统补偿”与“非系统补偿”35 线能量（热输入），指的是焊接时由焊接热源输入给单位长度焊缝上的线能量（热输入），指的是焊接时由焊接热源输入给单位长度焊缝上的热能。（单位：热能。（单位：cal cm ） 线能量 线能量计算式线能量计算式1 1式中，式中， 热利用系数；热利用系数； qn 线能量，线能量， calcm ； v 焊接