徐宏伟

(南通中远海运川崎船舶工程有限公司，江苏 南通 226005)

0 引言

随着现代造船模式的发展，钢材快速加工、分段快速合拢、单元快速搭载等对船舶中间产品的精度要求明显提高。只有匹配上高精度的测量和控制，才能缩短建造周期、降低建造成本以及管理成本。

船舶建造过程中小型部件的精度控制已经相对成熟，而大型分段的测量精准度以及对后期变形量等方面的分析还有较大误差，其结果对后续的分段拼搭效率、占用船台和船坞的时间等均有较大影响。目前船厂普遍采用的分段测量分析方法是：使用全站仪在船体分段建造的现场采集测量点坐标，再在计算机的三维环境中将其与分段的3D设计模型进行对比。相比较传统分段测量分析方法，其优势在于能快速、准确地分析船体分段建造误差，给出可靠合理的建造精度评价。

船舶分段建造过程中精度管理的重要因素包括：精度管理计划制定、精度管理实施、精度管理过程确认、精度改善。精度管理计划主要包括精度基准的建立/更新计划、图面计划、现场工作计划。精度管理实施主要包含精度标准/要求的分解、精度要领的制定、精度数据的收集及相关精度内容现场教育。此外，还包括问题点调查、新工艺的研讨与实施、测量器具日常点检等。精度管理过程确认包括分段制作工艺与精度要领确认、生产信息跟踪与确认、计测数据的整理与分析、问题点分析、精度巡检。

精度改善工作包括精度基准改善、图面计划相关改善、问题点改善、精度跟踪会议、TQC等活动的开展。

本文首先分析了国内外精度测量技术的发展现状，指出了国内精度与测量技术急待解决的问题，并提出从完善精度标准、加强精度关键因素的控制、生产过程的数字化/信息化、推进分析反馈智能化、精度检测仪器的适用化等方面的改善措施。

1 国内外精度测量技术发展现状

1.1 国外现状

现代造船模式和数字化测量相互促进，国外造船业对中间产品及装配过程的测量已经达到了较高的水平。韩国开发出了新型的测量系统，有效地解决了船舶建造过程中船体零部件、分段和总段、船体结构、吊装以及工件上船台以后的修整等三维测量问题。美国开发出的NET23-D测量仪能够用于测量中间产品的几何尺寸和相应变形。芬兰研制出ACMAN精度控制管理系统，可以实现对船体零部件、分段和总段、船体结构测量、吊装、工件上船台以后的修整。瑞士联邦理工学院大地测量和摄影测量研究所已将数字摄影测量应用在船舶建造工程上。

在理论方面，韩国大邱大学深入研究了船舶管系对接三维测量问题，设计了基于人工神经网络算法的测量算法及系统，取得了较好的应用效果。东京大学研究了船体装配阶段的分段定位问题，对全站仪测量和机器视觉测量技术在船舶建造方面的应用进行了综合性研究。

基于此，日本石川岛播磨船厂用计算机开发出了补偿系统，已做到所有船体分段无余量制作。日立造船株式会社在建造大型船舶时，已经实现全流程的以补偿量代替余量。目前无余量造船在日本已经普遍实现。

20世纪90年代开始，韩国基于日本模式发展精益造船。韩国三星重工集团的巨型总段建造精度已经达到很高的水平，5 000 t以内的巨型总段都能够实现无余量坞内搭载。大宇船厂利用激光三维定位测量和后期精度管理分析技术也已经成熟，实现了软件模拟搭载分析。

综上，日韩等造船国家已经形成了一整套精度控制体系，将精度控制管理贯穿于造船的全过程，几乎达到了分段100%无余量搭载，相比于传统造船模式，极大地提升了造船质量、精度和进度。

1.2 国内现状

国内船厂从20世纪70年代开始就在探索精度控制的方法。到20世纪80年代中后期，国内造船业初步实现了货舱分段高精度建造、艏艉分段预修整后上船台、船坞快速搭载等，初步建立了精度管控体制。船坞周期大幅缩短，新时代造船有限公司的首艘VLCC油轮坞期实现了90 d的目标，搭载合格率由2011年的36%上升到2012年的94%,保证了新工艺和工法的实施。但是目前国内大部分船厂还是在应用传统的测量技术。总体而言，我国在船舶制造“精度与测量”方面主要体现在精度管理方法不完善，生产过程数字化/信息化程度低，并且检测仪器精度较低。这些因素不仅降低了我国船舶的制造质量，而且降低了船舶制造的生产效率。

2 测量技术分析

2.1 国内精度与测量急待解决的问题

目前我国船厂的设备水平已经远超20世纪末期的日韩两国造船设备水平，然而精度控制却不能与之达到同一水平，主要问题在于：

(1)船舶制造过程中每个中间产品没有形成精度管理标准，制造过程中的中间分段等尺寸控制达不到设计的要求。

(2)精度测量和补偿等系统的自动化程度不够高，速度也不够快。

(3)相关精度检测技术及仪器还不够先进，尤其是对不同船厂环境的适用性不够因地制宜。

2.2 完善精度标准

(1)根据船级规范及建造要求，规范企业层面的总体基准。例如：根据中国造船质量标准(CSQS)、日本钢船工作法精度标准(JSQS)等，建立公司级的建造标准，并将这些标准细化为内业、组立、外业等生产工序的精度标准和针对散货船、集装箱船、油船、汽车运输船等不同船型的精度标准。

(2)要完善以中间产品为核心的精度管理标准，主要包括：研究中间产品精度控制标准的前后道关系，制定基于统一基准的船体基础作业标准；研究船体建造过程中运输、吊运、搭载等工法与精度标准关系，并制定基于精度控制的船体建造辅助工法原则；研究船体建造从下料到搭载各阶段的精度标准和控制方法，形成完整的船体精度作业规范。

(3)要围绕船体建造精度控制标准以及船体精度检测技术，研究制定部件、分段、总组加工等各阶段的精度测量行业标准。逐步着手舾装品生产和安装精度标准的建立，从而达到以中间产品为核心的“大精度”管理。

南通某合资造船企业自20世纪90年代引进日本精度管控模式后，不断完善管理方法，建立了精度控制班组，对影响造船精度的各种管理、工序及工艺进行评估、改进和反馈，并制定精度补偿基准与精度管理手册，综合管理精度与测量工作。其每天大量的精度数据主要以计测表的形式登记收集。从部材切割开始，通过管理图监测控制钢板、型材等的下料精度。小组立作业阶段，要求将直线性、背烧效果、拼板后总长等数据填入计测表。在大组阶段，要求对主板划线、分段水平度、弯曲胎架上板材定位、完工后余量切割精度等测量填写在相应的计测表内。外业合拢、搭载时，每个分段、每个搭载单元都有相应的定位精度计测要求，对船舶建造全过程进行跟踪控制。对每天收集的成百上千组数据进行抽样统计分析，判断是否在精度管理标准区间范围内，为讨论决策、实施改善提供依据。

2.3 加强精度控制关键因素研究

要加强切割、焊接过程中变形特征与机理研究，建立和扩充行业内通用数据池，积极展开在大数据支撑下的针对不同结构特点的补偿量施放自适应研究。在焊接部位由于电弧热而被加热到非常高的温度，但在稍微离开的部分仍然处于常温，其温度分布每时每刻都在发生变化。受到高温加热的地方膨胀，温度下降的地方收缩。像这样在焊接过程中，母材会呈现非常复杂的不均匀温度分布；随着此期间发生的膨胀、收缩，焊接完成后，不可避免地要产生应力以及变形。

该企业通过各阶段大量采集倍尺、余量数据，对数据进行整理、统计、分析，生成经验公式，并根据经验公式计算变化量+阶段补偿量，在实际生产过程中不断跟踪、修正、完善。

设计图中，根据大组要领完成分段小组单元的划分，记入基准边、基准线、板缝余量、部材倍尺、预变形施工、其他补充协议的内容等生产信息；在图面上完成部材下料及加工、小组单元制作、分段制作、分段拼接的图面模拟过程，对收缩量/变形量合理补偿，检索整个过程是否符合现有的精度基准体系；再由生产设计将生产信息录入到现场用的工作图中。

同时要加强机械和水火成形、矫正技术研究，推进三维数控弯板技术的研究及应用，通过全行业大量数据积累和数理分析及经验推导，总结出复杂形状零件成形工艺要领，为实现复杂零件加工成形全面自动化夯实理论基础。

2.4 推进生产过程数字化和信息化

根据产品特点，逐步推进自动化装配、焊接设备在中间产品建造过程中的应用，有效控制中间产品的精度。优先将智能制造技术应用在分段加工前，在零件加工以及局部需要简单重复运转的工位采用数控加工设备。

上述的合资企业将精度计算方法与测量数据集成到公司智能制造系统中，使数据引用和分析智能化、模拟可视化。同时，引入船舶建造智能化设备，包括下料、切割、组装等，以减少制造过程中人为误差，达到精度管理的各阶段可追溯性，为收缩量的加放提供依据。

2.5 推进精度检测和分析反馈智能化

加强从零件加工开始到中间产品形成，直至搭载完成，线上线下相结合全过程的精度检测。积极推进智能精度检测设备替代人工进行精度检测，构建精度测量实时分析数据管理平台，开发数据分析系统对测量数据进行数理化分析，构建以及完善分析结果的实时反馈、跟踪和改善体制。精度管理系统软件应涵盖精度测量实时分析、前后道数据管理协同等功能。

系统能将各类加工过程中的变形数据及时反馈给设计，实现从设计源头开始就能在三维模型数据中控制分段划分、施放基准线，补偿量等精度参数，实现对船舶建造精度的控制。

上述的合资企业始终坚持精度与测量是对管理过程的控制与反馈，是提高生产效率、降低成本的主要手段之一，同时精度与测量也是推行全过程无余量造船与智能造船的先决条件。

2.6 推进精度检测仪器及技术研究

开展船体零部件加工、船体组装和装配等过程中的几何测量、变形测量技术的研究, 以及复杂环境下蕴含大型船舶几何特征的清晰图像获取技术等，并逐步推动专业厂家积极开展船舶关键部位精密测量装备、激光、视觉复合式测量装备的研制。

3 结论

精度控制作为船舶制造的核心技术之一，是各个船厂保密内容之一。从钢材一次利用率和无余量建造率等指标可以看出，我国与日韩等国家还有较大差距，所以软硬件都需要进一步提升。

(1)硬件方面。近年来国内船厂通过先进设备的引进，逐渐拉近与日韩等国的差距。但是，由于我国在船舶测量领域相关技术研究还相对落后，该类测量设备大部分只从欧洲、日本、韩国等国家进口，对我国船舶制造成本影响较大。据统计，韩国的船舶测量设备本土化率约为90%，而中国船舶制造业的测量设备本土化率不足30%，导致我国船舶制造业成本较高。长此以往，将会成为阻碍我国船舶产业发展的重要制约因素。

由于大型船舶现场测量环境复杂，对测量仪器的现场适用性及精度提出了严峻的考验，导致现有设备无法同时满足测量精度与效率的要求，因此研究大型船舶精度检测技术与相关仪器开发是我国船舶制造过程中急需解决的问题。

(2)软件和管理方面。相较于硬件，软件应用和内部管理等方面仍旧存在不足，需要深入分析船舶制造的管理体系、材料性能、精度标准、测量改进及信息技术等各方面内容，使精度计算及高精度的测量手段数字化、智能化，建立起符合我国船厂特色的管理体制。