现代造船精度控制分析.docx
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现代造船精度控制分析.docx
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现代造船精度控制分析
摘要
船舶建造精度控制技术对提高船舶企业的经济效益和市场竞争力有重大推动作用。
全面分析我国造船形势以及发展状况,客观地阐述控制各方面内容。
如果以精度控制为方法,以“补偿值”取代“余量”,将最大限度地消除调整作业量,减少清理工作量,以节省材料和能源。
因此,分析造船精度控制技术具有重要意义。
本文主要阐述了精度管理体系的意义及组成的机构形式,船舶建造精度控制的一些标准和目的。
给现实造船企业以指导性作用。
继而分析了船舶建造产生尺寸误差和变形的原因,并就出现的误差提出一些补救措施。
提出了在船舶建造过程中的一些对策,希望在今后的船舶建造工作中能起到一定的参考价值。
关键词:
造船分析、精度控制、精度管理、标准化、尺寸误差、补偿量。
绪论
经过改革开放三十年,特别是新世纪以来的发展,我国造船工业不仅在造船产量,能力规模方面实现了跨越式发展。
而且在产品结构,造船效率,技术研究等方面有了长足进步,取得了令世人瞩目的历史成就。
作为造船大国向造船强国的转变,精度控制则占有十分重大意义。
精度控制是现代造船中的一项关键技术,它与生产设计、高效焊接、涂装等先进造船技术一样,在船舶建造中发挥着重要作用。
通过近期的学习和实际的工作现状,写下了本论文,希望在精度控制方面的全位分析能起到一定的作用。
因水平有限,难免有考虑不周之处,恳请得到各位的批评指正!
谢谢!
摘要………………………………………………………………………………I
绪论………………………………………………………………………………II
1.中国造船现状
1.1中国造船发展………………………………………………………………1
1.2中国造船现状分析…………………………………………………………1
1.3中国造船发展机遇…………………………………………………………2
2.精度管理体系
2.1精度管理程序………………………………………………………………2
2.2精度管理精度管理补偿量的测定…………………………………………2
2.3精度管理实施步骤…………………………………………………………3
2.4精度管理基准线的具体实施方案…………………………………………3
2.5船舶建造精度管理控制重点………………………………………………3
3.船舶建造主尺度精度控制
3.1船体建造精度控制技术的应用……………………………………………4
3.2船舶建造精度控制标准……………………………………………………5
3.3影响建造精度因素…………………………………………………………7
3.4控制船舶建造精度的办法…………………………………………………7
3.5提高测量船舶主尺度精度的措施…………………………………………8
4.船舶建造尺寸精度控制及误差、变形原因
4.1船舶尺寸精度控制…………………………………………………………9
4.2船舶建造产生尺寸误差……………………………………………………9
4.3船体结构变形原因…………………………………………………………9
5.精度控制的对策及建议
5.1用补偿量代替余量,实现无余量造船……………………………………10
5.2船体建造精度控制所用的主要仪器--全站仪……………………………10
5.3精度控制的测距原理………………………………………………………11
5.4精度补偿量计算和加放应遵循一定的原则………………………………12
5.5精度目标完工测评及改进…………………………………………………13
6.船舶下水前需注意的精度
6.1分段或总段对接处肋距超差……………………………………………13
6.2船体外表变形超差……………………………………………………13
6.3外板上肋骨腹板与理论平面超差……………………………………13
6.4船体结构节点构件连接尺寸超差………………………………………13
6.5横梁与肋骨相交处间隙过大……………………………………………14
6.6纵骨穿过构件处割空超差………………………………………………14
6.7龙骨与横舱壁相交处间隙过大……………………………………………14
致谢…………………………………………………………………………………15
结束语………………………………………………………………………………15
参考文献……………………………………………………………………………16
附……………………………………………………………………………………17
1.中国造船现状
1.1中国造船的发展
改革开放以来,中国造船业发生了翻天覆地的变化。
70年代,中国主要以造军船和小船为主,1978年以前军品的产值占70%以上,年造船产量只有20万载重吨左右。
改革开放以后,我国进入了和平发展时期,国家几次调整军船生产能力和布局,军品的产值比例逐年下降。
80年代初期,邓小平同志号召中国造船要走向世界,在国家的支持下,我国凭借劳动力成本低廉的优势,开始建造出口船舶,自此拉开了中国造船走向世界市场的序幕。
二十多年以来,中国造船迅速走向世界,有了突飞猛进的发展。
中国正处在造船高速增长期,要成为世界第一造船大国,中国必须利用好这一大好时机,做好发展造船这篇大文章。
1.2中国造船现状分析
世界经济的复苏和贸易增长带来了海运需求和船舶需求的持续增长。
2007年,中国造船产量出现了惊人的增长,成为具有重要影响力的世界造船大国。
中国船舶出口到包括希腊、挪威、德国、美国、英国等世界前九个航运大国在内的60多个国家和地区,满载着中国制造、世界制造,航行于全球的洋面上
订单量晋身全球第一拟建四大造船基地
从上世纪五六十年代开始,世界船舶制造中心已经历了多次从先行工业国家向后起工业国家的转移,目前,日本、韩国虽仍为世界造船大国,但世界船舶工业向中国转移的趋势已经确立。
与日韩相比,中国既拥有素质高、成本低的丰富劳动力,又拥有较其他发展中国家更好的资金、技术条件,具有比较优势,此外,对船舶出口实行17%的退税率,确保了企业生产出口积极性,扩大了利润空间,为船舶行业发展造就良好环境。
全球大规模买港口“国货国运”保能源安全
但是,目前我国技术能力远低于日、韩。
为此,有关部门在《船舶工业中长期规划》中要求,积极引导外资和社会资本的进入,通过引进技术、消化吸收和再创新,提高关键船用设备国产化研制水平。
近年来,中国造船业产品结构不断优化升级,油船、集装箱船、散货船三大主流船型占主导地位,其中,油船、集装箱船手持订单占世界份额分别从不足10%提高到30%和21%,散货船已达到28%。
而且,中国已进入大型液化天然气船、万箱级集装箱船、30万吨海上浮式生产储油船等高端产品市场,大型船用柴油机曲轴实现了批量生产。
此外,中国是全球最大的铝、钢、铜、煤进口国,而这些都需要经过船舶运输。
自2006年起,中国开始推进“国油国运”进程,要求到2010年,我国大型油轮船队的规模至少要保证能承运50%以上进口石油,以保障能源安全。
船运行业的专家透露说,中国计划在未来5年新建造90艘超级巨型油轮,扩充中国远洋运输船队以提高原油运输的能力。
长期来看,中国需求,特别是“国货国运”的要求将为我国的船舶工业带来持续增长的订单需求,成为中国船舶工业崛起的主要推动力。
美日关注中国造船能力未来5-10年成关键期
据法新社报道,美国海军上将盖瑞去年12月在众议院的听证会上说,中国造船实力的快速增长应该引起美国关注。
美国众议员汉特则在国会上指出,中国现在每年制造5000艘商船,美国一年则制造300艘;中国平均一年制造3艘潜水艇,美国一年仅制造一艘。
他还煞有其事的说:
“如果他们把制造商船的能力,转变为制造战舰的能力,这将提供工业基础,让中国的海军实力能超越美国。
”若是中国在船舶工业上超过美国,那么美国在综合国力的竞争中就会输中国一着,这是美国所不愿意面对的。
此外,日本也开始试图通过合并等扩大企业规模,与中韩进行较量。
据《日本经济新闻》报道,日本JFE控股公司与IHI公司计划今年内完成旗下造船厂的合并谈判,如交涉成功,日本将诞生国内规模最大的造船企业,掌握全日本市场份额的近20%,销售额也将随之挤入世界前六。
船舶工业行业协会会长张广钦认为,我国要成为造船强国,必须加强自主创新,掌握自己的“绝活儿”,加快推进船舶工业战略转型势在必行。
具体的手段包括,以自主创新为中心环节,构建中国船舶工业核心竞争优势。
大力发展先进船舶配套业,促进中国船舶工业持续、健康发展。
加快建立现代造船模式,进一步提高生产和管理效率。
发展先进造船生产能力,确保发展的质量和效益。
1.3中国造船现状分析
船舶工业是面向国防、航运和海洋开发的战略性产业,也是我国具有综合比较优势、较早参与国际竞争并取得良好业绩的产业之一。
当前,我国船舶工业正面临良好的发展机遇,世界产业结构调整和造船中心东移,为我们加快发展提供了良好时机。
在经济全球化和新科技革命的背景下,世界经济技术一体化进程明显加快,国际性的产业结构大调整开始出现,我国具有广阔的市场、稳定的局面、开放的环境、快速发展的经济,已成为吸引国际资本、国内市场潜力、产业配套能力和投资软硬件环境等多种因素综合比较,我国是最有条件大规模承接新一轮国际造船产业转移的发展中国家。
[2]
2.精度管理体系
2.1精度管理程序:
1)分析图纸,按建造要求设定船体精度目标。
主要包括:
总长误差,型深型宽误差,甲板面平直度,舱壁面平直度,结构错位公差,主要舾装件公差等;
2)将精度目标要求逐层分解落实到下料,加工,制作及合拢等工序;
3)结合积累的精度数据,测定本船的精度补偿量;
4)结合公司生产实际确定建造阶段需要采用的建造工艺(含焊接工艺);
5)确定精度实施步骤。
2.2精度管理补偿量的测定:
1)测算在船台大合拢阶段所需的补偿量;
2)测算在区域总组阶段所需的补偿量;
3)测算在船体分段制造阶段所需的补偿量;
4)测算在船体拼装阶段所需的补偿量;
5)测算在船体零件下料加工所需的补偿量。
2.3精度管理实施步骤:
1)将初步测算的精度补偿值提交到精度管理小组讨论,调整,并最终定稿为本系列船的精度补偿系统;
2)将最终定稿的精度补偿系统提供给设计部门,在生产设计的结构图和下料加工早图上明确体现各建造工艺阶段的精度管理信息;
3)将精度管理信息纳入详细建造计划书中,在计划书中明确在各个建造工艺阶段的精度管理重点,要点;
4)确定各阶段所需要检查记录的信息,制定各阶段检查记录表格,在各阶段精度记录表格中详细记录精度数据;
5)收集各阶段的实际精度记录数据,整理,比较,调整,完善精度补偿体系。
2.4精度管理基准线的具体实施方案
1)为每个分段设定基准线,局部位置要求加上补偿值;
2)在拼版和小组立时,要求以基准线为参照进行施工,并在划线时明确样铳标记;
3)船台搭载时要求以分段基准线作为定位参考线;
4)分段建造精度数据测定以该分段的基准线作为参考线;
5)基准线要求全船统一,从零件到组件到分段再到船台合拢都要求一致。
2.5船舶建造精度管理控制重点
2.5.1下料过程中建立零件精度控制过程:
1)龙门切割;
2)半自动切割;
3)数控切割。
具体做法是在切割后填写零件切割精度检测表,初期可涉及分段合拢缝的主要零件(如:
外板,内壳板,甲板,纵骨,横梁,纵桁,肋板等)进行检测。
2.5.2小组立(部件装焊)重点要关注T型材精度
1)焊前检查来料精度;
2)焊后检查尺寸精度;
3)检查形位精度并进行校正(对纵骨和肋板可采取在下料时划出检查线的方法)
2.5.3平面拼板重点关注划线精度,其中包括
1)焊前检查来料精度;
2)采用的测量工具是否符合要求(年检,全船统一);
3)要划出切割检查线和分段装配检查线;
4)要记录焊前和焊后尺寸变化,为同类型船积累数据。
2.5.4对平面分段划线后的精度控制
1)采用全站仪检测十字中心基准线是否正确;
2)检查基准线及四周的检查基准线是否正确并留有铳印;
3)纵骨定位尺寸确认;
4)各种加强划线尺寸确认;
5)预合拢缝和大合拢缝的型材和板材的坡口方向是否符合图纸要求;
6)边缘质量是否满足要求;
7)平面各部件安装位置是否符合图纸要求;
8)板材变形是否符合企业标准。
2.5.5对分段建造过程的精度控制
1)分段制作班组自行完成胎架,交由精度管理员检测,并签字认可,如胎架不符合标准,板材不允许上胎;
2)分段装配后要进行焊前和焊后精度检测,对超差部位要及时进行修理;
3)向项目工程部提供符合建造精度要求的精度检测数据,供分段合拢使用。
2.5.6对分段合拢过程的精度控制
1)要依据基准线对分段合拢精度进行优化;
2)尽量采用船体三维精度测量系统进行模拟搭载,以减少合拢过程的修割,并提高合拢效率;
3)要记录(或绘制合拢精度表)分段合拢过程中出现的修割和垫板部位,并提供给工艺设计部门,便于后续船进行调整余量或补偿量;
4)船舶下水后要进行总结,并在精度会议上进行讨论,制定出改进措施。
3.船舶建造主尺度精度控制
船舶主尺度精度的控制,是对一个造船企业建造船舶的基本要求,也是广西船检质量管理体系的要求,我们要以《内河船舶吨位证书》签发改革为契机,促使我区的造船质量和检验技能全面提高。
3.1船体建造精度控制技术的应用:
船体建造精度控制技术的核心内容是精度控制,这种技术是“精度”的定量表示,是一个量化的技术。
也就是说,如果应用精度控制技术,那么从下料开始,直到船台合拢的一系列加工过程中,只要按照正常的标准生产工艺,在每道工序完成后,其产品精度就能够满足下道工序的要求,而不用进行两次修整。
这种先进的造船技术,在国外一些船厂中已经广泛应用,提高了企业的竞争力。
成功的应用船体建造精度控制技术,也就是说,从原来的定性地给下料板材、型材预留余量,到定量的下料(精确地计算出补偿量),是需要投入大量人力、物力,且需要较长的时间和循序渐进的过程。
目前,部分船厂已做到了从生产设计开始将精度控制信息反映到工作图上,进行精度设计,体现精度管理和控制的意图。
将精度控制值、补偿值和各种信息反映到船舶放样的零件上,实现所有零件、部件和分段的精度控制。
国内精度控制水平已经基本达到内部构件无余量下料,全船分段无余量上船台合拢。
3.2船舶建造精度控制标准
3.2.12005年国防科学技术工业委员会发布了《中国造船质量标准》GB/T4000—2005中船体建造精度标准中的主尺度与变形量的要求
按照这个标准,现在我区内河大部分民营船厂的建造技术都很难达到要求。
船体主尺度偏差表单位mm
项目
标准范围
允许极限
备注
总长或垂线长L
±L/1000
-
-
型宽B
±B/1000
-
-
型深D
±D/1000
-
-
船体总变形量表单位mm
项目
标准范围
允许极限
备注
船体中心线挠度
艏艉尖舱之间全长范围
±25
±35
相邻横舱壁之间
±15
±20
艏艉上翘
艏上翘
±30
±40
艉上翘
±20
±30
横向上翘或下垂
±15(每10m)
±25(每10m)
3.2.2企业标准:
江苏熔盛重工(集团)有限公司的一些标准要求
胎架制造精度标准
控制点
标准值(mm)
备注
铺板与胎架紧密度
≦1.0
拼板之间理论线一面高度低误差
±0.5
拼板对接缝自动焊间隙
≦1.0
拼版对接缝手焊间隙&=3—12mm
2.0
超差重划
中心线与胎架中心线
≦0.5
结构线与样板
±1.0
表3-2-4分段构件安装精度要求
项目
标准值(mm)
备注
安装位置
±1.0
装配间隙
≦1.0
对接构件平面度偏差
±1.0t且2.0t
t为板厚
间断构件对准度:
纵横向强力构件,指总纵强度受力构件以及承受集中力的构件(如减摇鳍、补偿吊车等
1)a≦t/4且≦3.02)t/3≦a≦t/2时
增强焊脚10%3)t/2≦a时重新装配
其他(指受力构件)
a≦t/3,a>t/2时
重新装配
板材对接错位
0.1t(t<10)
t为板厚
板材对接平整度
≦2.0
超差重装
纵横构件腹板垂直度
±1.5
框架、舱壁垂直度
±1.0/1000
大接头处框架、舱壁垂直度
±2.5
大接头处纵骨位置
±2.5
3.3影响建造精度因素
(1)船体建造精度管理重视不够。
船厂由于自身的经营机制,在企业发展中往往追求中短期利益,没有考虑企业技术层面的长远发展,从而轻视,甚至忽视船舶精度管理工作。
另一方面,船厂的经营方式制约着船厂的管理,多数是采用来料加工的形式,船厂只提供场地、电力等设施,其他事情一概不参予,从而削弱了相对的管理工作。
在对部分出厂船舶进行丈量时发现,工作人员在线型放样时的随意性是影响船舶主尺度精度的一个重要原因之一。
(2)生产工艺低下和生产设备的相对落后。
船厂在整个船舶生产过程中,没有建立完整的生产体系,生产工艺方面水平低下,船舶建造过程中出现超差(“超差”是指产品外形尺寸超出了产品标准规定的公差范围。
)时,又没有正确有效的对策,无法开展精度控制工作。
(3)船厂的作业人员素质的限制。
船厂的装配工人,大多数是长期从事农业工作的村民,他们没有系统的理论知识,都是凭经验,靠力气。
另外,存在大量的外包工,造成从事建造工作的人员技术能力和责任心普遍低下,这也是导致精度难以控制的一个因素。
(4)船厂基础投入不够。
船厂船台基础差,胎架简陋,在造船过程中,支承胎架及船体重量的墩座下陷。
构件和外板安装、焊接时与胎架之间用“马”固定不足,焊接变形不能有效控制。
(5)安装施工工艺不当。
由于甲板结构的安装、施焊的程序不当,导致甲板变形和全船纵向变形大。
(6)船厂由于对控制焊接变形的认识不足,没有在日常工作中积累经验,没有掌握焊接残余变形产生的原因,无法采取有效的措施进行控制。
(7)测量工具和方法落后。
3.4控制船舶建造精度的办法
(1)船厂的经营者应改变经营理念,重新认识到船舶建造精度控制技术的重要性。
站在整个企业发展的角度,加强管理,改善生产环境,提高船舶产品质量,增强企业竞争力。
(2)重视精度控制工作,建立船舶精度控制体系。
从船舶线型放样到船舶下水等过程,要建立起一套完整的精度管理体系,要督促各部门认真贯彻执行,实行明确的奖罚制度,确保建造精度控制体系高效运转。
(3)加强技术交流,在交流中进步。
采取走出去、请进来的方式,多培养本厂的技术骨干,使技术工人相对稳定,同时要学习其他造船企业比较先进的施工工艺和技能,使造船质量和产量都有明显的提高。
(4)加大基础设施的投入。
对船台基础差的,要进行整改,要将船台铺设为水泥混凝土,要改变过早拆除胎架的习惯,减少船舶主尺度精度误差。
(5)要认真总结经验,摸索一条控制焊接变形的方法:
①预留收缩余量。
无论采用何种措施,焊接结构的收缩变形总是要发生的。
在生产中,为了弥补焊接后尺寸的缩短,往往在备料中预先考虑加放收缩余量。
收缩余量的大小根据船厂的建造工艺以及焊接量的大小而定。
②反变形法。
根据结构焊接变形情况,预先给出一个反方向、大小相等的变形,用以抵消结构焊接后的变形。
因而,反变形的数据也是根据经验来确定。
③刚性固定法。
刚性固定的方法很多,薄板焊接时,在接缝两侧放置压铁,并在薄板四周焊上临时点固焊缝,就可以减少焊接后产生的波浪变形。
在钢板拼接时,可以采用“马板”的方法控制焊接变形。
④合理的焊接次序。
当结构装配后,焊接程序对焊接变形的大小和焊接应力分布有很大影响。
因此,在施工设计中,应按照建造方法、结构特点及装配的主要顺序,预先制订出焊接程序。
3.5提高测量船舶主尺度精度的措施
现在,船舶主尺度精度的检测器具主要为卷尺(钢卷尺、皮尺),由于它组成材质的原因,会因天气、环境和操作等原因而影响了丈量精度,如何提高测量船舶主尺度精度呢。
(1)测量工具的认可。
我们主要的检测工具是钢卷尺,现在市面上钢卷尺品种很多,虽然国家对使用钢卷尺有了国家标准(国标GB10633—89),但为了行业的权威性,我们必须使用船舶检验机关认可的产品,用于船舶主尺度精度的测量。
(2)测量工作方案确定。
在实际工作中,在使用钢卷尺测量长度时,常常由于尺的纹线与被测长度的起点和终点对准(瞄准)条件不好,尺与被测长度倾斜以及视差等原因引起的测量误差。
为使船舶主尺度精度偏差控制在最小的范围内,就当前的工作条件来说,水准测量是简单实用的。
水准测量原理是利用水准仪(可使用简易的胶管代替)和水准标尺,根据水平视线原理测定两点高差的测量方法。
我们通过竖立在船台两侧的基准水准尺,直接测定地面上各点间的高差,然而根据其中一点的已知高程,推算其他各点的高程。
如果船台是倾斜的,就要确定斜率,在建造船舶过程要反复核对,在最后的丈量时通过计算得出实际数值。
(3)测量结果的评估。
通过事先确定的检测方案,当船舶主尺度精度发生效大的偏差,即不符合国防科学技术委员会的《中国造船质量标准》(CB/T4000-2005)的要求时,就要根据测量出来的船舶主尺度数据补交相关完工图纸。
4.船舶建造尺寸精度控制及误差、变形原因
4.1船舶尺寸精度控制
严格对加工、装配工序的要求减少和控制结构的焊接变形不仅焊接工序应注意,而且还要求各工序都应按技术条件保证加工零、部件的尺寸和质量。
加强船舶程序检验,对结构的预制件要焊接完毕复样后再装船定位安装,以增强结构的压缩稳定性,坡口的装配间隙不可过大,否则会增加了熔敷金属量,加大变形。
4.1.1预留收缩余量
无论采取何种措施,焊接结构的收缩变形总是要发生的。
在生产过程中,为了弥补焊接后尺寸的缩短,往往在备料中预先考虑加放收缩余量。
收缩余量的大小根据船厂的建造工艺以及焊接量的大小而定。
4.1.2反变形法
根据结构焊接变形情况,预先给出一个反方向、大小相等的变形,用以抵消结构焊接后的变形。
因而,反变形的数据也是根据经验来确定。
4.1.3刚性固定法
刚性固定的方法很多,薄板焊接时,在接缝两侧放置压铁,并在薄板四周焊上临时点固焊缝,就可以减少焊接后产生的波浪变形。
在钢板拼接时,可以采用“马板”的方法控制焊接变形。
4.1.4合理的焊接次序
当结构装配后,焊接程序对焊接变形的大小和焊接应力分布有很大影响。
因此,在施工设计中,应按照建造方法、分段结构特点及装配的主要顺序,预先制订焊接程序。
4.2船舶建造产生尺寸误差
造成船舶尺寸误差及船舶变形产生的原因有很多,但在正常按照要求施工的前提下,加强建造过程中的程序控制,主要原因还是焊接应力产生的焊接变形。
在船舶焊接进行过程中,焊接使钢材的温度从常温小迅速升高到金属蒸发的温度(+3000℃),由于热传导,加热温度的数值和加热温度的集中程度使加热区产生收缩塑变。
这时,在板的横截面内(沿宽度和厚度)的不均匀加热引起纵向的塑变,而在板的纵截面内(沿长度和厚度)的不均匀加热引起横向的塑变。
在热平衡过程中,物体每个点的实际变形、弹性变形和塑变之间的相对比例逐渐不断发生变化。
在冷却时首先是受热纤维的压力被消除,然后近一步的冷却使塑变区的板片面内达到拉伸屈服点,而材料得到反向的拉棒塑变,同时抵消一部分在加热时产生的收缩塑变。
4.3船体结构变形原因
在船舶建造过程中,由于船体焊接以后引起的收缩变形,往往产生总长的缩短以及两端上翘。
———因船底结构较强,船体中和轴偏于船底。
大部分焊缝分布在中和轴上侧,且离中和轴较远,故焊
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