面向精细化管理的船体组立研究设计

面向精细化管理的船体组立设计研究【摘要】：本文基于船体分道作业深入推进，管理精细化的需求，围绕分段作业分解、产品信息模型建模、船体零件编码、船体零件套料和分段装配图设计进行了一定研究，总结为船体组立设计，按此设计模式开展船体生产设计，有助于推进船体分道作业。

【关键词】：编码，组立，组织，流程，质量1 前言现代造船模式突出了船体分道作业，船体分道作业法的工程分解从中间产品的角度出发，将船体结构分解成零件装配、部件装配、分段装配等阶段后，按照成组技术相似性原理将其分类成组，以组为单位安排人员、设备和场地，组建成分道生产线。

通常设有钢材预处理线、内部零件生产线、T型材生产线、曲形零件加工线、部件生产线、平面分段生产线、曲面分段生产线、上层建筑生产线。

船体分道作业模式可显著提高生产效率，特别是建立部件生产线，对占船体总量百分之六十左右的小、中组立零件，实施专门化部件制作后，就能够为推行分段大组立工位最优化的部件组合式装焊生产创造条件，形成短周期、快流通的生产节奏，更有利于生产计划和产品质量的控制。

上海外高桥造船有限公司作为中国最年轻的现代化船舶总装厂，已经建立了切割中心、部件工场、平直中心、曲面中心，上层建筑实现了专门化生产，切割中心包括了钢材预处理线、数控切割线、板条切割线、型钢切割线和T型材生产线，平直中心内包括了门式切割线，曲面中心内包括了零件加工线，而且双壳中心也在建造中，具备了船体分道作业的全部大型硬件设施。

目前，该公司依托CIMS系统中导入的船体BOM，采取虚、实托盘相结合的形式，已经启动了船体零件托盘配送项目，而且组立托盘配送项目也逐渐提到发展日程。

传统的小组立、中组立和大组立的简单划分，已无法满足这种船体作业的要求。

2 分段作业分解船体分段作业分解简而言之，就是小组立、中组立和大组立的简单拆分。

然而伴随硬件设施的改善和管理水平的提升，作业分解逐渐精细化：韩国船厂基本上分解到先行小组、小组、T排组立、平直中组、曲型中组、大型中组和大组立；日本船厂基本上将先行小组定义为两个构件装焊的组立，T排不设为组立，增加了流水线组立、拼板组立和翻身装配组立。

参照日韩船厂作业分解的做法，取长补短，理想的作业分解应包括以下组立类型：按特殊零件处理的T排组立、仅两个零件装焊的先行小组、小组、小组翻身、拼板加纵骨组成的流水线组立、平直中组、曲型中组、大型中组、中组翻身、大组、大组翻身以及小组、中组、流水线组立和大组立阶段之前的拼板组立。

于是，作业过程的分解便非常到位，零部件的作业阶段非常明确，分段作业分解大为优化。

船体生产设计完全有能力做到这一点，而生产部门可根据场地、设备、人力和管理水平等客观条件进行相匹配的组合应用。

为了将复杂的分段组立过程形象直观地传达给施工人员，通常用分段详细组立顺序图（DAP）来反映分段组立过程。

DAP以分段划分为基础，建立每一个分段所有零件、部件和组件的装配关系和先后顺序。

DAP的设计过程就是分析分段结构特征，结合公司设备、场地、装配工艺和生产组织特点，将分段结构按照一定的规律，由大到小进行层层分解的过程，DAP是分段作业分解的有效载体，是深化生产设计的有效途径。

图1为10.8万吨油轮的一个典型双层底分段的DAP。

图1 典型双层底分段详细组立顺序图Figure 1 Typical DB Block DAP3 分段组立设计生产设计的过程，绝不仅仅是利用设计软件对详细设计的成果进行精确放样和适度深化，其更重的意义在于要面向生产过程进行工程设计，即偏重于CAE的设计。

船体生产设计所具体偏重的就是分段组立设计，通过以下多个方面的重点推进，将传统设计模式下大量遗留到生产管理部门和生产现场解决的问题，在生产设计阶段予以全面的解决。

3.1 面向组立的产品信息模型建模绝大部分船厂船体生产设计都已经实现了三维建模，但是三维建模仅仅是完成了高精度的放样而已，在此基础上还需补充装配、焊接和精度信息，而且要定义到模型中，形成包含大量船舶建造生产数据的电子样船，这就是面向组立的产品信息模型建模。

（1）结构建模通过结构建模，综合利用板材、肘板、补板、加强筋等多种建模手段，能够将船体构件的几何要素、材质、板厚和节点要求等基本信息进行数字化定义，并通过拓扑关系，达到极高的建模精度。

结构建模着重于满足详细设计功能要求和规范方面对结构节点的处理要求，主要面向船东和船检。

（2）装配建模DAP仅仅是分段作业分解的图面示意，通过装配建模，就能够将分段作业分解实现数字化定义，为零件和组立的物流管理奠定编码基础，而且在装配建模过程中，能够更加全面的消除安装困难或安装冲突。

装配建模着重于提高构件装配的工艺性和装配流程的优化，主要面向船厂船体零件物流管理和装配施工。

（3）焊接建模通过焊接建模，特别是通过对接坡口、变角度角接坡口以及深熔和全熔角接坡口的建模，将坡口信息进行数字化定义，这样，许多V 形坡口便可以在数控切割时自动完成，其它坡口也能够在切割版图和切割指令中自动反映。

焊接建模着重于实现坡口切割的自动化，主要面向切割作业。

（4） 精度建模通过精度建模，综合利用余量、收缩量、锥形补偿量、MARK 线等多种建模手段，能够实现大量精度控制信息的数字化定义，并通过数控切割自动加放和划线，从而有效地从根本上推进精度造船。

精度建模着重于切割、划线、加工和装配过程中精度要素的数字化定义，面向作业过程中的精度管理。

3.2 面向组立的零件编码方案现代造船模式与传统造船模式的最大区别在于人员、信息和作业组织这三个方面，而信息被认为是船舶建造中，除了人员和作业组织之外的第三大要素，造船信息的巨大容量及其复杂程度，是其它行业所无法比拟的。

对此，如何把复杂的信息用简单的科学方法来表达，并利用计算机进行存储和处理，将对现代造船技术进步产生着不可估量的作用。

众所周知，船体零件编码通常包括工程编码、分段编码、组立类型代码、组立编码、零件分类代码、零件号和加工代码等要素，它不但起到零件对号入座的作用，还能表示该零件的生产特征、所属的船舶、分段、组立，并可知道该零件的加工方法、安装阶段和去向等，即起到成组技术“以数代性”的作用。

面向组立的船体零件编码结构中仅表示该零件所属的上一级组立编码，多级组立过程造成的流向问题，通过相邻两个组立的组立类型代码衔接解决；将组立阶段代码和组立编码并为一级；零件分类代码、零件号和加工代码并为一工程编码分段编码零件号组立编码船舶分类代码船舶分组代码船舶序号分段区域代码分段位置代码分段序号组立类型代码结构特征代码位置号分区代码零件种类代码加工代码级。

总体上该编码方案为4级19位非标编码结构，其一般结构形式见图2，实框表示英文字母，空框表示阿拉伯数字。

图2 船体零件编码方案Figure 2 Hull Piece Coding Project实际生产中，内场完成零件加工后，成形加工的板材、型材和肘板被送到零件集配中心，通过分拣，输送到不同的组立工位，实现零件向不同组立装配工位的分流。

分流过程的关键是具有一套含有零件装配信息的编码系统编码中需要提供零件在分拣时的流向信息，即集配信息。

该编码设计方案不仅通过增设组立类型代码，满足了这方面的生产需求，而且围绕其它编码要素也进行了大幅的改进，并充分结合了Tribon船体系统能够实现的编码功能，实现了极高的编码效率，编码适用性也有较大改善。

该编码方案具体在以下几个方面进行了改进：①编码级数压缩为四级，组立流向信息得以有效解决。

②组立类型代码和零件加工代码添加到零件编码中，提高编码完整性。

③增加工程编码分类分组功能，克服所有船型混编时产生的混乱。

④分段所属区域、左中右属性和序号信息均采用一位阿拉伯数字表示，定义简单清晰。

⑤结构特征代码、位置号和分区代码规范了组立编码定义，克服了组立编码的随意性。

⑥零件种类大大简化，从原始的十几种、几十种简化到仅仅四种。

⑦零件编号自动化，编号范围扩充为整个分段，零件通用性提高。

3.3 面向组立的零件套料船体分段零件套料并非所有同一规格零件的排列组合，面向组立的零件套料高度关注与切割类型、加工类型、组立阶段划分的匹配问题。

伴随现代造船模式的深入推进，成组技术普遍应用到各现代化船厂中，基本上建立了切割中心、加工中心，并推行切割后零件的托盘化配送，原先生产模式下没有暴露出来的套料问题，就会不断涌现。

首先，船体零件的切割方式分组趋于细致，有数控切割、高精度门式切割、板条切割、光电切割、型钢切割等多种方式，而且许多设备还具备了对称切割功能，这就要求套料工作必须按相应的切割类型进行，否则，综合切割效率必然降低。

其次，加工设备大量引进，包括大型三辊卷板（压）机、单臂液压机、小型三辊弯板机、门式油压机、肋骨冷弯机等。

相应的加工方式也趋于多样化和专业化，加工方式包括面板加工、折边肘板加工、型材弯曲加工、板材折边加工、板材弯曲加工等。

这些在套料时都必须明确无误，否则，不是加工设备大材小用，就是零件的往复运输。

还有，由于分段部件化建造，分段作业过程分布到切割中心（T 排流水线）、部件工场、平直（或曲型）中心、外场等场所建造，相应的零件需求日期必然有差异，而切割作业由于其特殊性是无法做到JIT 供应的，仅仅靠预留缓冲区无法完全解决这个矛盾，这就要求套料时考虑将所有组立根据其组立类型适当组合在一起套料，即按组立阶段实行套料。

结合新的生产需求，面向组立的零件套料运用成组套料技术基本解决了上述问题，主要体现在套料版图的编码方面，套料版图编码结构形式见图3。

切割设备代码和加工阶段代码组合运用，明确了套料版图编码的同时，对套料方式也进行了有效的规划，套料工作必须按照设定的方式进行。

例如：1070225HCNX07表示1070项目225分段的一张数控切割版图，版图内所套的零件为225分段的部分小组立零件。

图3 套料版图编码Figure 3 Nesting Drawing Coding面向组立的零件套料同时高度关注版图的信息表达，图面信息的完整性和准确性，不仅仅影响切割、加工的质量和配送的效率，而且对装配效率也会产生影响。

首先，对于无法数控切割完成的坡口、开孔和端切信息，必须在图面上加注相应技术要求，而且要提供无需现场进行换算的数据，以避免现阶段的工作遗留到下一道工序完成，造成建造成本的增加。

序列号加工阶段代码分段编码工程编码切割设备代码HC 分隔符。