精度控制在船舶分段建造中的应用

精度控制在船舶分段建造中的应用

目录

1引言................................................................................................................................................................... - 1 -2船舶分段建造精度测量仪器与操作 ............................................................................................................ - 2 -

2.1船舶分段建造精度测量仪器 (2)

2.2全站仪操作和使用要点 (2)

3船舶分段建造精度标准 ................................................................................................................................. - 4 -4船舶分段精度控制和管理............................................................................................................................. - 5 -

4.1船舶分段建造的精度控制 (5)

4.1.1双层底分段结构及建造程序..................................................................................................................... - 6 -

4.1.2双层底分段的测量控制.............................................................................................................................. - 6 -

4.2船舶分段建造的精度管理 (8)

结论.............................................................................................................................................................. - 10 -

1引言

船舶建造有很长的历史，传统造船方式无法对船舶制造过程中因焊接受热变形造成的尺寸不足和其他一些不利因素进行有效控制。造船周期长、造船质量差、造船成本高是传统造船方式的最大问题。为了最大化的减少这些因素对造船的影响，人们通过探索和研究，通过对一些建造过程的控制，从而达到缩短造船周期和减少成本的目的。在船舶建造中，精度管理是造船技术的重要组成部分。它主要是在分段建造的过程中以补偿量替代余量，通过合理的数据加放，对船体零件、部件和主尺度进行精度控制，提高了造船的质量，缩短了工期，从而达到减少成本的目的。

从上世纪60年代中期，我国开始从国外引入先进造船技术和精度管理的概念，但是我国因起步晚对船舶建造各方面缺少系统的认识，忽视了船舶建造精度管理各个方面的技术，只着重于工艺方面。一直以来我国在船舶精度管理方面还没有形成一个完善的船体建造精度数据库和一整套船舶建造精度管理系统，国内许多船厂都只是尺寸方面的控制，精度管理基本还是处在事前加放余量的阶段，事后测量切割的状态，而且缺少对船舶建造精度管理的分析钻研能力。

传统分段测量和统计数据各个方面欠缺都体现在：

（1）船舶分段建造过程精度控制问题，并不是数字化的精度测量,所测量的数据都是手动记录，而非数字化的记录，无益于问题的分系和研究，缺乏船舶建造过程当中数据的对比；所用测量工具的精度误差（钢尺等），而且非常不方便，对于一些较大，有线性的分段不能进行精确的测量；而且测量人员较多，耗费时间较长，非常不方便。

（2）在船舶建造中对于分段和总段精度控制问题，分段须得按照便于测量的方式放置，否则不好进行测量；数据的每一项统计和计算都需要人工来计算，无益于实际数据与设计数据的对比；耗费时间长，而且容易出现问题，极大的影响了工程周期；目前我国由于对分段的测量手段的落后和对分段建造的经验不足，目前还无法形成比较完善的的精度管理机制和精度数据利用循环。

（3）船台、船坞合拢的精度控制问题，之前传统的测量方法效力较低，占用吊车时候较长；在分段上船台后需要根据现场实际情况对余量进行切割，需要对分段进行重新定位作业；很多分段需要进行二次定位，极大的影响船台搭载周期；传统的测量和记录方式很难对船舶分段建造中的数据进行精度管理，难以对分段的无余量搭载模式提供可

靠的数据统计与汇总。

在船舶建造精度管理方面，国外很多学者已经研究出大量成果，并且大多都被应用到实际建造中，但都因商业秘密考虑，所研究的成果很少被公开分享。因此，具体船舶建造精度管理水平到什么程度只能从一个国家的船舶生产总量上大致看出。目前，在我国先进的船舶建造精度管理技术在大型船厂已得到了较为广泛地运用，但在中小型造船企业中还未得到广泛地运用，还停留在运用余量加放来控制船舶精度的阶段。

对于立体分段的常规测量方法是首先将分段调整到方便分段测量的状态，然后利用各种非数字化的工具进行测量，这种方法的弊端是数据测量的速度比较慢，而且由于测量工具的准确性不高，无益于数据的系统分析和数据的整理。为了使船舶建造精度管理技术在中小型造船企业得到广泛应用，在现代造船模式下，这种非数字化的测量方式已经不能为船舶分段建造提供方便。最合适的方法是充分利用计算机技术生产设计出三维分段立体模型，通过三维分段立体测量仪器和测量软件，通过对分段主要点的测量和控制，然后通过专用船舶建造精度管理软件对实测点与设计点进行对比分析，最后对比实造分段各项数据进行修改。这类方式有效的避免了传统使用方式的弊端，为进一步船舶建造精度管理水平奠定了可靠的基石。

2船舶分段建造精度测量仪器与操作

2.1船舶分段建造精度测量仪器

船舶建造精度控制中常用到的仪器主要有三种，分别是水准仪、经纬仪、全站仪，但因前两种仪器无论在使用还是测量精度上面都没有全站仪容易和精准，全站仪三维测量在人员、安全性、精度等方面优于传统测量方式。所以，一些大型的船厂已逐渐使全站仪代替了前两种仪器。

2.2全站仪操作和使用要点

全站型电子速测仪简称全站仪，如图1所示。它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）丈量、间隔（斜距、平距、高差）丈量和数据处理的周全仪器。由于只需选好位置放置，就可以完成所有需要测量的工作，故被称为“全站仪”。

图1 全站仪

全站仪的操作步骤和注意要点如下：

不同型号的全站仪，其具体操作方法会有较大的差异。以下简单介绍其操作方法和应注意的事项：

（1）水平角的测量

1）打开仪器后，按角度测量键，这时全站仪会处于角度测量模式，照准第一个目标A。

2）然后设置A方向的水平度盘读数为0°00′00〃。

3）照准第二个目标B，这时显示器上显示的便是两个点之间的角度。

（2）距离的测量

架设好一起后，使目镜照准所测目标中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。

（3）坐标测量

1）进行坐标测量前，应先选择好比较有利的测量地点，尽量在不迁站的情况下把索要测量的点都测量完。一般坐标测量都会有专门的软件，打开软件，设置文件编码，找到比较有利的测量点（注意仪器架设地面要比较稳定，不易晃动）。

2）建立三维空间坐标测量，既所测的第一个点，通常是原点即（0，0，0），然后依次测量别的点，点的测量没有先后顺序，可根据现场的情况选择优先测的点。

3）迁站，对于一些较大分段，而无法测量到的点，要进行迁站，有专用的迁站靶标，分段测量一般都是两点靶标迁站，具体情况按实际现场情况而言，注意两个迁站的靶标与仪器之间的夹角在90°最佳，角度不宜过大或太小，影响测量结果，迁站靶标的放置一般在1-1.5 倍的分段最大长度，大一些或小一些都可以，具体按照现场情况摆

继续进行测量，所需要测的点测完为止。

（4）测量完以后仪器工具的收放，保证所有工具都已收集起来，不能漏掉。全站仪在整个造船工程中占据的很重要的使用价值。全站仪在造船中的应用很广泛，前期分段的制造，以及后期船台的搭载，船舶水线的绘制等等，尤其是船台中心线的确定，为后期船台搭载做出了基准。全站仪的使用使得造船的精度，质量有了一个很大的提高。

3船舶分段建造精度标准

船舶分段建造精度标准是整个船舶精度标准体系的一部分，既要反映本企业船体分段制作精度的质量水平，又要满足行业。精度标准包括补偿量标准、精度检验标准、精度控制基准、精度测量表、基准线设计基准等。精度补偿量包括切割补偿量、加工补偿量、装置补偿量和焊接补偿量等方面，要对以前分段建造的数据总结，反应在船体分段建造上，然后经由建造好的分段的现实数据和计划数据对比，确定所放补偿量的正确性，再形确定补偿量标准。精度检验标准是根据精度目标细化到船体制作各工序阶段的精度要求。精度工艺标准是对于一些精度容易出现问题的工序阶段制定专门的装焊工艺。

（1）精度标准按适用范围一般可分为，行业标准、企业标准和作业标准三类。

（2）行业标准是指同行业内通过讨论共同制定的标准。

（3）企业标准是企业根据自身各方面的情况所制定的标准。

（4）作业标准是船厂为控制误差在企业标准内而制定的各种标准。

分段建造精度标准按《中国造船质量标准》分为：

（1）平面与曲面分段精度标准。

（2）立体分段装精度标准。

（3）含艉柱的立体分段精度标准。

（4）含主机座的分段精度标准。

船体精度标准的制定并不是一成不变的，根据船厂自身硬件和软件水平的提高和国际标准各的提高，以及船东对船舶建造提出的要求而改变。

船体建造精度的行业标准大多会两年进行一次改变，企业标准则是根据各个船厂的发展来进行制定。为了正确表述船体精度标准，应对下列名词进行定义：（1）船体分段：为便利船体布局制作合理划分的布局单元，为大组立而构成的中心

产物。

（2）余量：对船体零件、工件和中心产物经由过程加工、装焊、火工改正等多道工序，而发生的变形及缩短举行定性和定量分析后，加放的比现实变形及缩短略大的工艺量值，一样平常要在装置后割除。

（3）补偿量：对船体零件、工件和中心产物经由过程加工、装焊、火工改正等多道工序，而发生的变形及缩短举行定量分析后，加放相称现实变形和缩短的工艺量值，一样平常不需再切割。

（4）基本尺寸：指图面上标注的理论尺寸，它是描写零件、工件和中心产物（部件、分段和总段）的多少外形、外形尺寸和所处位置的量值。

（5）实际尺寸：指零件、工件和中心产物完工后测得的尺寸。

（6）尺寸偏差：根基尺寸与现实尺寸的差值。

（7）标准范围：正常控制、查验尺寸误差知足精度造船的误差规模。

（8）允许极限：查验尺寸误差时，许可少数误差超越尺度规模的最大误差值。

（9）允许界限：由机械或人为误差导致脱离管理标准，但不会影响产品式样及性能降低的许可的最大误差界限。

（10）管理基准：不超过许用极值，控制所能获得的最理想的合理精度基准。

（11）单位：管理基准及允许界限中长度相关的没有特别注明的单位用毫米表示；管理标准及允许界限中角度相关单位用。

分段的标准各有不同，一般对于双层底，舷侧分段的标准较低，对于首部分段，尾部分段和舱口围板的标准较高。

4船舶分段精度控制和管理

4.1船舶分段建造的精度控制

造船中常见的分段类型有：双层底分段、舷侧分段、首部分段、尾部分段、横舱壁以及舱口围板等一些特殊的分段。下面以双层底分段为例（如图2所示），介绍分段测量和精度控制方法，以及分段建造精度管理常见问题的处理方法。

图2 双层底分段

4.1.1双层底分段结构及建造程序

双层底分段是船底外板和内底板以及两者之间的船底结构与空间的统称，主要的构件有船底外板、内底板、纵骨、肋板等。

双层底分段的建造大致分为六个工艺步骤：

（1）胎架的制作；

（2）分段定位；

（3）分段装配；

（4）分段焊接；

（5）分段变形控制和火工矫正；

（6）分段最后的测量和分段校验。

双层底分段反造法是以内底板为基准进行建造，所以，建造双层底首先要保证内底板的水平合格，然后按照装配程序，将各个构件进行装配，烧焊。制作过程必须严格按照工艺流程。

4.1.2双层底分段的测量控制

双层底分段在众多分段中是比较容易制作的分段，在船舶建造的过程中，对于分段的精度控制是相当重要的环节，从材料的号料、放样开始就要做好精度控制，才能保住分段建造的精度，有利于船舶后期船台的搭载，为船厂节省成本和工时。

在小部件、钢板都制作好进行分段装配时，都要先进行所有来料的检查，以防前一道工序疏忽，而送来不合格的材料。等来料都合格后，就平直分段而言，比如双层底的制作，先要检查胎架的水平，胎架水平是分段制作的基准，胎架是否合格对分段的制造有很大的影响。来料放在胎架上后一定要固定。大型的外板一般都会放出适当的余量，以防焊接收缩而影响分段的质量。

分段的测量控制一般分为三个阶段：

（1）定位阶段精度测量与控制

一般船厂在初步的号料，放样阶段就已经开始了精度控制，对于一些钢板易出现误差的地方会放出适当的余量，以防后面分段焊接收缩产生的尺寸不足。在进行分段制造时，从胎架的水平，都要进行专门的检查，保证平直胎架的水平，曲面胎架的弧度，高度以及胎架周围地样线等很多方面的检查。

在分段制造阶段，就平直胎架来说，如果胎架已经合格，在钢板放到胎架上面时，要保证钢板的水平，保证钢板的水平误差在企业标准内。然后，将钢板和胎架固定起来，保证板材在后面的装配，烧焊时分段不会产生移位，影响测量数据的变化。

双层底分段是以内底板为基准建造的，首先要确定内底板的水平合格，然后在内底板上放样，画线，将装配部件的基准面确定出来。然后，按照装配顺序进行初次装配。因为双层底分段比较简单，而一些对双层底分段制造有经验的施工人员，已基本可以在第一阶段不用进行测量。每一阶段都会出特定精度表格，只有等各项都合格后才能进行下一阶段的工作。

（2）焊前阶段精度测量与控制

焊前指已经完成了初步的定位，误差还是比较大，又没有进行烧焊的阶段，这个阶段则要借助精密仪器全站仪来对分段进行精度较高的调整，确保在焊接前装配的精度已经达到了和设计图纸误差在标准范围内。而且特别注意，在分段进行测量时，分段一定要已经脱离胎架，在分段还没脱离胎架时测量的数据和脱离胎架后测量的数据有很大的误差。

通常分段制造时，企业会给出一个精度标准和装配，烧焊的顺序图纸。同样也会进行几次必须有的精度的控制，定位，焊接前和焊接后都会进行精度控制，让分段在各个阶段都达到企业给出的精度标准。在装配阶段，会进行一次定位控制，使得分段上装配的型材，球扁钢等小件位置的精确度达到企业标准，一些钢板在烧焊时中部会发生拱起或两边边缘会发生翘起的地方也会适当放出一些反变形，让烧焊后板材的收缩和反变形能够相互抵消，而这一阶段时最不好控制的，有时放出的反变形可能会刚好收缩，而有时可能反变形根本就没有收缩，这与焊接的质量和焊接的顺序由于很大的关系，对于放出反变形的多少则根据企业焊接技术高低和以前所做同样分段的经验来判断。

双层底分段的测量方法，一般都是对边的方式测量，基本都要中途迁站一次，在分

数据，会用特定的软件进行分析，可以很直观的看出实际分段和设计分段之间的误差。然后根据数据进行分段修改。

分析分段精度的软件有很多，每种软件的使用方法大体一样。采用ECOBLOCK分段分析软件进行套点分析时，软件中的X、Y、Z值，则是为方便规定的，X值代表的是船长方向，分段尺寸向船首偏，在软件上则显示的是正N（+n），向尾部偏则是负N （-n），Y值代表的是半宽方向，因为有中心线的原因，以中心线，向左为正，向右为负，Z值代表高度，高为正，低为负。不同的软件也有一些不同的规定。

（3）焊后阶段精度测量与控制

当第二阶段的所有装配工作完成后，下来就是进行分段的烧焊，分段烧焊一定要按照烧焊顺序来进行，因为板材的不同和烧焊人员技术的不同，很难让烧焊结果达到预想的那样，所以一定要严格按照烧焊顺序来进行。前期在刚开始制造时都已经放出了适当的余量，但这样仍然不能保证分段合格，所以，在焊后也要进行测量，这一阶段也就是分段制造的最后阶段，所以这一阶段一定要控制好，测量，套点，分析。最后这一阶段基本都是烧焊引起的变量，但是烧焊会因不同的人，不同的技术而有不同的结果，所以，在分段制造时就应该留够余量，以便后面将多出的切割掉。每个船厂会有自己的一套精度标准，看分段误差是否在范围内。一些分段因为收缩量大，则根据具体情况，做出适合的处理。实际数据和设计数据的对比需要通过反复的测量，保证自己所测量的数据正确。

在分段整个完成焊接以后精度控制尤为重要，因为已经到了分段的完工阶段，所以分段的内部强结构和一些比较重要的地方精度控制一定要符合标准。因为前阶段装配时对分段的控制，烧焊等各方面也是按照企业给出图纸烧焊顺序来进行的话，问题应该不是很大，极个别的特殊分段另当别论。

在众多的分段中，相对来说，双层底和舷侧分段是最容易控制的，船首部和尾部是最难控制的，首部分段和尾部分段的线型变化比较大，内部结构的特殊性，使得首部分段和尾部分段在制造时很难控制达到标准，首部和尾部分段也是众多分段中最难制造的分段。

4.2船舶分段建造的精度管理

分段制作的每一步都需要有严格的精度管理程序来支撑，像双层底分段制作，从刚开始的胎架水平开始都要有严格的管理程序，每一次分段的制作，从胎架到完工都是经

因此，在分段制造过程都应该有数据的统计和汇总，统计和汇总包括胎架水平的表格、基准板的表格、每次测量的数据表格，每次测量完，都将表格汇总下来，包括余量的多少、补偿量的多少、反变形的多少等都应该统计下来，为下一条船的建造提供数据的支持，通过各项数据的对比，总结出适合的范围，这样才能逐渐的进步，提高船舶制作的质量，缩短工程的时间。

在分段的制造中，最常出现问题的不是材料的尺寸问题，出现最多的是装配完焊接时出现的受热变形问题以及在吊装时分段受力变形。一般焊接时，都会在板材的背面放出适当的反面型，让板材焊接收缩后能达到板材水平度合格的程度。吊运时，吊耳都会烧在一些强结构上面，这样能尽量的减少因为吊装而产生的变形。

船舶建造精度管理就是以船舶建造精度标准为基本准则，通过科学合理的管理方法与先进的工艺技术手段，对船舶建造进行全过程的精度控制，以达到最大化减少现场修割工作量，提高工作效率，降低建造成本，保证船舶建造质量。船舶精度管理的着重点为船舶在建造过程中的产生的收缩变形、扭曲变形和角变形。船舶精度管理内容涵盖健全精度管理体系、建立精度管理制度、完善精度检测手段与方法、提出精度控制目标、确定精度计划、制订精度标准、制订预防尺寸偏差的工艺技术措施和精度较大偏差的后处理措施等。

在分段的制造中，最常出现问题的不是材料的尺寸问题，出现最多的是装配完焊接时出现的受热变形问题以及在吊装时分段受力变形。一般焊接时，都会在板材的背面放出适当的反面型，让板材焊接收缩后能达到板材水平度合格的程度。吊运时，吊耳都会烧在一些强结构上面，这样能尽量的减少因为吊装而产生的变形。

结论

在船舶分段建造中应船舶精度控制技术，可以提高分段的建造精度，从而缩短造船周期，提高船舶的建造质量，增强船舶建造企业在国际市场的竞争力。

全站仪三维精度测量技术通过三维空间测量，使测量出的数据更准确，使用时更方便。极大的节省了人力和时间。全站仪在进行分段测量的时候，要注意测前选好合适测量的地点，全站仪是三维测量仪器，三维空间测点，对于点测量的先后没有固定顺序，对于看不到的点进行迁站时，要注意两个迁站标靶和全站仪之间的夹角最好在90°，角度不宜过大也不宜太小。全站仪三维测量技术的测量应用，让分段数据立体化的呈现出来，方便分段数据的修改和调整。

船舶分段建造精度标准是整个船舶精度标准体系的一部分，既要反映本企业船体分段建造精度的质量水平，又要满足行业要求。船舶建造精度管理是对分段建造全过程的精度控制，在测量时，分段一定脱离胎架。建造时，对胎架水平,曲面胎架的弧度，高度以及胎架周围地样线等多方面进行检查。对重要的边沿加放补偿量或余量，来尽可能的抵消因热变形而产生的尺寸收缩。对分段变形应适当做出反变形的加放。测量实际数据和设计数据的对比需要通过反复的测量，保证自己所测量的数据正确。每次测量的数据都应该统计下来, 为下一条船的建造提供数据的支持。从制造过程中就对分段进行控制，极大的提高了造船质量和缩短了造船周期，推行船舶建造精度管理是造船业发展非常重要的举措。