船体3D方式精度管理关键点研究

代飞

船体3D方式精度管理关键点研究

代飞

（上海交通大学，船舶海洋与建筑工程学院，上海200030）

主要对3D方式的精度管理方法进行简单研究，通过对3D精度管理的简介，辅以基准面与基准点的原理与工艺说明，明确3D精度关键控制点与控制方法，明确基准面分析的优势，论证3D方式精度管理模式在产品建造中对船体精度与生产效率的良性帮助。

精度管理；3D方式；基准点；基准面

船舶制造作为劳动密集型产业，在整个施工过程中需要耗费大量的劳动力。作为世界造船大国而非造船强国，中国造船产业想在世界范围内提升竞争力，就必须果断优化现有技术与方法，寻求更佳的发展出路。科学、可行的精度管理技术是一门综合性、系统性的科学，通过对船体建造全过程进行系统地精度控制与管理，不仅可以提升产品品质，更可以通过规范流程、制定制度、执行标准等管理方式，科学地提高生产效率，缩短建造周期，降低产品不良返工率，实现成本控制。在如今新造船行业大环境下，良好的精度管理技术可以快速提升企业的竞争力。

1 船体3D精度管理及其与2D方式的主要区别

2D精度管理，主要工作为“测量”，无法实现各阶段生产工作的有效衔接，导致船体结构在生产的过程中可能会发生影响正确性与精密度的独立性“精度合格”，但是相邻产品存在交互的逆向误差，最终导致相类似的问题重复发生，累计误差普遍存在等现象，引发修正作业，生产效率低下。这类不完整精度管理体系不但不能体现出精度管理的成果，更难以实现通过先进技术提升管理水平。造船精度管理技术需要解决的一个重要课题就是如何通过良好的过程控制与误差消除，实现全工序的有效衔接管理，来解决在生产过程中产生相邻累积精度不良等问题，即“3D精度管理技术”。

2D与3D方式的主要区别在于，2D精度技术是在各个工序中将误差分散，不能将问题充分暴露，3D方式精度管理，可以将所有精度不良问题按照各工序要求充分暴露，并根据实际生产需要选择最合适的时机进行修正，从而杜绝产生累积误差与精度不良。

2 基准理论是3D方式精度管理重要方法

2.1 明确基准，制定精度管理基准书与精度检查单

3D精度控制工作的重中之重，是制定精度管理全过程施工的“法律”，在精度管理基准书中明确规定：船体从下料开始，直至搭载结束每个分段的基准面与基准点，明确各个阶段精度管理关键控制点及控制难点等，施工人员则需要按基准进行施工、过程控制及最终精度验收。精度作业基准书作为各阶段工作的作业指导，主要用于施工辅助、过程控制及预防管理，辅助进行测量数据的衔接管理。

要实现精度管理结果的判定与交接，需要根据实际产品来制定各工序的检查项目与检查记录表，即《精度检查单》。在检查单填写过程中，应遵循基准分析原则，确认基准①、②、③三个基准点作为测量与分析基准点。其中，基准点的选取应以单个分段为基本单位，根据最终大合拢状态确定，多选取为分段对合面端面上与对合分段直接接触面上不易产生形变的关键节点，后根据基准书要求将三个基准点的三维基准坐标置0匹配后进行误差分析，以确认最终问题，进行判定与修正。

2.2 基准的定义

所谓基准，是船体从设计开始直至主船体全船贯通整个建造过程中所需要遵守的建造起始准则，基准以船体分段为基本单位，每个分段根据最终船台大合拢状态，确定三个基准点，基准点两两连线后在船体基础坐标系中构成基准面（X、Y、Z方向），最终依照基准明确各个阶段船体制造的划线顺序、装配建造顺序、过程控制标准及最终搭载基础。

基准的统一在整个环节中起到承上启下的作用，由于精度管理工作覆盖了从船体设计开始的整个建造流程，因此各个阶段的基准也必须统一，即从设计开始的各环节精度控制，都应该遵循最终大合拢基准，根据大合拢顺序来反推各阶段基准，并在实际生产施工时按照反推基准进行作业。

2.3 基准点与基准面的设置原则

根据实际中组、搭载顺序，在船体余量设计阶段应将基准面端面设计为无余量端面，确保自由端为无余量端，这样可以确保在相应中组、搭载时控制产品的完工数据能够直观、准确的进行测量。对基准点，应设定为基准面端面上与对合分段直接接触面上的关键节点（坐标方向上不易产生形变的坐标点），以确保分段不会因为节点变形及位置偏差造成测量分析数据偏差。

任意分段都需要明确三个基准点，以双层底底边舱分段为例，对基准点①、②、③的确定规则如下：

（1）基准点①为第一基准点。船体各工序建造及测量分析时，应确保其在船体坐标系中与设计坐标偏差调整为[X=0/Y=0/Z=0]，即此点用于定位分段在船体坐标系中的整体位置。

（2）基准点②为第二基准点。在偏差调整时，第一基准点已经确定分段的三维位置，第二基准点应与船体坐标值同步设置，取一个变量X≠0[X：？/Y= 0/Z=0]。通过基准点②的设置，可将分段前后位置[X]与半宽[Y]进行固定，此时对于分段自身的其它精度控制点，除高度方向[Z]外，均为以基准面为基准的标准状态下的误差。

（3）在前后位置[X]及半宽[Y]确定后，固定基准点③，分段将实现与船体坐标系的基准匹配。通过基准①与基准②的调整，基准③仅有高度方向[Z]为可变量，故应将此点Z方向调整至Z=0[X：？/Y：？/Z= 0]，X与Y值则为建造误差。

按照上述原则，确定每个分段基准点后进行分析，分段上各个测量点理论偏差都应为0，由于在建造过程中存在各类偏差，实际不一定为0.若偏差值小于精度标准要求，视为精度合格，超差则应立即修正后，方可向后流转。

2.4 基准面分析方式的特点

相对于传统误差分析方式，采用3D基准理论对分段进行精度分析主要有以下几点优势：

（1）船体建造全盘统筹，基准统一。通过明确的基准面理论，做到船体建造各个工序施工顺序的有效统一，从而最大程度的减少累积误差与对合口反向误差的产生，并可以更直观、更明确的进行过程控制。

（2）放大误差，及时修正，实现中间产品逐道合格，有效地实现各个工序制造误差放大化暴露，便于逐道消除误差，实现各阶段产品“中间产品化”，确保各工位之间流转的产品均能满足精度标准，降低船体总装阶段误差的累积与不可逆修正。

（3）降低对精度人员技能的要求，实现“傻瓜式”精度管理。通过基准理论进行分析后，对船体三维误差可以明确显示，不再需要依赖经验丰富的精度人员依据个人经验进行判定调整，现场施工人员与精控员可以直接根据分析结果定量调节修正，降低对专业人员的依赖程度。

（4）便于通过实际数据进行比对后利用偏差值直观进行模拟搭载，降低对模拟搭载软件等工具的依赖度。

（5）结合模拟搭载结果，以基准点为基准进行标准化定位，避免了因追求分段对合口线型及精度合格，而放弃总段、整船的精度的现象，可推进总装阶段标准化快速定位。

3 制定管理制度，开展精度控制人员技能培养与制度化管理

3D精度管理技术的推行与执行力密切相关。精度管理工作在明确了施工基准，实现了无余量设计的同时，必须制定相应的管理制度，通过教育与考核的方式来引导现场精度工作按规定执行落实，最终发挥时效性。对于精度管理工作中“人”的管理，必须围绕三点建立相应制度，即自主管理制度、精度检查制度、精度评价制度，把精度检查与精度标准预植于过程管理与预防管理之中，通过制度化管理，获得生产效率大幅度提升。

4 结束语

3D方式精度管理是今后造船精度管理工作的发展方向，本文对于船体建造过程中的3D精度基准面理论与方法进行了简单的介绍，明确了相对传统2D精度控制方法，3D基准点精度管理分析理论的优势，阐述了基准理论对船体精度管理在数据传递、问题点暴露、累积误差的消除等方面的重要性，明确了其对于提升产品品质提高工作效率的积极作用。

The Study of 3D Accuracy Management Key Points In Shipbuilding

DAI Fei
（School of Naval Architecture and Ocean Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai200030，China）

This article is a simply research about the 3D methods accuracy management in shipbuilding.Follow the introduce about 3D method accuracy management，accompany by datum plane/line concepts to confirm the key points and process，confirm the advantage of 3D method，to demonstrate this method is helpfully for shipbuilding products accuracy and work efficiency.

accuracy management；3D method；datum plane；datum line

U671

A

1672-545X（2017）02-0235-02

2016-11-12

代飞（1985-），男，山东青岛人，中级工程师，本科，主要从事精度管理工作与研究。