基于鱼刺图法的玻璃钢渔船建造质量分析

于云飞， 隋江华， 杜秋峰,， 姜德伟

(1大连海洋大学航海与船舶工程学院，辽宁 大连 116023；2大连环球国际船舶制造有限公司，辽宁 大连 116047)

基于鱼刺图法的玻璃钢渔船建造质量分析

于云飞1， 隋江华1， 杜秋峰1,2， 姜德伟2

(1大连海洋大学航海与船舶工程学院，辽宁 大连 116023；2大连环球国际船舶制造有限公司，辽宁 大连 116047)

玻璃钢渔船建造质量的优劣影响其生产使用及其行业发展。为探索影响玻璃钢渔船建造质量的因素，根据已建造玻璃钢渔船存在的质量问题，确定影响其建造质量的关键因素。运用鱼刺图分析法进行分析，以影响玻璃钢渔船建造质量的因素为中心目标，分别从结构设计、原材料选择与处理、以及建造工艺完善3个方面进行归纳分析，将设计因素、原材料因素、工艺因素作为鱼头，其他细分因素作为鱼骨，寻找各影响因素之间的关系，绘制复合式鱼刺图；将鱼刺图作为基础模型，对其中的影响因素进行整合、筛选、甄别，建立便于建造现场管理和控制的系统模型。对造成玻璃钢渔船建造质量差的原因进行分析讨论并提出相关建议。

玻璃钢渔船; 建造质量; 鱼刺图; 设计因素；原材料因素；工艺因素

中国玻璃钢渔船于20世纪70年代开始建造，经历三起三落。玻璃钢渔船理论上使用寿命可达50年之久，但1985年研发的16.88 m拖网渔船，拥有良好的船型及高水平的船体结构设计，但因承建企业建造工艺技术不完善，不到10年就报废了；“九五”期间，一条33 m拖网渔船在设计建造上的严重缺陷导致下水后报废；2004年由山东西港船舶修造厂建造的“沪渔”玻璃钢金枪鱼钓船，在斐济渔场作业时，发生了质量事故，这些问题的出现引起了中国渔业界对国内建造的玻璃钢渔船质量产生质疑[1-2]。提高玻璃钢渔船建造质量成为当下关注重点。本文运用鱼刺图分析法从设计因素、材料因素及工艺因素3个方面分析玻璃钢渔船建造质量问题，找出各因素之间相互影响的规律，并提出解决之道，为玻璃钢渔船设计建造提供参考。

1 鱼刺图分析法

鱼刺图又称因果分析图或特性要素图，鱼刺图分析法是一种重要的事故分析方法[3]。应用此法分析事故，可使复杂的事故原因变得系统化、条理化，为提出预防对策提供合理的依据。鱼刺图分析步骤如下：调查，全面了解事故并进行认识和分析，为画出准确的图形做准备；定题，将事故、问题或研究的对象作为“结果”，画在图的右方，并画出主干和箭头；分析原因与分类，搜集、分析和罗列出原因，按重要程度及因果关系进行整理和分类；填图，分别逐一填入图中[4]。

2 基于鱼刺图法的建造质量分析

2.1 设计因素

玻璃钢渔船船体设计主要包括结构设计[5]、线型设计[6-7]以及局部设计，选择合理的设计形式，不仅影响玻璃钢渔船的建造质量，而且对其航行也至关重要。本文将3个设计方面的因素进行具体划分和总结，提出合适的设计形式，并绘制设计因素鱼刺图(图1)。

(1)结构设计分析。影响玻璃钢渔船建造质量的因素主要为重要节点的连接、骨架形式与板架结构的选择。对主要的结构连接形式进行优化[8]，包括舷侧结构连接、甲板与上层建筑的连接以及舭龙骨的连接都有了具体的连接形式；玻璃钢渔船的骨架形式多为混合骨架式，且纵横骨材布置间距基本相同，保证渔船的总纵强度和较好的横向强度，此骨架形式可减轻结构重量、简化施工工艺；板架结构选择也有正确的形式[9-10]：梯形泡沫结构为最优结构，能承受较大的破坏应力，其根部夹角大于90°，避免应力集中。

图1 设计因素鱼刺图

(2)线型设计分析。本文主要介绍舭部线型的选择[11-12]，建造时选择折角型舭部要比圆舭的横摇性能好。选择折角型舭部，不仅能克服玻璃钢渔船纵向刚性差的缺点，而且不需要安装减摇鳍或增加船宽。最终达到减少成本和油耗、减小船舶阻力、增加安全系数以及船舶纵向刚性的目的。

(3)局部设计分析。夹层结构形式为蜂窝夹层和泡沫塑料夹层，可有效提高玻璃钢渔船的强度；纵材、肋骨的截面形状采用工艺性好、性能优良帽型结构[13]，能承受横向弯曲和轴向压缩。建议球鼻艏制作采用玻璃钢制阴模，以保证精度。

2.2 材料因素

2.2.1 原材料选择

玻璃钢是由玻璃纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作为基体材料的复合材料[14-15]。其中，玻璃纤维决定其强度和刚度，合成树脂决定其性能，如耐热性、耐腐蚀性、耐候性和阻燃性等。玻璃钢材料的压缩强度和弯曲强度是由二者共同决定的[16]。原材料的选择主要分为玻璃纤维基材和合成树脂的选择。具体材料种类选择见图2。

(1)玻璃纤维基材的选择。玻璃钢渔船的玻璃纤维采用的是无捻粗纱，其既可以织造成无捻粗纱布，也可切成短切纤维毡。无捻粗纱布的强度高于短切纤维毡，但成本高，所以使用时需要两者结合来达到提高材料强度、降低使用成本的目的。注意在敷层时，布的透过性会影响玻璃钢的美观和品质，故首末两层糊制的为纤维毡。在一些强度要求较高的部位采用不同类型的玻璃纤维细纱薄布。

图2 原材料分类鱼刺图

(2)合成树脂的选择。合成树脂采用不饱和聚酯树脂，最常用有通用树脂、耐蚀树脂、阻燃树脂、胶衣树脂和涂料用树脂等，其优点是工艺性优良、施工方便且易保证质量[14]。固化后，不饱和聚酯树脂是在加热或溶剂作用下不熔的热固性树脂，使船体达到耐热性和耐候性要求，适用于大型并在现场制作的玻璃钢渔船。

2.2.2 原材料处理

原材料处理主要是玻璃纤维的表面处理，即对玻璃纤维进行预先处理。处理可以改善玻璃纤维表面的状态与物理性质。玻璃纤维的表面处理方法一般有三种[16]：前处理、后处理、直接与树脂掺合。通过对玻璃纤维表面进行处理，可提高玻璃钢的力学性能、电性能、耐候性及耐水性[17]。此外，不饱和聚酯树脂的贮存时间一般为半年，在施工时需特别关注环境、贮存时间对材料的性能和材质的影响，以及材料的储存量等。

2.3 工艺因素

2.3.1 模具建造工艺分析

玻璃钢渔船是玻璃钢制品中相对较大的制品，需要根据建造的数量、工厂条件以及经济效益等因素选择合适的模具形式[18]。模具形式主要有木制阴模、玻璃钢制阴模以及框架式阳模[19]，各自的特点是：木制阴模既能建造一艘也可批量生产，价格便宜，但其尺寸的准确性和表面加工精度较弱；玻璃钢制阴模是以木制阳模为母型制作，相对于木制阴模，工时长、费用高，但其精度最好；框架式阳模多用于夹层结构成型。在建造时，木制阴模采用最多，但从精度和效益上考虑，一些船厂也会采用玻璃钢制阴模。所以在考虑经济效益与建造质量时，绝大部分部位采用木制阴模，精度较高的部位(如球鼻艏)采用玻璃钢制阴模(图3)。

图3 工艺因素鱼刺图

2.3.2 成型工艺分析

玻璃钢的成型工艺种类很多，目前我国主要以手糊成型为主。手糊成型工艺是以手工操作为主，操作虽然简单但对操作人员的操作技术要求较高，施工人员及管理人员需要具有认真的工作态度和丰富的经验。并且对企业的资质要进行认证和不定期抽查，对施工人员进行相应的培训，最终达到高要求的技术水平。

在糊制之前需要在模具上涂一层脱模剂，便于脱模。选择脱模剂时要考虑以下几点：对模具和树脂无影响；使用方便、价格便宜；成模均匀光滑。在糊制过程中，玻璃钢的表面易被介质侵蚀，为了提高其耐久性，需要在表面糊制一层树脂含量较高的胶衣层，即胶衣树脂。糊制厚度应适中，太薄，玻璃纤维容易暴露且达不到保护的作用，也不美观；太厚，会使表面产生裂纹，耐冲击性明显降低。

由于纤维布幅不够宽，需要拼接，在铺层拼接工艺时应尽可能减少渔船强度损失。在保证外观质量和尺寸精度的前提下，采用搭接和对接两种拼接形式[16]。采用搭接的较多，这可避免接缝区域强度较弱的情况。将接缝处按一个方向错开，形成“梯形”接缝连接，可提高玻璃钢的拉伸强度和弹性模量的保留率。

在固化阶段，从4个状态观察玻璃钢的固化状态[19]：(1)敷层开始状态，将混合固化剂的树脂浸润到玻璃纤维基材中进行敷层；(2)指触固化状态，15 min后是易于切割阶段，此时将多余和做坏的部分去除；(3)未熟化状态，敷层作业的最重要状态(一般为24 h)，贴下一层玻璃纤维基材就在此阶段；(4)未完全固化与完全固化状态，敷层后1～2 d达到未完全固化，硬度不低于40时可以脱模，但达到完全固化阶段还需要15 d左右。

2.3.3 合拢连接工艺分析

在玻璃钢渔船糊制时，除甲板和艉封板可以分开糊制外，船体外板应整体糊制，不允许对接。船体构件的连接可采用现场糊制、胶接或机械连接的方法[20-21]。由于建造工艺文献匮乏，大多数船厂只能通过总结经验进行施工，并且玻璃钢渔船建造规范[22]中对材料的定义和施工过程中的合拢连接解释较少，整体连贯性和结合性较弱。

3 鱼刺图分析法的优缺点分析

3.1 优点

鱼刺图[23-27]是一种发现问题“根本原因”的方法，具有直观、简单的特点。一方面，运用鱼刺图分析法能够全面考虑影响因素并识别症状，分析原因，寻找解决措施，促进问题的解决；另一方面，通过头脑风暴法，无限制的自由联想和讨论，将相关的危险因素进行归纳总结，运用有序的、便于阅读的形式阐明因果关系。此外，该方法易于掌握，短时培训之后便可指导现场安全施工。

3.2 缺点

与事故树分析法[28-30]相比，后者能够对影响因素进行定量分析和系统评价，依据各因素发生的概率计算出事故发生的概率，提供一个具体量的概念，达到对影响因素指标量化处理的目的。与排列图[31-33]相比，后者是将影响因素的影响程度用直方图形顺序排列，从而找出主要因素，根据“关键的少数和次要的多数”的原理，实现对产品质量的分析。但鱼刺图对影响因素进行的是定性分析，不能精确计算各因素发生的概率。鱼刺图是一种将大概念分解成若干具有动因关系小概念的工具，反映出各因素间影响与逻辑关系，不便于建立各影响因素之间的因果关系链。

4 结论

影响玻璃钢渔船建造质量的因素来自方方面面，在建造时，需要借鉴发达国家和地区成熟的设计方案，结合中国原材料的特性，完善建造工艺，降低建造成本便于渔民接受。本文将影响因素分为设计、材料及工艺3个类型，分别对不同类型的因素进行多角度研究，建立鱼刺图基础模型。运用其简单实用、直观易懂的优点，将鱼刺图模型落实于建造过程中的各个环节。但本文有些内容仍有待进一步深入研究与完善。由于玻璃钢渔船的结构设计、原材料、成型工艺相互影响，而鱼刺图不便于建立三者的关系链，需要对鱼刺图基础模型进行加权和时序的排列，找出各因素之间的逻辑关系，并建立结构分析图，最终完善基础模型，建立相关数据库。通过进一步实践，研究该方法在玻璃钢渔船建造时的适用性，使所建模型更真实地反映在玻璃钢渔船建造过程中。

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Analysis on construction quality of FRP fishing vessel based on fishbone diagram

YU Yunfei1, SUI Jianghua1, DU Qiufeng1,2, JIANG Dewei2

( 1 Navigation and Ship Engineering College, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China;2 Dalian Global Yachting Manufacture (int’l) Co. ,Ltd., Dalian 116047, China)

The construction quality of FRP fishing vessels influences their production, use and industry development. In order to explore the factors that affect the construction quality of FRP fishing vessels, key factors affecting the construction quality are determined based on the quality problems of FRP fishing vessels constructed. By using the fishbone diagram for analysis and with the factors affecting the construction quality of FRP fishing vessels taken as the central objective, summary and analysis are conducted from the perspectives of structural design, selection and processing of raw materials and improvement of construction technology. The design factors, raw material factors and process factors are taken as head of fish, and other subdivision factors are used as fishbone to find the relationship among various influencing factors and draw a composite fishbone diagram. The fishbone diagram is used as the basic model, the influencing factors are sorted, screened and discriminated, and the system model convenient for construction site management and control is established. Finally, the causes of poor construction of FRP fishing vessels are analyzed and discussed, and relevant suggestions are put forward.

FRP fishing vessels; construction quality; fishbone diagram; design factors; raw material factors; process factors

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.04.012

2017-05-18

农业部渔业船舶检验局项目(35/080516008)；农业部渔业局项目(17162110402229004)

于云飞(1992—)，女，硕士研究生，研究方向：船舶与海洋工程，E-mail：15502258375@163.com

隋江华(1976—)，女，教授，研究方向：轮机自动化控制，E-mail：sjh@dlou.edu.cn

S972.7+9

A

1007-9580(2017)04-073-05