全面质量管理理念在造船精度管理中的应用

孙 剑，付 刚

(1.江苏科技大学，江苏 镇江 212003；2.南通象屿海洋装备有限责任公司， 江苏 南通 226368)

0 引言

精度管理是当代造船的重大新技术之一，也是船企管理现代化的重要内容之一，船舶工业的发展离不开精细化造船模式的发展。我国的造船技术在近二十年当中取得了飞速的发展，管理水平也有很大提高。精度管理水平也取得了长足的进步，各大型船舶企业都有专门的精度控制部门，对精度管理工作也给予了足够的重视。但我国各船企的精度管理工作仍处于初步阶段，还只局限于对船舶建造阶段船体的精度控制，而忽视了对设计准备阶段的精度管理，没有形成系统化、制度化的理论成果，借鉴全面质量管理理念在船舶建造领域形成一套独特的精度管理体系对于我国发展成为船舶制造强国具有重要意义。

1 精度策划

1.1 精度管理及全面质量管理的概念

精度管理就是以船体建造精度标准为原则，通过科学管理方法和先进的工艺技术手段，对船体建造进行全过程的尺寸精度分析与控制，以最大限度地减少现场修正工作量，提高工作效率，降低造船成本，保证产品质量[1]。精度管理分事先管理和事后管理。事先管理强调策划阶段的精度管理，而事后管理强调船舶建造过程中的精度管理。全过程的尺寸精度分析与控制也是全面质量管理理念在船舶精度管理中的具体体现。

全面质量管理TQM是指一个组织以质量为中心，以全员参与为基础，目的在于通过顾客满意和本组织所有成员及社会受益而达到长期成功的管理途径[2]。在精度管理活动中，每一道工序的下道工序即为前者的顾客，所以，精度管理的目的就是让船舶建造各工序尺寸精度可控，每一道工序均满足下道工序的要求。

1.2 精度策划的组成

精度策划为精度管理活动中的事先管理，其体系主要包括的内容有：分段总段划分图(BD)、搭载网络图(ES)、详细组立流程(DAP)、总段总组流程图(FSD)、单元划分(UD)、精度布置图、精度计划书、精度交底等。上述图纸文件体现了一条船的整个策划制造过程，策划阶段的精度管理对于整个精度管理工作具有重要意义，相较于事后精度管理将产生事半功倍的效果。下面将就策划阶段的具体内容作详细介绍。

1.2.1分段总段划分设计概念及精度影响因素

分段总段划分图BD指的是在考虑到船厂的起重能力、场地、设备、船体结构、舾装布置等众因素的基础上，综合建造周期、精度控制、生产管理而形成的生产设计图纸，是立足于计划、物资、质量、成本、安全等基础上形成的壳舾涂一体化划分方案。分段总段划分首先须满足船厂起吊设备的起重能力和场地要求，具体划分时再综合考虑钢板预处理的最大规格、精度控制的难易程度、舱室划分的完整性以及预舾装率等各因素。

分段划分必须考虑到装配与焊接的便利性，尽量在大接缝处创造出良好的施工操作环境。分段缝应有利于高效焊的应用与推广，减少手工焊和焊接变形，提高一次精度合格率。

分段划分还需考虑舾装作业前移，提高分段预舾装率，为单元舾装及组立舾装创造条件。对于舾装作业量较大的机舱区域，合理的分段划分形式将极大地减少后道分段内舾装件及船体对接区域的修正工作。

船体分段总段划分必须依据“船体为基础，舾装为重点，涂装为中心”的建造思路，满足壳舾涂一体化设计的理念，尽量扩大总段的范围，减少船坞龙门吊的吊数，提高总段的总组精度，减少船坞修割。

1.2.2DAP设计概念及精度影响因素

分段的典型组立流程(DAP)综合考虑到制造部门的设备设施、场地布置、工艺流程、人员素养等建立了每一个分段从小组立、中组立、大组立三个阶段所有零件、部件、组立的装配关系，设计的组立顺序与生产部门的制造流程相一致。典型DAP见图1。

左边栏为组立流程图，其中①～⑤为小组立件号；右边栏为组立流程顺序，1～7表示具体顺序，其中圆弧箭头表示需翻身

DAP的设计应结合各船厂现场的实际情况。在进行DAP设计之前，须根据不同建造工位的设备配置、施工工艺、人员素质等因素，分析各个施工过程的精度控制重点及难点，保证各工位精度处于受控状态。

DAP 设计的时候需要根据具体的生产现状，综合分析各级组立的翻身、吊运、运输、预舾装等信息，进行不同工位、不同部门之间的生产负荷平衡，从而实现分段建造效率的最大化。同时密切关注各施工过程精度控制情况。

DAP 设计还应重点关注舾装流程。各级组立的划分以及组立制造基面的选择应便于舾装作业的开展，保证部件制作过程中舾装件安装前移工作，减少舾装件在后道施工对精度及进度的影响。

DAP 设计的时候应重点关注各片段制作的难易程度及精度。对于线型较大的艏艉部分分段，要充分关注片段线型的精度控制及各片段合拢过程中焊接变形对分段精度的影响，DAP设计要尽量利于分段精度的控制。

1.2.3FSD设计概念及精度影响因素

总段建造流程图(FSD)表达船体总段从分段结构完工到总段的形成过程。FSD结合船厂的场地、起重、运输、涂装、密性、物资配套等信息，用文字以及模型表达了分段的运出状态、预舾装、吊装方式、预总组及总组方式等信息。典型FSD见图2。

①～③预组为A；④～⑤预组为B；A、B总组为C总段。

FSD的设计需要考虑结构与舾装件总重量在满足起重能力的情况下尽可能地扩大总段范围，充分利用吊车资源，减少船坞搭载次数，实现船坞周期的缩短。

FSD设计的时候须考虑分段在运输、吊运，以及总段在总组及船坞搭载吊装过程中的变形。在不确定的情况下可进行有限元强度分析，确定所需的结构加强数量及位置，减少运输及吊装变形，保证总段精度符合要求。

FSD设计需要考虑提高舾装的完整性，尽量将舾装件安装工作前移，减少后期安装对船坞周期的影响；尽量提高区域总段舾装的完整性，尽可能地将区域内的管系、设备、电缆等在总段内进行安装。

不同的FSD设计对于精度控制的难易程度不同，因此在设计时须考虑对精度的影响，选择精度控制便利的方案，减少因精度质量不合格造成大面积修割。

1.2.4精度布置图的设计

现有精度控制理论就是通过在策划过程中加放一定的余量、补偿量以及分散延长来弥补各种因素对船体结构尺寸的影响，并在过程中予以严密监控，从而使各中间产品尺寸满足精度要求的一系列方法的集合。而余量、补偿量以及分散延长的具体加放值则受多种因素的共同影响，如板厚、分段划分形式、焊接方法、坡口形式、焊接设备等，这些因素共同决定了余量、补偿量及分散延长加放值的大小。为能够将各因素的影响进行量化，从而确定余量、补偿量、分散延长等各项具体指标，特通过以下计算公式进行体现。

主要的量化计算公式为：

实际尺寸=理论尺寸+余量+补偿量+分散延长+焊缝补偿值-坡口间隙值

式中：余量为主要用于线型较大且精度控制较难的区域，在分段完工后予以割除；补偿量为主要用于弥补分段总组搭载过程中的焊接收缩；分散延长为用于弥补分段内部构件在焊接过程中的焊接收缩；焊缝补偿值为用于主板拼板过程中焊接收缩所作的补偿值，具体加放值视焊接方法而定；坡口间隙为各主板进行对接焊接时都需要预留一定的间隙以保证焊接质量，不同的焊接方法要求的坡口间隙尺寸不同，计算时按实际情况予以扣除。

1.2.4.1余量及补偿量的设置

余量及补偿量的设置受各种因素的影响，在设计过程中须综合考虑具体船型、板厚、分段区域、外板线型、内部构件密集程度、焊接工艺、气候温度、总组搭载方式等各种因素。余量及补偿量的设置主要是保证分段完工后期的总组搭载精度，尤其是在搭载阶段的分段精度不合格、吊装变形、焊接收缩等不可控因素较多情况下采取的措施。在精度控制达到一定水平的后期有望完全取消余量设置，做到全船无余量制作。余量补偿量符号设置及解释见表1。

1.2.4.2分散延长的设置

分散延长的设置主要是为解决船体结构在焊接过程中焊接收缩对结构尺寸带来的不利影响。由于影响焊接收缩的因素非常多，如板厚、构件尺寸、分段区域、焊接方法、焊接工艺等，这些因素都会对焊接收缩值产生极大的影响，因此，分散延长的设置就成为精度策划的关键内容之一。现今对于分散延长的设置主要采取同船型数据收集分析，运用数理统计的方法统计相应的焊接收缩值，再对新船型同母型船进行相应的对比分析，综合考虑各影响因素后分区域进行分散延长的设计。

1.2.5精度计划书的编制

精度计划书作为船体精度控制的依据对建造阶段船体分段的建造、总组搭载过程具有重要指导意义，是指导船体建造的技术性文件。精度计划书主要包括船体主尺寸、船型特点、分段建造方式、分段建造精度控制难点、精度控制标准、总组搭载方式等重要内容。

表1 余量补偿量符号设置及解释

1.2.6精度交底

精度交底工作一方面可以让施工作业人员及现场的技术人员了解各中间产品的精度控制点，让现场施工人员了解设计者的意图；另一方面可以对设计图纸进行会审，发现并解决各专业设计之间可能存在的矛盾，消除施工图上的差错。现今很多船企只重视后期船体建造阶段的精度控制，而不重视设计阶段的精度控制，对准备阶段精度交底的过程重视不够，现场施工人员对精度控制重点理解不够，后期精度控制的效果往往事倍功半。因此，对于船企的精度控制部门来讲，必须重视精度计划书的编制以及对现场施工人员及技术人员进行技术交底，使每个参与人员了解作业重点，避免后期出现大量的修正及返工，减少资源的浪费及工期的影响。

2 精度控制

2.1 精度控制流程

2.1.1加工部装阶段的精度控制

加工部装阶段作为船舶建造流程的源头，其精度控制的好坏对后续流程中的中组乃至分段质量有着显著的影响，因此，对于加工阶段的各项目均需进行精度管控，如主板、大拼板、曲板、小组立、T排、板条等，抓好加工阶段的精度控制工作将对后续流程中的精度管控工作起到事半功倍的效果。

2.1.2分段的精度控制

分段作为现有造船模式中的主要中间产品，其精度质量直接体现各公司的精度管理水平。各造船企业对分段的精度控制都有着自己的控制流程，主要是将制作流程分为P阶段、B阶段、C阶段、D阶段四个阶段。通过过程阶段的划分，能更好地体现过程中的精度控制，更有利于分段精度的控制，同时明确过程控制的时间节点有利于报检、检验、修正等报检流程的实施，方便现场管理工作的开展。

2.1.2.1P阶段

P阶段主要是针对拼板划线一系列流程的精度控制，包括胎架水平检查、拼板主尺寸检查、划线尺寸精度检查。该过程是分段制作的起始流程，对分段的制作精度有着决定性的影响，特别是划线精度的检查，该过程涉及到分散延长的加放，划线精度的好坏直接决定前期策划的效果。

2.1.2.2B阶段

B阶段主要是指在装配完成且焊接率达30%状态下对分段状态进行检查，对于精度问题超差的现象方便进行修正，维修成本处于最佳状态。

2.1.2.3C阶段

C阶段为焊接工作接近完成状态，焊接过程中产生的焊接变形已完全体现。该过程的检测是对分段制作结果的最终检验，是分段能否顺利提交的依据。因此，必须重视对该过程的控制，对于产生的问题及时进行修正，线型偏差较大的地方及时进行火工矫正，防止不合格产品流入下一流程，减少后道维修成本。

2.1.2.4D阶段

D阶段为分段完工后的收尾阶段，主要检查分段的线型、完整性、涂装保留等项目。通过该阶段的检查可以确认分段在涂装之前的完整性，避免在分段完工后的修正对油漆涂层造成破坏。同时通过该过程的验收也预示着分段中间产品的结构性完工，可以进入下一流程。

2.1.3总组搭载的精度控制

总组搭载阶段的精度控制主要是针对分段总组和总段搭载过程中的精度控制，该过程精度控制的水平直接影响船坞搭载周期和总体建造成本。对于散货及邮轮之类的低附加值船舶来讲，这类船舶搭载精度要求较低，因此船坞周期影响还较小；但对于超大型集装箱船及LNG船这类高附加值船舶，其船坞周期占整体船舶建造周期60%以上，且这类船舶的货舱精度要求极高，如由于搭载精度控制不良，将影响导轨及绝缘箱的安装。

2.2 精度控制手段及方法

目前，精度控制主要方式采用二维加三维相结合的方式进行检查测量。二维方式主要是采用卷尺、刚直尺、线坠等工具进行检查；三维方式主要是使用全站仪、经纬仪等精密测量仪器进行取点测量，同时使用三维分析软件进行模型分析的管理方法。

二维工具及三维测量共同构成了精度测量的主要监控手段，各有优劣，共同发挥相应作用。对于线型较大的分段主要采用全站仪进行现场取点，再同模型进行比对分析，从而得出测量结果。

3 结语

本文重点对我国船舶企业近年来在精度管理方面取得的成绩进行总结，通过调查研究发现主要分为前期策划、过程控制、后期总结三个过程。我国船舶业近年来取得了飞速的发展，相关精度管理工作逐步做到从无到有，但相关工作在推进摸索过程中还处于比较凌乱的状态，没有形成完整的体系。本文为今后精度管理工作的开展提供了一个比较通用的思路，即借鉴全面质量管理理念，在船舶建造过程中进行全过程的尺寸精度分析与控制，希望能将我国精益化造船模式推升到新的高度。