造船典型中间产品生产过程中“0.1%”遗留工程的分析和对策

吴幼奇, 刘建峰, 曹 岭

(上海外高桥造船有限公司， 上海 200137)

0 引 言

船舶建造是一项极为复杂的工程。按照不同的工艺阶段，将构成船舶某一部分 “实物”定义为相应阶段的中间产品，经过产品导向型工程分解，这些中间产品的制造过程，即是中间产品的工程项目[1]。基于现代造船模式，船厂生产部门面对的是一个个被分解的中间产品，即中间产品的制造过程。船舶建造是一种拉动式生产，以后道的需求拉动前道的作业计划，造船生产的计划、设计、工艺、物流、管理等都是以中间产品为对象而组织开展的。对于一个作业区来说，每个中间产品制造就是一个工程项目，有严格的工程技术标准和作业标准，具备完善的质量控制体系和安全管理体系等。

典型中间产品如分段、总段等中间产品制造过程还包括管系安装、铁舾件安装、涂装等多工种的复合作业，在这些典型中间产品生产过程中往往会有遗留作业至下道工序，这些作业的工程量往往不大，本文统称为"0.1%"遗留工程。“0.1%”遗留工程作业内容繁杂，在实际建造过程中经常会影响下道工序。最后“0.1%”工程的遗留引起后道作业返工和修正，造成作业周期延长、作业环境变差、人力物力耗费增加等问题，导致建造成本上升。本文提出面向造船中间产品的“0.1%”遗留工程，分析“0.1%”遗留工程的内涵以及对整个造船项目管理的影响，分析成因，提出解决路径，以达到完整的中间产品建造和检验，实现价值增值的目标。

图1为某船厂的造船工艺流程，中间一条线以船体建造为基础；上部以舾装作业为主线，其物流的对象为托盘、单元或模块；下部以涂装作业为主线，从分段到码头全过程。基于此模式，船厂生产部门面对着的是一个个被分解后的中间产品。

图1 某船厂造船主要流程

1 典型船舶中间产品制造项目特征

中间产品在船舶建造过程中分为船体建造和舾装作业两种类型，其中，船体建造包括：零件、部件、分段、总段；舾装作业主要有托盘、单元、模块等。以区域类型来划分，船体结构分为艏部区域、货舱区域、艉部区域和上层建筑等4部分，通过各自独立工艺流程并行展开各种作业，实现空间分道、时间有序、责任明确、相互协调的作业优化排序。按照船舶建造流程，将船舶分段建造的中间产品进行分类，如表1所示。

表1 分段建造中间产品分类

选取典型平行舯体分段、机舱分段预舾装中间产品予以说明。

(1) 平行舯体分段。平行舯体分段多采用肋板拉入法进行，其肋板垂直度、纵骨直线度等应满足精度要求，以防止出现贯穿孔处装配间隙过大造成的焊接不良和应力集中。部分外板、甲板上设置的舾装件(如带缆桩、导缆孔、绞缆机基座)反面应布置结构加强。为保证结构对位，基座本体精度、反面结构安装精度应满足要求，且应在分段阶段按照图纸进行装配精度检验线施工以便后续对位安装。

双层底分段多设置有长管隧，压载管应在分段阶段进行预舾装作业，在涂装前采取管口保护[2]。另外对于涂装还应满足所有类型船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准(Performance Standard of Protective Coatings， PSPC)的要求。

分段完整性检验应包括船体结构装配完整性检验、装配精度检验、焊脚检验、预密性检验、铁舾件安装检验、管舾装安装检验、涂装检验等。

(2) 机舱分段预舾装。机舱底部舾装区空间狭小，是整个船舶管路、电缆、风管等舾装件分布最为密集的区域。该区域舾装件错综复杂，加上施工过程中不同工种的交叉作业，给机舱区域的分段舾装完整性以及质量和安全控制带来了一定困难。

机舱区域分段多以甲板面为基面进行反态舾装，分段阶段的舾装作业有反顶管件及支架、反顶管束单元、侧壁管束单元等管系的安装，眼板、斜梯、风管及支架等铁舾件的安装以及电缆托架、通舱件等电舾件的安装，如图2所示。

图2 机舱区域反态舾装

机舱内敷设的大量管舾件、电舾件在进涂前应进行管口保护，避免破坏内部涂层或进入垃圾。机舱一般是横骨架形式，大量肋骨软趾端尺寸应满足设计标准，避免随意换板或切割破坏。机舱内舱壁、甲板等板材均较薄，其平整度应满足船级社质量标准。

2 中间产品“0.1%”遗留工程成因

虽然通过相似性原理将船舶逐级划分为一个个相似的中间产品，但每个中间产品的制造还是极为复杂的，其复杂性体现在：中间产品的制造工艺、物量等具有技术要求高、数量多等特征；中间产品的种类繁多，管理的维度多、项目多、难度大；中间产品的时间性强，运转快；中间产品与相邻的其他中间产品之间的接口设计复杂，如分段与分讯、总段与总段、单元与船体结构、管子与管子对接等。这种复杂性形成了大量的管理数据，需根据类型进行管理、分析和决策。

2.1 “0.1%”遗留工程内容

中间产品“0.1%”遗留工程内容如表2所示。其中精度、背烧、舾装和结构完整性最突出，精度工程(包括端差)遗留约占60%，结构完整性约占15%，舾装完整性占10%，其他占15%。

表2 中间产品“0.1%”遗留工程内容

2.2 “0.1%”遗留工程成因

按照船厂工艺流程(见图1)，即使是相同的作业放在不同的阶段去做，其难易程度所耗费的资源都是不同的。假定将加工阶段耗费的成本设定为“1”，那么同样的作业到组立阶段则为“3”，到总组阶段则为“5”，船坞阶段则为“7”，码头系泊试航阶段则为“9”。换言之，系泊试验阶段相同的作业耗费成本将是加工阶段的9倍。造成中间产品“0.1%”遗留工程的主要原因如下：

(1) 分段精度管理难点。根据不同的区域和不同的分段类型，分段精度管理点是不同的。以最简单的双层底分段为例，其精度管理范围包括尺寸管理、水平管理、端差管理、端面重合度管理等。分段精度严重超差将影响后续船坞搭载和管系预舾装等工作，一般可以将双层底分段精度问题原因归结为以下几点：

① 主板、型材切割不良。主要是指在加工切割阶段由于种种原因导致的切割尺寸超差、自然坡口、板材型材边缘切割直线度不良，由此导致后续分段装配过程中主尺度不良。

② 装配定位不良。主要是指在内外底板拼板阶段以及定位不良等导致的分段端面重合度超差和构件端差不良，由此会导致后续搭载时出现“剪刀口”、舾装管系定位偏差而引起搭载干涉等。

③ 内外底水平不良。主要是由焊接过程中产生焊接变形、支撑加强不到位而引起的水平超差，由此导致后续隔舱、横舱壁、底边水舱搭载过程中进行背烧、修正等。

(2) 舾装作业的难点。中间产品由于舾装产生的缺陷主要分为两类：一是舾装精度不良产生的缺陷，二是舾装完整性不高而产生的缺陷。

① 舾装精度管理目前国内船厂开展得很少，舾装精度问题多种多样，比如由于管系安装精度不良造成的管子偏心、管子错位问题，以及管子与其他舾装件、设备、船体结构等各种干涉问题，一旦发生以上问题现场往往很难调整，不得不借助于制作现校管的方法予以解决，大幅增加成本和工期。

② 舾装完整性难点。舾装完整性是指应根据管子分段托盘管理表和安装图在分段制作阶段将管舾件等安装完整；分段内部的调整管安装完毕；支架、腹板、套管与结构焊接部位应清除焊渣、飞溅物，对支架、腹板焊接部位还需补油漆；根据图纸要求在分段阶段进行管系密性，隔舱分段所有管子要求密性结束；穿越甲板、大梁、钢围壁等的风管通舱件应按图纸安装完成；管子开口端应采取有效的保护封妥措施；另外对于阀件等还需核对证书编号等，除此之外，还有相应的电舾、铁舾等的完整性安装。

(3) 总组搭载过程中的难点。总组搭载阶段引起中间产品缺陷的问题也是多种多样的，除了常规的总组搭载精度不良、舾装完整性不够和结构干涉等原因外，还有一些其他因素需予以考虑，比如根据总段吊装要求检查吊马及加强，拆除多余的吊环、眼板和分段临时加强而造成的油漆破坏；总段阶段完成搁置门架或搁墩位置的油漆修补；总段内各分段大接头处在焊接结束并完成密性后，外板焊缝打磨，总组施工作业时造成的破损等。舾装单元组装后在机舱进行安装，如图3所示。

图3 机舱底层总段盆舾装

3 中间产品“0.1%”遗留工程实际案例

在大型船舶建造过程中，中间产品的“0.1%”遗留工程对后道的生产影响巨大，不仅影响人力物力，而且严重影响建造进度和生产效率的提升，解决“0.1%”遗留工程就是最大的提质增效。在船舶建造中，往往认为某一建造阶段的遗留工作对后道影响不大，在后道可以通过人为简单处理就能解决，但其实这些小问题最终累积到后道均变成了大问题，均需以多倍的付出去解决。

图4对某船厂近年来总组搭载发生的精度问题进行分析。从图4可以看出，问题数量逐年减少，但是从问题类型来看，造成总组船坞搭载的精度问题基本是遗留的一些端差问题、构件错位、垂直度不良、背烧不良等。这些被认为是中间产品的小缺陷恰恰是造成后道累积问题的根源，严重影响船坞周期的提升。

(1) 小组立精度遗留工程。小组立精度遗留工程主要是划线、端差、舾装件安装错位、尺寸偏差。在小组立阶段存在的尺寸偏差往往超出标准1～2 mm，累计到后道则会成为大问题。小组立肋板拼接是加工车间每天都要做的事情，在肋板拼接过程中，多拼板进行拼接由于尺寸累计和穿越孔自身切割的自然坡口，就会造成肋板穿越孔与穿越孔之间的尺寸偏差，如图5所示，这些尺寸偏差虽然只超出标准1～2 mm，但对后道肋板拉入影响很大。

在平直中组装配流水线对加工遗留的FR 233肋位精度问题进行跟踪，发现超出标准2 mm的穿越孔基本需进行二次切割，如图6所示。通过对二次切割造成人工、气体、胎位周期、打磨、焊接等消耗的测算，得出每切割一处需投入人民币200元。

图4 总组搭载问题数量及类型比例

图5 肋板穿越孔间距偏差

图6 肋板穿越修割

(2) 分段精度工程遗留。分段精度工程遗留一般主要是端差、100MK线、洋冲遗留、尺寸、结构水平超差，局部舾装精度超标等问题。从分段总体精度遗留工程分析，其中端差占比最大，也是严重影响原始坡口保留率提升的主要因素，如图7a)所示，在分段阶段185分段中存在13 mm内部材端差，在搭载过程中与145分段进行对接，出现累积25 mm的间隙，造成间隙的主要原因是185分段自身端差问题。如图7b)所示，前道分段主板端差、端面切割质量不良造成了搭载对接间隙超差。这些端差造成的搭载精度问题只能通过开刀修正调整，在船坞只能通过高空作业进行修正，既破坏了油漆，又耗费大量人力、物力，影响船坞分段快速吊装和船坞周期。

(3) 舾装精度工程遗留。分段舾装精度工程遗留一般主要是划线、管子安装端差、结构和舾装的匹配精度超标等问题。对舾装来说，实施精度管理难度较大的是管舾，其不仅涉及管子的下料、制作和安装精度，而且还涉及分段制作与合龙精度。现今国内大部分船厂往往忽略对管件制作安装的精度控制，这些遗留精度问题都是在后道通过采取撤换管子、“硬装配”或增加一个合拢管的方式解决。撤换管子不仅浪费材料、提高成本，而且还增加施工人员反复作业工时，在造船成本上升的同时又延缓了建造进度。“硬装配”通常指在需要对接的两组管子出现明显偏差时施工人员通过一定措施(如拉伸、压弯、调整U型卡套螺栓位置等)强行将法兰对接，如图8a)所示，大多导致管子发生局部塑性变形，内应力突增，表层油漆或涂塑出现裂纹或脱落。强度要求较高的货油和压载水管路如采取硬装配，将会产生很大的安全隐患。增加一个合拢管是两管段合龙时偏差大到无法通过以上措施硬装而采用的方法，也是现场施工时最为普遍的现象。图8b)为国内某船企在一艘散货船上使用合拢管和现校管连接管线，施工人员在现场实际测量两管段法兰具体位置坐标后再至管子车间加工合拢管和现校管，最后吊至船坞对接处进行装配，这也是无法提高预舾装率和施工效率的重要因素之一，严重影响船坞周期和生产效率。

图7 分段搭载端差问题

图8 分段舾装搭载问题

(4) 背烧问题遗留。在船舶建造过程，大量的工作通过焊接完成，在构件、片段、分段、总段焊接过程中都会出现焊接变形，此时需通过背烧进行焊接应力释放和校正。但往往在中间产品制作过程中会出现小组构件不背烧或背烧不良就送往下道，在下道的构件装配焊接组装成片体或分段，焊接应力增大，分段完工后变形增加，如图9a)所示。在中组阶段背烧难度加大，有些位置通过背烧无法达到品质要求，只能通过校正实现要求。分段和总段阶段完工不按照工艺要求开展背烧作业，将这些工作遗留到后道影响更大，因为此时分段总段在船坞的再次修复需高空作业，背烧不仅消耗人力、物力，影响本质安全，还会因为背烧造成的油漆破坏和环境污染，如图9b)所示。

图9 现场背烧问题

4 中间产品“0.1%”遗留工程解决路径

中间产品的制作是一个系统的工程项目，所以中间产品缺陷问题解决路径也可归结为设计、建造、管理等3类。

(1) 设计。从设计源头进行详细策划和方案优化，需重点做好中间产品的划分和中间产品的完整性建模。中间产品的划分是后续中间产品建造的基础，在划分时需遵循以船体为基础，舾装为中心，涂装为重点的壳、舾、涂一体化设计原则，遵循高空作业平地做，封闭作业敞开做等基本原则[3]。中间产品完整性建模需考虑船体结构完整性建模、精度完整性建模、装配完整性建模、舾装完整性建模等。对于船体结构完整性建模是指要建立完整的板架、型材、过焊孔、肘板等模型，避免船体结构信息或模型遗漏。精度完整性建模是指在船体建模过程中，应将精度余量、补偿量、分散延长量等精度信息建立进模型中，避免理论模型尺寸出现误差。装配完整性建模是指将包含了各种工艺信息的全部零件完成分段建造流程规划，形成装配组立树，理顺各零部件加工和装配顺序。舾装完整性建模则是指根据壳、舾、涂一体化原则，根据舾装作业阶段，将船舶管系、设备、电舾件等完整地建立模型，并根据作业阶段作业内容形成托盘，保证舾装作业的完整性。

(2) 建造。建造阶段工作极为复杂，可从以下几个方面着手进行：①做好分段建造的精度控制工作。后道大量建造问题的产生往往是由前道分段精度控制不良引起的，在分段建造过程中应严格按照精度策划书建造方案和相应的工艺文件执行，避免分段出现严重的尺寸不良、扭曲等精度问题，减少后道的修正作业。②做好舾装件的安装和保护工作，如图10所示。根据舾装安装托盘，完成相应舾装件的安装工作，这里主要解决的问题：一是需确定舾装安装托盘的完整性，即舾装件是否有缺失；二是需解决舾装件安装精度控制问题；另外，对于安装完成的舾装件需相应地进行保护，比如管子开口端应采取有效的保护封妥措施，栏杆扶手等需做好油漆补涂工作等。

图10 舾装件及管口保护

(3) 管理。无论是设计问题还是建造问题，最后都能归结为管理问题。船舶中间产品建造完整性涉及的检查项目极多，管理工作也极为复杂。对典型船舶中间产品制造中“0.1%”的管理问题，更需予以充分重视。可从以下几方面改善提升：

① 事先确认中间产品完整性检验项目。分段完工检验项目极多，包括分段完工精度检查、背烧检查、无损检测、CM节点、焊缝检查、结构检验、预密性检查、预舾装安装检查等。同时，对不同的船舶分段，完整性检验的项目和要求也是不同的。因此，为保证中间产品完整性，不仅需确定附件完整性检验的基本项目，而且还需明确每个项目包括的内容细节，最终形成中间产品完整性检验清单。如管系预舾装检查，不仅要求管子安装无遗漏，而且还需保证安装位置准确、表面处理完好、管子端头保护完好等。对中间产品的精度检查，可以形成如表3所示的精度收尾检查精度表，防止检查项目的遗漏。

表3 精度收尾检查精度表

② 制定中间产品完整性检验阶段和流程。根据中间产品完整性检验项目的不同，应该在不同的施工阶段进行检查。例如：水线、牛腿、100MK线检查等可在中间产品建造完工脱胎后进行；对于预舾装完整性检查，由于牵扯的项目可能极多，可在建造过程中就对托盘进行检查并在建造完工后再次进行确认检查，但前提应保证中间产品结构和预密性已检验合格；对于精度检查、探伤检查、附件完整性检查等，由于各部分相互独立，可以相互并行检查，以缩短整个周期。

③ 人员的管理和培训。对于中间产品完整性检验，可以推行区域化定责管理，将相应工作明确到人，做到专人专责、职责明确，避免相互推诿扯皮现象的发生。另外，需依托企业内外部条件，积极开展培训工作，确保有关人员对中间产品完整性检验项目熟悉了解，以期能及时准确发现问题、解决问题。另外，还需建立相应的奖惩机制，对各个施工队、施工人员进行评分排名，对于做得好的予以奖励，排名靠后的予以惩罚，通过合理的奖罚，充分调动员工的工作积极性，强化“第一次就把事情做对”的管理理念。完成“0.1%”遗留工程关键是人，建立识别“0.1%”遗留工程标准，使 “0.1%” 遗留工程完成，使中间产品真正商品化。

5 总 结

本文结合现代造船模式下的中间产品控制，提出面向造船中间产品的“0.1%”遗留工程，分析“0.1%”遗留工程的内涵以及对整个造船项目管理的影响，研究了占遗留工程比例最大的精度问题以及结构和舾装的完整性对船舶建造的影响。针对遗留工程，分析其成因，提出解决路径，在现代造船模式下实现有效的成本工程管控和提质增效。