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船舶建造工艺发展现状分析及对策

发布时间：2023-03-15 00:46:41 来源：文档文库

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第３５卷第２期　２０１３年２月　舰船科学技术　Ｖｏ１．３５，Ｎｏ．２　Ｆｅｂ．，２０１３　ＳＨＩＰ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ　船舶建造工艺发展现状分析及对策　张　晗　，符　道　，闫大海　，李红烨　（１．中国舰船研究院，北京１００１９２；２．中国船舶重工集团公司，北京１０００９７）　摘　要：　随着新材料、新工艺和船舶建造新需求的出现，以及造船管理理念的更新，船舶工业生产方式面临重　大变革。研究和应用先进的工艺技术，实施绿色造船，不断提高造船质量，降低造船成本，缩短造船周期，是我国实现　从造船大国走向造船强国的必经之路。本文通过分析目前国际造船模式、造船方法以及各项建造工艺的发展现状，对　我国船舶建造工艺的发展提出一些建议。　关键词：　造船模式；造船工艺；现状　中图分类号：　Ｕ６７１　文献标识码：Ａ　文章编号：　１６７２—７６４９（２０１３）０２—０００９—０４　ｄｏｉ：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７６４９．２０１３．０２．００３　Ｓｈｉｐ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｐｏｌｉｃｙ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ　ＺＨＡＮＧ　Ｈａｎ　，ＦＵ　Ｄａｏ　，ＹＡＮ　Ｄａ—ｈａｉ　，ＬＩ　Ｈｏｎｇ．ｙｅ　（１．Ｃｈｉｎａ　Ｓｈｉｐ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１９２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｈｉｎａ　Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００９７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｎｅｗ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｐｄａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｐｈｉｌｏｓｏｐｈｙ，ｔｈｅ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｉｓ　ｆａｃｉｎｇ　ｈｕｇｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｒｅｅｎ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ，ａｎｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｒｅｄｕｃｅ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｃｏｓｔｓ，ｓｈｏｒｔｅｎ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｃｙｃｌｅ，ｉｓ　ｔｈｅ　ｏｎｌｙ　ｗａｙ　ｗｈｉｃｈ　ｅｎｓｕｒｉｎｇ　Ｃｈｉｎａ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅｓｔ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｃｏｕｎｔｒｙ　ｔｏｗａｒｄｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｏｎｇｅｓｔ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｃｏｕｎｔｒｙ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｈｉｐｂｍｌｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ，ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ，ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄｓ　ｓｏｍｅ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ　ａｂｏｕｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｓ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ；ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｓｔａｔｕｓ　１　造船模式与造船方法发展历程　１．１　造船模式发展历程　个阶段属于现代造船模式，第５阶段属于未来造船　模式。现代造船模式可以理解为以统筹优化理论为　指导，应用成组技术原理，以中间产品为导向，按　区域组织生产，壳舾涂作业在空间上分道，时间上　有序，实现设计、生产、管理一体化，均衡、连续　的总装造船。　１．２造船方法发展历程　造船模式已经历了３个发展阶段，目前正处于　第４个阶段，正在形成第５个阶段。第１阶段：系　统导向型造船模式——船台散装、码头舾装、整船　涂装；第２阶段：系统和区域导向型造船模式——　分段建造、预舾装、预涂装；第３阶段：区域、类　型和阶段型造船模式——分道建造、区域舾装、区　船舶建造方法出现过３次重大变革。第１次是　在二战期间，焊接技术替代铆接技术，并广泛采用　域涂装；第４阶段：中间产品导向型阶段——壳舾　涂一体化；第５阶段：产品导向型阶段——设计制　造一体化。前２个阶段属于传统造船模式，中间２　收稿日期：２０１２—０７—２７；修回日期：２０１２～０９—２１　分段建造法，大幅度提高了造船效率。第２次出现　在２Ｏ世纪６０年代前期，欧洲一些船厂为了快速建　造大型油船和散货船，建设了大型干船坞，添置大　作者简介：张晗（１９８１一），女，工程师，主要从事船舶科技管理。　
・１０・　舰船科学技术　第３５卷　型门式吊车，制造出重达数百吨的大型分段。这种　大型分段建造法再一次显著提高了造船效率。第３　次是目前韩国船厂采用的巨型总段造船法，可以使　吊进船坞进行大合拢的分段（已完成大部分舾装工　作）重量提高到２　０００～３　０００　ｔ。相对于大型分段造　船法，巨型总段造船法有以下３个重要变化：一是　巨型总段吊人船坞，通常由巨型浮吊完成；二是巨　３）数字化　数字化是信息化的核心。以信息化为核心的舰艇　总段建造和模块化生产，是造船方式的一次革命。它　不仅涉及设计制造技术的改变，更涉及生产组织和管　理方法的改变。把过去按工种串行作业的生产方法，　转变为按总段和模块多工种并行作业。数字化已经成　为现代造船技术的主要内容，数字化造船的基本特征　体现为“三全”：船舶研制的全过程信息融合及过程　型总段既可以在船厂内制造，也可以由厂外专业分　段厂甚至国外分段厂制造，分段制造完成后，通过　海上拖航到船坞边，直接吊人坞内；三是巨型总段　建造法可以方便地与平地造船法、浮坞造船法、驳　船造船法等方法结合使用，进一步提高了造船效率。　２　船舶建造工艺发展趋势　２．１　总体发展趋势　随着船舶建造模式、建造方法和先进造船工艺　的蓬勃发展，船舶企业生产和管理方式发生了变革，　船厂变得干净整洁，劳动人数大为减少，船舶工业　从劳动密集型转变为设备密集型，并正在向信息密　集型方向发展。目前，船舶建造总体上呈现出总装　化、精益化、数字化、绿色化和智能化等发展趋势。　１）总装化　总装化是现代造船模式发展的重要方向，其主要　特征是充分发挥船厂核心资源作用，尽可能将船舶中　间产品从造船作业主流程中分离出去，使企业集中力　量从事总装生产，提高总装造船生产规模和专业化水　平。总装厂的主要任务是船体制造和管子制作，而钢　材加工、分段制造、上层建筑加工、单元模块加工、　大型铸锻件加工、轴系加工以及其他各类舾装件加工　制造由与之配套的专业化协作企业完成。　２）精益化（精益生产）　精益生产模式源于日本汽车工业，核心思想是　消除生产中的浪费和一切非增值环节，使企业同时　具备大批量生产经济性和多品种生产灵活性的能力。　这是一种以最大限度减少企业生产所占用资源、降　低企业管理和运营成本为主要目标的生产方式，它　还是一种经营管理理念和企业文化。精益造船由精　益生产概念引申而来，是精益生产理论在船舶工业　中的应用，首先由美国造船界提出，指从造船合同　签约开始到船舶完工交付使用的过程中，通过对员　工的激励，不断改进造船过程，减少浪费，达到缩　短造船周期、降低造船成本、提高造船质量的目的。　集成管理、全面数字化建模仿真与优化、面向产品全　生命周期。实施数字化造船的核心是实现集成、协同　和优化。集成和协同，不仅仅是技术上的集成和协　同，更是现代组织管理模式下的资源、信息、工具、　手段的集成和协同。并且，集成和协同是先进造船模　式的固化和积累，是在工程层面、管理层面、企业层　面实现真正意义上的数字化的支撑和核心…。　４）绿色化　绿色即为“节能、环保、和谐”。国际上对绿色　造船并没有统一的定义。根据对船舶各个方面的环保　要求，绿色造船可以认为是船舶在设计、制造、营　运、报废拆解的全寿命周期中，采用环保技术、设备　和材料，最大限度地降低资源消耗，提高建造材料回　收利用率，最大限度地减少环境污染，对船舶设计　者、生产者和使用者具有良好保护的先进造船技术。　绿色造船技术不是单一的绿色制造技术，涉及　船舶设计、建造、配套、原材料、标准、管理等各　个环节，是一项复杂的系统工程。实施绿色造船的　源头在绿色设计，实现的手段是绿色工艺技术与装　备，实现的基础在于绿色管理。通过顶层策划，可　以实现绿色造船的资源、信息、工具、手段的集成　和协同，可以使船舶设计、生产、管理、配套、使　用、维护、报废等成为一体考虑，充分考虑到每个　环节的问题　。　５）智能化　智能制造是２１世纪先进制造技术发展的重要方　向。它将人工智能融进产品设计、工艺过程设计、生　产计划调度、工艺过程控制、制造和装配等环节，提　高制造系统各个环节的智能水平，使制造系统具有更　高的柔性。研究表明，现代造船正逐步用自动化制造　装备代替人工操纵的各种加工机械、用智能化设备替　代人的脑力劳动，向着工厂无人化方向发展。　２．２　造船主要工艺技术现状和发展趋势　１）全面推行壳舾涂一体化　
第２期　张晗，等：船舶建造工艺发展现状分析及对策　壳舾涂一体化是以船体为基础，舾装为中心，　涂装为重点，把壳、舾、涂不同性质的三大作业类　型建立在空间上分道，时间上有序的立体排序，体　现了设计、生产、管理一体化。应用壳舾涂一体化　造船，可以显著提高造船效率，提高建造质量和建　造安全水平、改善作业环境、降低劳动强度、降低　成本，提升企业的综合竞争力。　２）船体装配采用流水线生产　船体装配一般分为部件装配、分段装配、船体　装配３个步骤。船体装配和焊接的工作量占船体建　造总工作量的７５％以上。目前，先进造船国家船厂　的船体部件和曲面分段装配基本上采用了流水线生　产。例如，日本万国造船公司有明船厂装备有１条　大型平面分段装配生产线，最大可拼焊２４　ｍ×２５　ｍ　的壳板。该系统由２人控制、１０个焊机同时焊接　时，每分钟焊接总长度为１０　ｍ，大约３．５　ｈ可完成　重约１００　ｔ的２４　ｍ×２５　ｍ平面分段。　３）焊接向自动化、高效化、绿色化、数字化　等方向发展　在船体建造中，焊接工时约占船体建造总工时　的３０％一４０％，焊接成本约占船体建造总成本的　３０％一５０％，焊接效率和质量对造船质量、周期和　成本有重要影响。由于船舶制造多以大厚板材的焊　接为主，增加了焊接的难度，对焊接材料和焊接工　艺都提出了很高、甚至苛刻的要求。　２０世纪７Ｏ年代中期以来，自动化成为船舶焊　接技术发展的一个显著的特点。日本的装配焊接　机器人已经从船体零部件制造发展到平面分段纵　向构件的装配焊接、外场焊接、坞内船底仰焊，　曲面船壳板单面焊接和纵横构件装配焊接等，目　标是实现船体焊接的全面自动化。２０世纪９０年代　以来，各先进造船国家非常注重船舶高效焊接技　术的开发和应用。如美国开发的一种焊接速度可　达５　ｍ／ｍｉｎ以上的Ｔａｎｄｅｍ熔化极气体保护焊技　术，通过提高焊缝熔敷速率，焊接成本显著降低。　目前这种技术已在德国船厂中得到使用，使得高　效化成为目前船舶焊接技术的一大特点。绿色化　已经成为２１世纪船舶焊接技术必须解决的重大课　题。搅拌摩擦焊、激光焊和激光复合焊、电子束　焊等先进焊接技术的开发和应用，为船舶焊接绿　色化提供了工艺手段。２０世纪７０年代末以来，日　本、英国、美国、德国等工业发达国家，相继开　始了焊接数据库系统的研究工作，取得了丰硕的　成果。通用数字工业公司专门为美国海军开发了　ＮＥＷＣＳ焊接系统，可实时智能控制焊接过程，焊　后可离线进行缺陷诊断，对焊接检验结果进行分　析。随着各国数字化造船工程的不断推进，船舶　焊接数字化的进程会越来越快。　３）加工成形技术向全面自动化方向发展　全自动切割系统在船舶建造过程中得到广泛应　用。全自动切割系统包括数控切割系统和机器人切　割系统。这２种系统可建立专用的切割生产线，或　与焊接系统一起组成自动化生产线，具有自动输料、　减少积存、操作人员少、切割前不需要划线、可与　ＣＡＤ系统接口等特点。　船体板材成形工艺由以手工为主向自动化方向　转变。通常，船厂一般采用手动生产线来完成热成　形工艺的加热过程，即通称的水火弯板。目前，大　部分复杂曲度的船壳板都用该方法加工，是一种劳　动力密集型生产流程，最终成形产品的质量很大程　度上依赖于操作者的知识、经验和技能。９０年代中　期以来，水火弯板工艺由以手工为主向自动化方向　迈进。日本石ＪＩＩ岛播磨重工和大阪大学焊接研究所　从１９９４年共同研制了线加热自动化系统ＩＨＩ—ｄ，　它是以高频加热为热源的船体外板自动线加热成形　系统。截止到２００５年，该系统已经发展到第三代加　热方式，系统全部实现了自动化。一个高度复杂的　船体曲面以前要２～３　ｄ的手工成形，现在只需要　５～６　ｈ，其中还包括２—３　ｈ的方案计算时间。　４）造船精度控制技术得到重视和发展　所谓造船精度控制，就是用数理统计的方法，　通过对造船生产过程中的加工公差和焊接热变形等　进行精度控制，用补偿量代替余量的办法，减少造　船加工、装配和焊接当中的无效劳动。造船精度控　制是现代造船的一项关键技术，造船精度控制技术　的源头是生产设计。从生产设计开始，对船体零部　件的尺寸精度进行控制，最大限度地减少分段制造、　分段总组及坞内搭载装配工作量，实施外场无修割、　少修割，一次定位，快速装配、快速搭载，缩短船　舶建造的周期，从而取得降低船舶建造成本的效果。　３　对策与建议　３．１　以转变观念为先导。做好工艺工作顶层设计　目前，造船市场竞争激烈，工艺技术水平和保　

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