面向现代造船条件的船体类模块分段定义

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(武汉理工大学 交通学院，武汉 430063)

近年来，我国船舶工业发展迅速，2010年造船完工6 560万载重t，新接订单7 523万载重t，手持订单19 590万载重t，分别占世界市场的43%、54%、41%，均居世界第一，但是，交船期大都集中于未来2年，造船量相对较大，如何进一步提高生产效率，优质地按期完工交船成为我国造船企业必须面对的问题。部分船厂依靠增加设备起重能力、扩大生产面积等措施实现按期完工。然而，生产规模的扩大不仅投资高，造成企业效益下降，而且机动性差，难以在短期内得以改善。为此，探讨在不改变生产条件的前提下，通过技术手段，实现船体类模块分段建造工艺，扩大自动化设备的使用，最终实现提高造船效率。

1 模块化造船模式研究概况

模块化造船强调通用化、标准化，可对船东需求做出快速反应，其具有标准尺寸和标准件，且主要部件具有可选性的最终产品预制单元，符合提高效率、绿色制造的理念，是未来发展的趋势[1]。

由于模块化造船实现的前提是船型标准化，需要船舶各级部件的尺寸、重量及其装配工艺均达到系列化，所以目前无论是船舶设计工作，还是我国各大造船企业的生产情况都与这一要求存在很大差距。船舶没有形成标准化，相应的船厂生产设备和工艺流程也没有形成标准化，所以要形成完备的模块化造船，条件并不成熟。

2 船体类模块分段

面对上述制约模块化造船的问题，以模块化制造思想为指导，对部分船舶分段进行“类模块化”设计，据2009年相关统计数据显示，油船、集装箱船、散货船这三大主力船型占全国当年所造船舶总吨位85%以上，(见图1)。2009年国内造船企业按吨位分新接订单中3万～5万t与5万～8万t船舶均为市场主力吨位船舶；加之平行中体部分在船舶空船重量中的比例也会随船长不断加大而增加，所以，船体类模块分段研究选择5万t左右三大主力船型实船平行中体部分分段[2]。

图1 2009年全国各船型完工量

类模块分段的研究针对我国船舶标准化、系列化程度偏低的现状，借鉴成组技术的相似性原理，将相似船型平行中体部分的分段通过采样对比，分析其共性，设计标准化工艺流程。这些分段不再是单件生产，而是按固定标准的中间产品组织批量生产[3]，以期在分段制造过程中更合理地进行专项任务分工，提高分段制造便易度和焊接变形控制度的专用胎架使用率，有效降低辅助材料消耗和返修工作量，由于类模块分段属于标准件，其标准的工艺规程易于工人熟练掌握，即产品质量和生产效率都会有所提高。

3 船体类模块分段标准

3.1 结构形式

船体类模块分段要求分段的几何特征具有较高的相似性，包括分段的尺寸大小、骨架形式、外板形状等，其中，外板形状可以在建造工艺相似的前提下有一定差异。

如图2所示，对于双层底舭部分段，相似船型的结构形式和工艺流程差别不大，尽管舭部外板不完全一致，但是并不影响构建船体类模块分段，只要在建造过程中加以适当修正系数，即可将其作为系列化分段进行生产。

图2 双层底舭部分段

3.2 功能

分段功能相同。一些分段尽管几何特征相似，但具有特定功能的结构，如油船槽型舱壁，壁墩，散货船货舱内舭部坡形设计等。这些结构所造成的差异不仅是其自身，它们往往会影响分段上相邻结构布置，见图3，油船货舱内壁墩的布置，需要双层底内有强纵桁和肋板支撑。

图3 油船双层底上的壁墩

3.3 建造标准的要求

船体类模块分段要求分段生产设计的各项标准相同，这样才能具有共同的生产设计方案。

3.3.1 施工设计标准

1)间隙标准。

2)扇形孔、排水孔、通气孔、人孔、透光孔等设计标准。

3.3.2 零件字符编码

1)零件标识。

2)中间产品所需制造级的标记。

3.3.3 施工指令符号标准

1)分段名称。

2)边缘加工。

3)余量放置。

4)焊接工艺与参数。

3.3.4 加工和装配工艺标准

1)各种焊接工艺的坡口加工。

2)各种焊接工艺的操作。

3)各种加工、装配工艺的操作。

3.3.5 精度控制施行标准

1)加工和装配过程中由焊接和因清除变形所造成的收缩率。

2)完工切割和合拢对接缝余量位置。

3)切割和装配的质量准则。

4)标准范围和公差极限。

3.3.6 安全标准

1)分段建造中的安全操作规则。

2)分段建造安全检查项目清单。

3.4 工艺设备要求

船体类模块分段要求分段具有统一的建造设备，从而形成标准化分段生产流水线，例如：胎架的选取需根据船型和分段结构等因素来确定，军品或精度要求高、批量大的民品宜选用刚性好的单板式胎架，一般产品、单船建造的分段可选用桁架式胎架，而型线曲率小的分段可用支点式胎架；又如，不同的平台也适用于不同船型的分段，蜂窝平台主要用于要求精度较高的船型分段，而型钢平台既可以用于拼板和装焊平面分段，也可以作为胎架的基础[4]。

3.5 工艺方法

船体类模块分段具有标准化建造工艺流程，因此，对于装配顺序、焊接方法、正造或反造等的确定有赖于对造船企业进行详细的调研了解。

3.6 舾装件对接

尽管本文研究的船体类模块分段主要指船体结构模块，但由于目前船舶建造中分(总)段的预舾装程度不断提高，不得不考虑其在船台总装时舾装件的相似性，这样才能保证船体类模块分段具有一定的预舾装度。

4 结论

1)船体类模块分段实现后，可以利用分段的互换性，从降低施工难度、扩大自动化设备使用的途径，形成标准工艺，达到提高造船效率的目的。

2)由于船体类模块分段研究前提是针对一定的造船条件，所以标准工艺设计并没有针对所有的造船水平，本文只是选取目前国内较高水平为研究基础；受客观条件的限制，部分统计数据截止至2009年，实效性有限，但一定程度上可反应相关问题。

3)通过今后进一步深入研究，探讨除油船、集装箱船、散货船以外其他船型对船体类模块分段的适用性，以及尝试对船舶进行标准化设计，以期达到促进模块化造船实现的目的。

[1] 翁德伟.造船成组技术[M].上海：上海交通大学出版社，1990.

[2] 郭大成,吴正刚.国防科技工业的模块化制造与组织[J].国防科技工业，2008(1):45-47.

[3] 杨国兵，甘志霞，王佳宁.模块化、模块化网络与模块化造船的研究综述[J].造船技术，2008(1)：1-3.

[4] 谢 新.船舶制造工艺装备的发展与创新[J].造船技术，2007(6):1-3.