提升船用钢材利用率的方法

胡铖铖，林 伟，汪家政

（金海重工股份有限公司，浙江舟山 312000）

0 引言

伴随国内造船技术的进一步发展，造船经验越来越丰富。为提升船企的综合实力和企业竞争力，越来越多的船企加大了成本控制方面的研究。船舶建造直接成本大致包括材料费用、设备费用和人工费用。而钢材费用在成本中占据了极大的比重，所以控制钢材的利用率对于成本的控制极为重要，文中提到的钢材利用率主要指一次利用率。

1 提高钢材利用率的途径

1.1 设计阶段优化

结合船厂预处理、运输、起吊等设备的能力绘制分段划分图，尽量将分段长度划分一致。详细设计在分板区时将分段缝绘制到图纸中去，根据分段缝及时调整板区划分。在满足结构强度的前提下尽量将板厚换算为同一板厚，如一些先进的设计已将散货船槽型舱壁板厚统一为单一板厚，目前国内普遍还是采用三段式板厚布置。

通过设计手段来优化结构形式，充分利用钢材，减轻结构重量。为了节省钢材，降低造价，应尽量减少材料品种规格，采用合理的结构布置[1]。

生产设计之前，钢材利用率无法准确预估出来，但是钢材规格却可以事先加以控制[2]。

对于钢板规格的选择，国内船厂的选择都大致相同，但最大宽度、长度与各厂设备状况有关系，须满足船企预处理、切割、运输等设备对板材最大尺寸的要求。对钢板规格，一般长度按每500毫米递增，宽度按每100毫米递增，所以在划分板缝时就要考虑尽量按订货规格将一块板用足。值得注意的是板缝划分还要考虑到割缝、零件套料间隙、零件距板边间距、余量等因素。

为控制好钢材利用率及板规数量，在拿到详细设计图纸对各区域进行板缝划分时需按以下建议去布置板：1）将同一厚度的各区域划分结束之后再排布下一板厚；2）将每种厚度所排板缝的宽度记录下来作为套料定义板宽的依据；3）对不规则的板采用组合法划分；4）先划分组立，再划板缝。

1.2 套料优化

在零件套料之前需确定好该船型的加工批次顺序，为便于现场生产和集配批次内各分段先按单分段套料，对于利用率不高的板内零件再进行批次内混套。同一材质、板厚的套料板尽量选用同一规格。前面批次套完后将余料定义出来可供后面批次使用，但应尽可能的减少余量的产生。一般来讲，余料跨批次使用是为便于现场余料管理，余料使用最多跨3个批次。当套料效果不好且利用率偏低或板规数量太多时，需要想办法将利用率和板规尽量控制在目标范围之内。为提高效率，目前的套料工作一般采用软件自动套料。然而软件毕竟不能100%达到预想效果，这就需要在自动套料基础上进行人工干预。当单分段有不规则的余料时可直接将批次内其他零件混套进去；当一个批次套完还有少量小零件未套，也没余料供其利用需开新板时，可考虑以厚代薄，代板厚度需在3毫米以内，所套零件不涉及坡口修改；当前面批次余料较多，后面批次又消耗不掉时，可将后面批次单一规格板部分零件优先使用余料；当套料板调整结束后，可通过套料软件或人工计算单批次及全船的利用率，当利用率未达到设计要求，板规数量又较多时，对定额汇总表做分析工作，具体如下：

1）按套料长度筛选，根据分段划分对分段长度的定义确定最长板长，超出这一数字的板长，将套料板找出来，缩短板长后重新套料。一般这样的板数量不是很多，修改起来主要是通过零件重新组合或加板缝等形式使其订板长度减少从而达到减少板规的目的。

2）按板宽筛选，在汇总表中选出同材质同厚度板规，查看分布区域，由于同区域零件规格、样式相近，将数量少的板规尽量改为数量多的板规。

3）按数量筛选，选出全船单张订货板规，将单张板规内零件拆分、增加板缝等手段修改为板规数量多的板规。

在实际生产过程中，由于受各种原因的影响，常常出现各分段的生产设计进度不能完全满足按批次组织生产的要求，而往往在首制船不得不以牺牲钢材的利用率来满足生产进度的要求，无法完全按照既定的套料原则进行套料。在批量建造时，应力求尽快在后续船开工前进行再次优化套料的工作。按照最理想的状况进行优化，往往会取得较大的收获，有可能提高2~4个百分点。

1.3 钢材的二次利用

当船体材料套料结束后，单船肯定会剩下很多的余料未被利用。设计部门可将这些余料单独编制余料清单提供给余料管理部门单独管理。各专业各部门需要使用钢材便时，可在共享网络中查看余料清单选取自己所需的材料，向余料管理方申请使用，使用后管理方做好记录和统计工作。在余料的管理上可采用计算机补助管理系统，采用FoxBASE及UCDOS 3.1作为软件开发平台[3]。

利用余料的情况有很多，如制作舾装件、制作工装件、补料、用作焊接试板等，通过二次消耗后钢材的利用率必将进一步提高。

在设计中，有很多的不规则零件在套料板中无法很好的组合，空隙较大。当数控切割后，这些钢板丢弃了很可惜，但留着又实在没用[4]。则可将这些不规则的材料利用小型切割机切割成一些小的工装件，如马板、胎架垫板等。这些小的工装件对原材的规格没有太高的要求，利用这些原本要当废料处理的钢材切割，变废为宝，钢板利用率将会有一定的增长，获得一定的经济效益。

2 合理提升利用率的方法

众所周知，钢材的利用率越高，投钢量就越少，单就吨位而言就越轻。但是不是钢材用的越少，采购钢材的成本就越少呢?每个钢厂都有生产标准的钢材，而采购非标的钢材是需要增加相应的价格，钢厂均有钢材尺寸加价表。因此，在划分板缝时需参考钢厂提供的尺寸加价表，选取加价较少的板规，尽量降低钢材采购的成本。

在追求高利用率时往往订货板规就会增多，若不加以控制板规将影响到整个钢材集配。从钢厂到船厂的钢材一般按船级、板厚、尺寸等堆放在料场。订货板规越多，需要堆放钢材的场地就越大。然而一个船厂的材料堆放场地是有限的，不可能无限制的扩大。控制好板规的数量在有限的料场中便能有效的节省钢材堆放场地。面对堆积如山的钢板，当需要集配到所需的材料时，所需的钢材规格越多，集配所需的时间就越长，耗费的精力就越多。物资流动愈快，占用资金时间愈短[5]。一方面需要物资主管部门在采购、库存、配送等方面做好管理和协调，另一方面需要在设计阶段做好板规的控制，减少钢材集配时间和库存管理难度。

当零件尺寸越小，套料时就能更好的自由组合，套料效果就越好，利用率也会越高。现在船舶建造采用的是全焊接模式，零件划分的越小表示焊缝数量越多，这便增加了船舶建造的工作量。同时制作精度控制越麻烦，要求的余量调节就更多。

钢材无法 100%的被利用，在设计中有很多的不规则零件在套料板中无法很好的组合，空隙较大。零件间距、零件距板边距离在套料时也是有一定的要求，这些是不可避免的钢材损耗。流水孔、透气孔等一定程度上也影响着利用率。所以在提升钢材利用率的同时，也要同时考虑采购成本、钢材集配、现场制作等因素。需要平衡各因素的利弊，从最终成本最小化去制定钢材套料利用率、板规数量等数据的合理范围，尽量提升钢材的利用率。

3 结束语

钢材利用率高低是衡量一个公司设计和管理水平好坏的一个重要指标，希望各公司在看重钢材利用率的同时能够很好的认识和理解判断利用率高低的利弊，从而加强对设计水平和管理手段的提升。

[1]陈钦泰, 船舶设计如何节省钢材降低造价的几个问题[J]. 造船技术, 1990(6): 23-23.

[2]赵定刚, 刘建峰, 张志英, 等, 提高造船钢材利用率的方法研究[J]. 江苏科技大学学报: 自然科学版, 2006(6): 5-8.

[3]朱正宇, 赵卫芳. 钢材余料管理系统的建立和运用[J].造船技术, 1997(10): 41-41.

[4]彭远征. 提高钢板利用率及降低切割成本方案报告[R].长沙: 鸿远实业, 2009.

[5]阮邦友. 船厂集配中心实施方案[J]. 武汉造船, 2000(3):42-42.