CM技术在船厂的应用研究

王文刚 黄祖钦

摘 要： 本文介绍了CM的概念和内容，基于设计和检查方法两个方面详细阐述CM技术在船厂的应用，为船厂进一步推广CM技术提供参考。

关键词： CM；设计；检查方法

中图分类号：U671.99 文献标识码：A

Abstract： This paper introduces the concept and content of CM， the application of CM in shipyard in the aspects of design and inspection method for further application of CM in shipyard.

Key words： CM； Design； Inspection method

1 引言

船舶总体质量必须由合理的结构设计、高水平的建造工艺和全生命周期严格的质量监控来保证。应用CM技术，通过对关键位置的特别监控可以有效保证船舶的建造质量，提高船东和船级社对船厂在建造和质量保证方面的信心，继而为船厂承接新的造船订单打下良好的信誉基础。

2 CM概述

2.1 CM简介

CM是CONSTRUCTION MONITORING的缩写，称为船体结构建造监控，其目的一是保证关键位置符合船级社认可的质量标准和建造工艺；二是对已知的高应力区域等船体易损节点提供一种减少风险的解决方法。

关键位置指通过规范规定、结构评估和营运经验而确定的那些较其周围结构具有更高失效概率的结构位置。通过对关键位置的建造精度监控，可以有效减少应力集中，提高抗疲劳强度，减少发生结构损坏的可能性。

2.2 CM的适用范围

CM通常适用于以下船舶：

（1）除客轮外，所有强制或自愿采用FDA（疲劳强度评估）和/或SDA（结构设计评估）程序的船舶；

（2）具有CSR船级符号的散货船和油船；

（3）船东自愿申请CM船级符号的船舶。

2.3 CM的流程和应用阶段

CM的流程和应用阶段如图1所示，在从设计到船舶营运的整个过程中，船厂负责的CM工作集中在船舶设计和建造阶段。

（1）阶段Ⅰ—设计阶段，确定关键位置、图纸送审并获得认可；

（2）阶段Ⅱ—建造阶段，建造过程中的检验；

（3）阶段Ⅲ—营运阶段，船舶建造结束后由质检部门将CMP提交船级社，作为定期检验时对CM的评估依据。

3 CM的设计

CM的设计包括CMP编制、工艺性调整和现场测量表制作三个方面。

3.1 CMP编制

CMP是CONSTRUCTION MONITORING PLAN的缩写，称为船体结构建造监控图，系指对业已识别的船体结构关键位置，规定专门的建造质量标准和控制程序。

CMP一般包含以下内容：

（1）标有关键位置的结构图纸；

（2）许可公差的计算原理和图例；

（3）如果对结构关键位置给出了改善疲劳寿命的方法，也应在CMP中用详图标明；

（4）关键位置的许可公差表；

（5）装配时精度检查方法（如参考线法）的说明；

（6）在分段建造、总组和搭载过程中对结构关键位置构件装配的质量控制说明；

（7）质量保证程序的说明；

（8）检验结果的记录和报告方式；

（9）在需要时正确的补救措施。

3.1.1 关键位置的确定

关键位置一般根据以下几方面确定：

（1）船级社有关规范要求；

（2）FDA和SDA结果；

（3）对同类船或系列船易发生损坏船体结构的裂纹、撕裂和变形的区域分析。

3.1.2 许可公差的计算原理

结构对位有两种方法：中心线对位；理论线对位。从焊接接头中力的传递来看，中心线对位要好于理论线对位；但从施工性出发，理论线对位要优于中心线对位。为降低CM关键位置发生损坏的概率，一般采用中心线对位方法。

由于实际建造中往往存在误差，结构对位很难与理论要求完全一致。为了降低结构错位对接头疲劳强度的影响程度，在设计过程中人为给定一个范围来对结构错位的公差加以限制。许可公差的计算原理如图2所示，式中M是允许的最大错位量。

3.1.3 许可公差的换算和计算实例

虽然CM关键位置采用中心线对位的方法，但在实际建造中中心线对位是无法直接检查的，必须通过理论线来检查中心线的对位情况。将中心线对位的公差换算成可实际操作的检查公差方法如表1所示。

3.2 工艺性调整

对于按照理论线对齐装配不能满足CM许可公差要求的关键位置，需要在生产设计中预先进行工艺性调整，通过偏板厚等方式调整生产设计模型，同时在施工图纸上加以标注，使得关键位置的对位满足CM的设计要求。

3.3 现场测量表制作

为了便于现场测量，船厂需要按照船舶建造阶段对CMP进行拆分，形成一份适合现场操作的危险区域测量表，该测量表应包含以下内容：

（1）分段阶段的危险区域测量表；

（2）总组阶段的危险区域测量表；

（3）搭载阶段的危险区域测量表。

危险区域测量表由设计部门制作结束后发给质检部门，由质检部门负责记录检查结果，交现场负责人和船检签字确认。

4 CM的检查方法

在船舶建造过程中，需要检查关键位置的结构对位情况，以便将关键位置的结构对位控制在一个许可公差范围内，具体的检查方法有几种。

4.1 检查线法

检查线通常称作100MARK线，即在结构的一侧做100 mm的检查线，用双面尺或其它的工具将检查线投影到结构的另一侧，然后测量检查线到对位构件的距离。这种方法的优点如下：

（1）不需要再制作辅助工具，生产成本极低；

（2）结果精确，一般不会产生人为因索的误差；

（3）适用范围广，可以用于各种位置各种接头型式。

检查线法一般用于非倾斜接头的检查，见图3。

4.2 中心线位移法

用辅助工具（如石笔）将中心线平行地移到结构外面，再用双面尺或其它的工具将两侧的平移线投影到结构的同一侧，然后依照计算结果借助辅助工具调整结构的对位。这种方法的优点：辅助工具的成本低廉，可以用于各种位置、各种接头的焊前装配和焊后完工检查；但方法繁琐，效率低下，一般采用较少。

4.3 内卡样板法

按照1：1的比例放样做成样板，在结构的端部可以接触的位置，直接通过控制样板与结构之间的间隙来控制结构的对位，见图4。这种方法的优点如下：

（1）方法简便快捷；

（2）同一块样板既可以用于焊前装配，也可以用于焊后完工检查。

但采用这种内侧带圆弧的样板测量时，即使结构有错位现象发生，也无法发现，为了避免这种现象的发生，在此基础上进行了改进，采用相互垂直的两个边同时紧贴结构，然后测量模板与斜板之间的间隙，见图5。

4.4 外卡样板法

按照1：1的比例放样做成样板，在倾斜相交结构不可接触的一边通过样板与检查线配合使用，来测量结构的对位。这种方法的优点如下：

（1）方法简便快捷；

（2）同一块样板既可以用于焊前装配，又可以用于焊后完工检查；

（3）不象内卡样板法那样需要对错位值进行计算，可以直接读出实际错位量。

但外卡样板使用时需要用100MARK线作为参考，相对内卡样板多了一道工序，其原理见图6。

鉴于上述各种方法的优缺点，船厂主要采用检查线和内卡样板两种方法进行CM节点的检查和控制。检查线法主要用于非倾斜的十字接头；内卡样板法用于诸如底边舱下斜板处的倾斜十字接头。

5 结语

虽然部分船级社对CM无强制要求，但在船厂实施CM可以对船舶可能发生高应力或疲劳破坏的结构关键位置，实施从设计、建造到交船的全程监控，以确保这些关键位置按照可接受的标准和认可的工艺制造，使船舶的质量更好。实施CM需要设计、生产和质检部门通力协作，把好每道质量关，减少返工和材料浪费，节约生产成本，增强船东和船级社对船厂建造质量的信心，为船厂赢得良好的信誉。

参考文献

[1]中国船级社.船体结构建造监控指南[S]，2014.

[2]Lloyds Register .Ship Right Constuction Monitoring [S]，2004.

[3]Lloyds Register .Fatigue Design Assessment [S]，2002.