船舶建造中變形的控制設(shè)計(jì)

陳 峰

（中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433）

0 引言

要想保證船舶建造的安全性，需考慮各個(gè)階段的建造特點(diǎn)，為我國(guó)船舶事業(yè)發(fā)展注入新活力。目前，我國(guó)船舶建造存在變形情況，對(duì)各部分性能及船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生不良影響，容易造成船體老化，縮短使用壽命，因此需及時(shí)分析變形問題產(chǎn)生的特點(diǎn)，不斷改善建造工藝。船舶建造過程中，引發(fā)變形問題的因素有多種，需要加強(qiáng)對(duì)船舶設(shè)計(jì)工藝流程的變形控制，實(shí)現(xiàn)船舶運(yùn)行預(yù)測(cè)，保證各道工序質(zhì)量，有效減少船舶變形現(xiàn)象的發(fā)生。

1 船舶建造技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 緊跟時(shí)代發(fā)展特征

國(guó)家重視船舶行業(yè)的發(fā)展，造船技術(shù)也日益成熟，朝著綠色造船方向發(fā)展，不斷適應(yīng)戰(zhàn)略發(fā)展需求。綠色造船技術(shù)為環(huán)境保護(hù)做出了貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)資源的可循環(huán)利用，符合國(guó)家環(huán)保理念，響應(yīng)時(shí)代號(hào)召，逐漸獲得業(yè)界認(rèn)可，使船舶建造行業(yè)地位不斷上升。船舶建造技術(shù)自動(dòng)化水平日益提升，通過信息技術(shù)及大數(shù)據(jù)資源的扶持，使船舶建造數(shù)據(jù)更加精確，提升了船舶建造質(zhì)量。從控制技術(shù)到網(wǎng)絡(luò)設(shè)施布局均進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程，對(duì)船舶運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)，在遇到問題時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，改變運(yùn)行路線，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)記錄，轉(zhuǎn)變導(dǎo)航方向，合理調(diào)度運(yùn)行模式。船舶建造構(gòu)建了自動(dòng)化發(fā)電系統(tǒng)，是新時(shí)期研究的突破，加強(qiáng)與自動(dòng)控制技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，創(chuàng)造了廣闊的應(yīng)用前景空間，豐富船舶建造工程技術(shù)形式。船舶與陸地之間聯(lián)系不斷加強(qiáng)，應(yīng)用自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息操控，掌握船舶航行狀態(tài)，為船舶運(yùn)行提供了便利。從每一個(gè)制造環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)智能化管理，使智能化理念滲透到工藝流程當(dāng)中，以智能化取代體力勞動(dòng)，減少人力資源的浪費(fèi)；增加腦力勞動(dòng)人才，提升船舶建造效率，不斷朝數(shù)字化方向發(fā)展，從船舶模型建造體現(xiàn)數(shù)字化理念，提升船舶模型建造的科學(xué)性，優(yōu)化創(chuàng)建過程，豐富設(shè)計(jì)師理念與思維路徑。對(duì)船舶建造各個(gè)施工部分進(jìn)行管理數(shù)字化監(jiān)控，通過高新技術(shù)設(shè)備，及時(shí)診斷建造問題，改變建造方式，實(shí)現(xiàn)信息集成化管理。數(shù)字化對(duì)船舶建造技術(shù)成協(xié)調(diào)集成性，從全方位建造全流程中，做到了協(xié)調(diào)和集成，改變船舶設(shè)計(jì)方式與制造模式，對(duì)船舶建造管理模式起著重要作用。不斷重視船舶配置，加強(qiáng)對(duì)船舶建造部件的選用與篩選，從中阻立到大阻立、整體到局部，進(jìn)行調(diào)整與制造，保證船舶配置環(huán)節(jié)的高效完成。國(guó)內(nèi)船舶建造方式轉(zhuǎn)變?yōu)榕渲弥圃旆绞剑簧俳ㄖ袠I(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榱魉€制造方式，大大縮短了制造時(shí)間，提升了配置效率，優(yōu)化建造技術(shù)。

1.2 船舶建造質(zhì)量有待提升

由于綠色造船技術(shù)發(fā)展尚不成熟，船舶建造仍存在一些不容忽視的技術(shù)問題，需要更高層次的技術(shù)提升，發(fā)展船舶建造行業(yè)。與國(guó)外的船舶建造企業(yè)相比，我國(guó)船舶建造企業(yè)建造技術(shù)尚不成熟，技術(shù)水平有待提高，建造強(qiáng)度不夠大，同時(shí)，缺乏相關(guān)技術(shù)人員，業(yè)務(wù)水平較低，對(duì)優(yōu)秀技術(shù)人員引進(jìn)不足，企業(yè)對(duì)技術(shù)人員培訓(xùn)力度有限，船舶建造工程產(chǎn)生的問題難以及時(shí)解決，沒有優(yōu)良的解決方案。受國(guó)際貿(mào)易形勢(shì)的變化，船舶行業(yè)供需容易出現(xiàn)不平衡的局面，在供大于需的情況下，導(dǎo)致資金周轉(zhuǎn)不足，企業(yè)被迫倒閉，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。建造環(huán)節(jié)的一體化發(fā)展不充分，無法實(shí)現(xiàn)資源的整合優(yōu)化，建造環(huán)節(jié)與管理環(huán)節(jié)結(jié)合不到位，應(yīng)該與管理環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化整合。設(shè)計(jì)部門缺乏船舶運(yùn)行需求上的滲透，相關(guān)參數(shù)把控不足，設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)性較差，缺乏縝密的設(shè)計(jì)思路，對(duì)國(guó)家設(shè)計(jì)要求的規(guī)章制度落實(shí)不到位，沒有對(duì)在設(shè)計(jì)方案中會(huì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測(cè)，缺乏前瞻思維。船舶建造成本控制不足，預(yù)算控制不合理，導(dǎo)致工程進(jìn)展頻頻受阻，船舶成品存在安全隱患，影響后續(xù)使用效果。因此，要重視船舶建造施工順序，規(guī)范工藝程序，加強(qiáng)員工的建造意識(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行合理安排，保證實(shí)際操作符合建造圖紙。不少船舶建造企業(yè)缺乏建造過程質(zhì)量控制，沒有制定詳細(xì)的建造計(jì)劃，對(duì)施工進(jìn)度把控不足，難以保證建造過程的合理性。船東自身經(jīng)營(yíng)意識(shí)過強(qiáng)，以盈利為目的，忽視船舶建造的質(zhì)量，輕視對(duì)船舶建造質(zhì)量過程的管理，難以把控建造方向，甚至為了減少成本投入，使用廉價(jià)材料，材料標(biāo)準(zhǔn)低下，難以滿足船舶運(yùn)行的硬件條件，不斷降低船舶建造標(biāo)準(zhǔn)，偷工減料，為船舶航行埋下了諸多安全隱患，產(chǎn)生航行風(fēng)險(xiǎn)，威脅人身安全，帶來經(jīng)濟(jì)損失。不少船舶建造企業(yè)忽視了船舶建造檢驗(yàn)工作，從人力資源到質(zhì)檢工作方面均缺乏合理性，驗(yàn)船師數(shù)量不足，與船舶建造數(shù)量不斷上升的現(xiàn)象相違和，產(chǎn)生超負(fù)荷工作的情況，為質(zhì)檢工作增加了難度。船舶建造質(zhì)檢工作同時(shí)需要對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行質(zhì)檢，以確保后續(xù)施工的合理性與科學(xué)性，設(shè)計(jì)圖紙的質(zhì)檢需要專業(yè)能力水平較強(qiáng)的專業(yè)人員，企業(yè)忽視對(duì)專家的引進(jìn)，為工程開展帶來阻礙。船舶檢驗(yàn)工作業(yè)務(wù)量不斷提升，對(duì)質(zhì)檢師需求越來越大，我國(guó)人才市場(chǎng)缺乏驗(yàn)船師資源，難以充實(shí)企業(yè)船舶建造現(xiàn)狀，制約了船舶建造行業(yè)的發(fā)展。

1.3 船舶建造變形影響因素

船舶建造的變形問題嚴(yán)重影響船舶建造工程的質(zhì)量，為各道工序之間的銜接限定條件。從目前船舶建造工程造價(jià)來說，船舶所需建筑材料的選擇是影響船舶變形的主要因素之一，以船體表面的鋼板及鋼板加工操作程序的費(fèi)用為基礎(chǔ)，作為工程造價(jià)的主要依據(jù)。根據(jù)船舶建造大小、種類具有不同的需求量，相對(duì)于小型船舶，大型船舶需要消耗更多的材料費(fèi)用及加工費(fèi)用，從不同的成本價(jià)格來獲取不同的裝載量，基數(shù)較大的大型船舶建造要低于小型船舶建造的工程造價(jià)。選擇低質(zhì)量的鋼板，極易在使用周期短時(shí)間內(nèi)造成表面彎曲，產(chǎn)生船體變形，影響船體航行，難以承受運(yùn)行阻力，給船體掌控帶來更大挑戰(zhàn)。隨著船舶貨物承載量越來越大，對(duì)船舶本身性能要求越來越高，船舶的形狀會(huì)對(duì)貨物承載重量產(chǎn)生影響，方形系數(shù)較大的船舶對(duì)貨物承載量較大，能更好地適應(yīng)航行運(yùn)輸，適用于航速較低的船舶。但對(duì)于航速有較高需求的運(yùn)輸，則不適合方形系數(shù)較大的船舶，其船頭與船尾大多采用平板狀，而且存在凸起邊緣，干擾船舶運(yùn)行的穩(wěn)定性，不能有效減少水流對(duì)船體的沖擊力。高航速運(yùn)行情況的船舶一般采用細(xì)長(zhǎng)型的船體形狀，以減少風(fēng)力及水力的沖擊力，以尖形作為船首，以圓形作為船尾，使其直接潛入水中，減少船首與水面的接觸面積，保持水流的穩(wěn)定性，以維持船舶的高速運(yùn)行[1]。

2 船舶建造中變形的控制設(shè)計(jì)策略

2.1 做好焊接及薄板變形控制問題

為保證船舶建造質(zhì)量，降低船舶變形幾率，需要加強(qiáng)薄板及焊接變形控制，分析不同施工階段的薄板及焊接變形原因，結(jié)合實(shí)際建造經(jīng)驗(yàn)，保證工藝措施及工藝參數(shù)的有效性。提升建造精度，對(duì)建造的各個(gè)階段進(jìn)行分析，合理選擇工藝參數(shù)，達(dá)到船舶強(qiáng)度的要求，滿足經(jīng)濟(jì)需求。

例如，相關(guān)企業(yè)可以從船舶建造的各個(gè)階段對(duì)薄板變形問題加以控制，避免由于板材受力及焊接技術(shù)引起的船舶變形問題。在堆放吊裝階段合理規(guī)劃薄板堆放層數(shù)，避免層數(shù)過多、堆壓過高，堆放不規(guī)范而導(dǎo)致塑性變形，運(yùn)輸過程也需要注意放置位置，減少運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)，以維持薄板形狀。進(jìn)行加工時(shí)，確保切割面的垂直度，檢查板材水平度，提升零件放置尺寸的精準(zhǔn)度，避免板邊的上翹及下壓，降低各階段的變形率。進(jìn)行薄板拼板時(shí)，選取場(chǎng)地較為平整的區(qū)域進(jìn)行施工，及時(shí)進(jìn)行地面平拋，以保證焊接質(zhì)量。對(duì)薄板焊接順序處理妥當(dāng)，控制焊接電流、電壓，盡量減小焊接變形的可能性，針對(duì)基準(zhǔn)板對(duì)接縫焊接制定相關(guān)規(guī)定，明確各個(gè)交點(diǎn)對(duì)接，以保證后續(xù)對(duì)接的精度，提升焊接的科學(xué)性。根據(jù)圖紙標(biāo)注進(jìn)行分析，改進(jìn)不合理對(duì)接點(diǎn)，按照?qǐng)D紙規(guī)定進(jìn)行焊接處理，對(duì)于變形量較大的板，借助外力輔助的火工方法，提升焊接效果。若焊接過程存在收縮變形現(xiàn)象，為減少焊接變形，需要分析焊接應(yīng)力及焊接結(jié)構(gòu)，積極采取相關(guān)措施。采用船體分段建造方法，減少船臺(tái)工作總量，保持焊接的對(duì)稱性，減少焊縫數(shù)量及縫截面積尺寸，從而減少收縮變形。預(yù)留收縮余量，考慮加放收縮余量，彌補(bǔ)船體收縮變形，及時(shí)做好變形補(bǔ)償控制設(shè)計(jì)。采用剛性固定法，在焊縫冷卻時(shí)去掉剛性固定，提升焊接工藝，結(jié)合反變形法提升作用效果，預(yù)先計(jì)算反變形值，預(yù)防反變形量，加放收縮余量，控制反變形范疇。為降低焊接變形的發(fā)生幾率，可以采取火工矯正方法，指派經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員，降低變形范圍，但不能頻繁使用，容易造成船體的成分變化，破壞組織結(jié)構(gòu)，使其理化性能受到損害，腐蝕物體表層。

2.2 加強(qiáng)船舶建造質(zhì)檢工作

提升船舶建造效率，保證建造質(zhì)量，降低船舶建造變形風(fēng)險(xiǎn)，做好船舶焊接質(zhì)量的檢查和控制，對(duì)船舶建造進(jìn)行精度控制。做好檢驗(yàn)處理工作，及時(shí)進(jìn)行船舶建造后的跟蹤檢查，對(duì)質(zhì)量問題及缺陷進(jìn)行及時(shí)改進(jìn)，保障船舶建造的整體質(zhì)量。

例如，相關(guān)企業(yè)可以對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行嚴(yán)格管控，根據(jù)階段性工作進(jìn)展，及時(shí)做出檢驗(yàn)，對(duì)不合格的項(xiàng)目及時(shí)調(diào)整，停止目前進(jìn)行的項(xiàng)目，制定調(diào)整法案，提升工程的合理性，全方位進(jìn)行整改，對(duì)工程符合設(shè)計(jì)規(guī)范的施工隊(duì)伍進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，激發(fā)建設(shè)隊(duì)伍的活躍性，以保證船舶建造的整體質(zhì)量?？刂圃齑瑥S的船舶建造措施，擴(kuò)大檢驗(yàn)范圍，嚴(yán)格規(guī)定檢驗(yàn)項(xiàng)目，重視局部建造問題對(duì)整體船舶建造的質(zhì)量影響。使船體整體的結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)符合相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，保證焊接強(qiáng)度與質(zhì)量，檢查質(zhì)量的致密性，對(duì)零部件的焊接方式進(jìn)行嚴(yán)格審查，以提升船舶建造質(zhì)量。對(duì)船舶建造施工結(jié)束后的系列檢驗(yàn)進(jìn)行跟進(jìn)，對(duì)船舶進(jìn)行綜合質(zhì)量評(píng)估，對(duì)船舶缺陷進(jìn)行分析，做好相關(guān)處理工作，必要時(shí)進(jìn)行工程遣返，及時(shí)整改質(zhì)量問題，對(duì)整改完工進(jìn)行二次檢查，不斷完善船舶建造工作，做好相關(guān)試驗(yàn)工作，提升船舶建造工藝水平[2]。

2.3 提升船舶建造技術(shù)管理方法

隨著船舶建造市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，船舶現(xiàn)場(chǎng)建造的技術(shù)管理在船舶建造工程中具有重要意義。對(duì)船舶建造實(shí)行全面管理，施行精細(xì)化管理方法，引進(jìn)智能化管理方法，提升管理水平，保證船舶建造技術(shù)的運(yùn)用。

例如，相關(guān)企業(yè)可以對(duì)建造標(biāo)書進(jìn)行管理，在設(shè)計(jì)船舶建造項(xiàng)目時(shí)，加強(qiáng)工作人員與設(shè)計(jì)師的溝通，共同制定船舶建設(shè)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)工作流程及工作進(jìn)程的良好對(duì)接，以豐富的建造經(jīng)驗(yàn)提升船舶設(shè)計(jì)的科學(xué)性。加強(qiáng)船舶建造設(shè)備的管理，對(duì)相關(guān)設(shè)備使用規(guī)定、使用方法進(jìn)行規(guī)范，定期進(jìn)行設(shè)備維修保養(yǎng)，防止出現(xiàn)設(shè)備問題，影響施工質(zhì)量，帶來安全隱患。采用智能化管理方法，引進(jìn)信息技術(shù)，通過大數(shù)據(jù)資源與電子控制系統(tǒng)，掌握建造進(jìn)度及建造情況，對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行合理管控。通過智能化手段，減少人力資源的投放，進(jìn)行全方位監(jiān)督篩查，跟蹤工作進(jìn)程，完成質(zhì)量驗(yàn)收。對(duì)項(xiàng)目融資進(jìn)行控制，及時(shí)追蹤建設(shè)成本核算，掌握實(shí)施效果，約束成本支出，減少不必要建造浪費(fèi)，對(duì)各項(xiàng)資源從數(shù)字化視角出發(fā)，提升自身的企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。提升船舶建造現(xiàn)場(chǎng)的安全性能，進(jìn)行安全管理，在保證建造技術(shù)實(shí)施效果的同時(shí)，確保施工人員的安全。落實(shí)安全質(zhì)量管理工作，保證質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，是提升船舶建造技術(shù)的重要因素。提升參建者的安全意識(shí)，挖掘安全隱患，時(shí)刻遵循計(jì)劃規(guī)定與相關(guān)合同約定，樹立安全第一的理念，加強(qiáng)企業(yè)工作預(yù)防體系的建立，使每個(gè)人參與到安全建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中。

2.4 完善隊(duì)伍建設(shè)

建設(shè)高素質(zhì)技術(shù)型人才隊(duì)伍，為船舶建造提供技術(shù)支持，不斷減少變形問題發(fā)生幾率，緩解船舶變形狀況，提升船舶建造質(zhì)量。加強(qiáng)管理隊(duì)伍的培養(yǎng)，從全方位進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，提升建造效果，節(jié)約建設(shè)成本與建造時(shí)間，避免建造過程產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量問題。

例如，相關(guān)企業(yè)可以加強(qiáng)技術(shù)人員培訓(xùn)，加大資金投入力度，提升相關(guān)工作人員的專業(yè)能力，更好地適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，設(shè)定實(shí)際工作情境，豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以便解決實(shí)際工作產(chǎn)生的建造問題。強(qiáng)化工作人員的船舶建造變形意識(shí)，使其掌握基本的防變形措施，優(yōu)化船舶建造體系，針對(duì)開發(fā)招標(biāo)文件進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，提升市場(chǎng)份額，抓住市場(chǎng)機(jī)遇，提升企業(yè)形象與口碑[3]。

船舶建造行業(yè)的不斷發(fā)展，需要加強(qiáng)對(duì)船舶建造的技術(shù)規(guī)范，根據(jù)自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及先進(jìn)的建造技術(shù)，緩解船舶建造的變形問題，加強(qiáng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的科學(xué)性。相關(guān)企業(yè)需要強(qiáng)化自身問題意識(shí)與安全意識(shí)，重視船舶建造質(zhì)量，進(jìn)行部門整改，實(shí)施智能化管理辦法，推動(dòng)造船技術(shù)的實(shí)施。