【船舶制造】船舶制造流程造船技术造船工艺造船生产设计
一、造船生产管理模式的演变
由焊接代替铆接建造钢质船，造船生产经历了从传统造船向现代造船的演变，主要推动力是造船技术的发展。
传统造船分两个阶段：
1、常规的船体建造和舾装阶段。在固定的造船设施上先安装龙骨系统、再安装肋骨框、最后装配外板系统等。
2、由于焊接技术的引进，船体实行分段建造；舾装分为两个阶段：分段舾装和船上舾装，即开展予舾装。
现代造船又历经以下阶段：
3、由于成组技术的引进，船体实行分道建造；舾装分为三个阶段：单元舾装、分段舾装和船上舾装，即开展区域舾装。
4、 由于船体建造和舾装、涂装相互结合组织，实现“壳舾涂一体化总装造船”。
5、随着造船技术的不断发展，精益造船、标准造船、数字造船、绿色造船将成为船厂的努力方向。
目前国内主要船厂一般处于三级向四级过渡阶段；国内先进船厂已达到四级水平；而象上海外高桥船厂、建设中的江南长兴岛造船基地明确提出将精益造船、标准造船、数字造船、绿色造船作为发展目标。
二、船舶建造工艺流程
（一）现代造船工艺流程如下简图。
（二）船舶建造工艺流程层次上的划分依据
1、生产大节点
开工——上船台（铺底）——下水（出坞）——航行试验——完工交船
生产大节点在工艺流程中是某工艺阶段的开工期（或上一个节点的完工期），工艺阶段一般说是两个节点间的施工期。生产大节点的期限是编制和执行生产计划的基点，框定了船舶建造各工艺阶段的节拍和生产周期；从经营工作看，节点的完成日也是船东向船厂分期付款的交割日。
2、工艺阶段
钢材预处理——号料加工——零、部件装配——分段装焊——船台装焊（合拢）——拉线镗孔——船舶下水——发电机动车——主机动车——系泊试验——航海试验——完工交船
3、以上工艺阶段还可以进一步进行分解。
4、需要说明的是以上工艺阶段是按船舶建造形象进度划分的，现代造船工艺流程是并行工程，即船体建造与舾装作业是并行分道组织，涂装作业安排在分道生产线的两个小阶段之间，船体与舾装分道生产线在各阶段接续地汇入壳舾涂一体化生产流程。
三、船舶建造过程的控制（应用于现代造船模式）
（一）钢料加工阶段
1、钢料加工过程
钢材备料——钢材预处理线（矫平、喷砂除锈、底漆）——放样号料——构件边缘加工（切割、加工焊接坡口）——构件成型加工（非平直构件加工成应有曲度）——船体零部件装配（平面接板、框架组立）。
2、船厂比较关注的问题
（1）钢料供应。船厂是钢材消耗大户，从产业关系看应该与钢厂建立利益共享的战略伙伴关系。如有的船厂与钢厂签订了长期合作协议，每年锁定一个钢材基价，既减少了受钢材市场价格波动影响，并能够保证供货期限和数量；有的船厂享有钢材优惠价格（如每吨下浮50 元）；还有的钢厂直接投资船厂成为股东单位等。
（2）钢料加工应形成分道加工的路径。大型船厂为组织分段组装流水线生产，在钢料加工阶段就要求相应加工后的构件定向、有序地传输到平面分段流水线、曲面分段流水线和型材加工流水线。在大连船务钢料加工车间：平直构件加工、带曲度构件加工压制、型材加工及弯制、构件小组立等，已形成划分明确的加工区域。
（3）提高钢材利用率是船厂降本增效永恒的主题。目前国内船厂钢材利用率（主船体钢材利用率、钢材综合利用率）一般在85—90%左右，其中中远川崎达到94%，日本船厂可达到95%以上。钢材利用率状况受到船型及设计、管理、场地等多因素影响。
努力开展船体与舾装同步设计，以提高一次套料利用率；
在钢料加工中心留有充分的余料堆放、分检、再利用场地，一是可调用余料进行二次套料；二是利用余料切割法兰、肘板、人孔盖等预制件；三是调用余料补充工装。
尽可能根据用料尺寸，多规格在钢厂组织定尺订货（这是日本船厂保持高水平利用率的优势）。
（二）分段制作阶段
1、分段是构成船体结构的实体。根据船舶建造工艺、场地条件、起重能力、周期要求等，一艘3—6 万吨级船舶分段划分大致在100—200个（大型船体结构如MPF1000 钻井储油船分段划分351个）。
2、分段名称
分段按几何特征可分为：
（1）平面分段：平面板列带有骨架的单层平面板架；
（2）曲面分段：平面板列带有骨架的单层曲面板架；
（3）半立体分段：两层或两层以上板架所组成的不封闭分段；
（4）立体分段：两层或两层以上板架所组成的封闭分段；
（5）总段：主船体沿船长划分，其深度和宽度等于该处船深和船宽的环形分段。特别需要指出的是：立体分段和总段是由若干平面分段和曲面分段所组成，由于平面分段和曲面分段是分段建造中的基本单位，作为船舶建造主流程，必须组织流水线生产。
分段按其结构所属部位可分为：
（1）底部分段
（2）舷侧分段
（3）甲板分段
（4）首尾分段
（5）上层建筑等
3、分段制作阶段建造组织措施：
（1）严格按批量顺序下料：
船体结构分段一般分20多个批次进行投料。在网络计划安排中按吊装顺序依次组织分段制作，这是由建造法决定的。
塔式建造法：
以尾部近机舱前的一个底部分段作为基准段在船台搭载，然后向首、尾及两舷自下而上依序吊装各分段。由于机舱分段需要安装大量设备、管路，所以需要尽早成型并吊装。
岛式建造法：
为缩短建造周期，将船体沿船长划分成2—3个建造区（岛），在每个建造区选择一个分段为基准段，按塔式建造法组织建造，岛与岛之间利用“嵌补分段”进行连接。
串联建造法（一条半造船法）：
当船台长度大于船长1.5 倍，且是批量建造情况下，可以在建造第一艘船的前半段的同时，在船台的前端建造第二艘船的尾段。待第一艘船下水后，第二艘船的尾段也完工，并移至船台尾端继续建造其前半段，同时第三艘船的尾段又在船台的前端建造。
总段建造法：
将预先装配焊接好的环形总段按照安装顺序进行船台装配。船厂在具有大型船坞、并有总组场地和起重能力予以保证情况下，采用总段建造法可以有效利用各主要生产资源。
（2）贯彻总装造船原则：
为充分发挥船厂主要生产设施（船台、船坞、总组场地和起重设备等）能力，应将生产主流程即组织流水线生产的项目留在厂内，能够以中间产品组织生产和供应的次流程项目，尽可能以“分包”形式扩散到厂外，实行“专业化生产、社会化配套”。“分包”指的是购买劳务，由船厂提供材料、图纸、进行工艺和质量监督，分包商提供加工后的中间产品，这些产品船厂不是不能制造，而是出于经济、负荷特别是总体效率等原因，主动将其交给分包商去制造。
（3）执行分段成品化交验：
按照“壳舾涂一体化”要求，在分段制作阶段，应将该部位的铁舾件、管舾件、电气焊接件尽可能地全部安装上去，并完成分段涂装工事。在分段下胎交验时，上下道工序必须依据清单进行逐项检查确认，尽可能减少施工项目在工序间的流转。分段成品化制作，虽然加大了该阶段的工作量，但从能率测算看，同一工事项目工时消耗量，在分段舾装阶段、船台舾装阶段、水下舾装阶段的比例为——1：5：9。目前国内船厂分段予舾装率（铁舾予舾装率、管舾予舾装率）在80—90%左右，而日韩船厂接近100% 。
（4）扩大总组吊装数量：
无论是老厂改造还是新厂规划，都强调在船台、船坞的周边扩建总组场地，利用大型起重设备，将几分段装焊成一个总段，以此为平台进行规模化舾装（包括正反转予舾装），而后一次吊装合拢（包括上层建筑）。一艘船总组吊装数量及完整性程度，体现了船厂的工艺水平和生产能力。
（5）调整工序生产能力：
按精益管理的要求实现流水节拍造船，使各工序物流有序、量化、可控地运行，既不能中断，也不应积压，这是船厂追求的目标。为此在生产管理中要按照先进合理 的定额水平（以加工的原单位数据为基础），组织工序生产能力测定：在工艺流程中由后向前测定需求，找出薄弱环节和影响因素，并予以消除。
（6）努力采用新工艺新技术：
在分段制作阶段推行精度管理，逐步做到无余量下料、切割和装配；大力采用高效焊接技术；推行盆舾装、正反转予舾装等。
（三）舾装件（铁舾件、管舾件、电气焊接件）加工、集配、安装阶段
1、舾装作业与船体建造是并行分道组织（只是在讲述中排在分段制作阶段之后），按施工阶段和区域分为单元舾装、分段舾装和船上舾装。
单元舾装：将若干相关设备如泵、电动机、控制器等安装在一个共同的基座上装配成一个单元，然后再将此单元作为整体在适当的舾装阶段安装就位（有条件的单元在制作时可完成泵压或电气试验）。
分段舾装：当分段倒置时在甲板顶面安装，分段翻身后在甲板表面安装。
船上舾装：当船体总装时和总装后，在船上一个舱室内或跨几个舱室进行安装。
2、舾装件加工、集配、安装阶段建造组织措施
（1）为保证舾装作业与船体建造并行展开，必须努力作到舾装设计与船体设计达到同步。从设计关系看，船体设计是先行开展的，在船体设计提供背景图情况下， 舾装设计才能确定设备位置、管系走向。因此所谓“同步设计”是一个要求，即紧密跟踪船体设计进度，一经具备条件舾装设计迅速展开，并在较短时间内满足舾装 作业与船体建造对供图的需要。
（2）舾装集配中心的选址。在厂区面积充裕的情况下舾装集配中心尽可能设在厂内，既可缩短配送路途又能保证及时性。但由于船厂推行壳舾涂一体化总装造船模 式，对舾装件加工、集配和安装无论是及时性还是完整性，提出了更高的要求：一是对种类多、规格杂、数量大的铁舾件实行专业化生产；二是管子加工按种类、口 径等划分实行 “管件族制造”；三是对舾装作业实现“托盘”设计与管理。为此，许多船厂将舾装集配生产线从厂区主生产线分离出去，在离厂区尽可能近、运输方便并有足够面 积的地方建设舾装集配中心（需要说明的是在管子制作安装工事中，仍需要现场管制作和管子修改，在厂区内仍设有管子加工厂房、设备）。
（3）舾装集配中心的功能。
a、按订货清单组织舾装件制作；
b、对通用件、予制件等扩大予制并实行库存管理；
c、对舾装件按类型、规格合理堆放；
d、根据各托盘表的标识进行分检、配托；
e、按指定的时间将托盘配送到指定的地点。
目前大船重工舾装公司已形成相当规模：在土城子占地20 余万平方米，设有管子加工流水线（同时统管新老厂区、博森公司等管子加工生产）；铁舾装件加工基地；单元、模块制作基地，配有相应的库房和场地。在舾装公司周围，还有若干铆焊厂，已形成造船加工配套产业群。
（4）托盘设计与托盘管理
“托盘”是造船的实用术语。从形象看是一个钢质材料制成的筐，承载着托盘表所列的舾装件、连接件，按照一个作业小组3-5 天的工作物量，送到指定的作业地点，所以也称“任务包”；托盘实质反映了一种管理思想，托盘表表达了完成工作单元的信息和指令。托盘表来源于托盘设计图纸 文件的分解，设计人员必须执行托盘表不能“跨阶段、跨区域、跨类型”编制的原则，特别强调的是设计人员必须对生产进度、施工区域划分、现场施工条件及施工 劳动量有较清楚的了解，否则编出的托盘表将会给现场施工造成混乱，这在各船厂都经历了一段过程。目前大船重工已将工艺路线和定额人员编入专业设计室，以期 加强托盘设计。对托盘生产管理来说，关键是保证托盘配齐率，目前铁舾托盘配齐率能够得到保证，但管舾托盘配齐率由于管系附件品种繁杂，有时配套出现缺件， 影响的到装配完整性。
（四）船台（船坞）合拢阶段
船台、船坞是船厂最重要的生产设施，船台（船坞）合拢工程的组织和周期的控制，决定着船厂的产品产量。因此,在该阶段的中心任务就是如何缩短船台（船坞） 建造周期。特别是对于拥有大型船坞的船厂来说，由于坞容较大，如何同时合理摆放几条船位并对各船只工程进度作到同步控制尤其显得重要。如某船厂20 万吨级船坞可同时摆放4 条船，4 个月开一次坞门年产出船舶10 艘左右，目前工程进度控制可以达到2 个月开一次坞门，年产出船舶增加到20 艘左右。
围绕缩短船台（船坞）建造周期：
1、对于船体建造的要求是严格执行吊装计划组织连续吊装，从工程控制角度看：一是要避免出现“卡壳”分段影响吊装；二是要有充分的分段储备保证工程进度。
2、对于舾装作业的要求是必须在生产管理和作业单位建立起一个理念：“船下就是安装，船上就是调试”（最大限度地提高分段予舾装率），具体的要求是在分段 制作阶段已将设备机座、管系、单元模块安装或制造完毕，在船台阶段主要组织各系统连接、管系泵压串油、电气通电等校验调试工事。
3、重视并组织“工序前移”工作。船台建造阶段在船舶建造工程中是组织难度大、投入劳动多的阶段：分段吊装、船上舾装、设备定位、主机吊装等交叉作业。但从整体工程安排看，各船厂正努力将传统造船时期水下建造阶段的工事提前到船台建造阶段完成，即组织“工序前移”工作。这是因为下水后，一是主要设备已经定位，封舱件安装后甲板已经扣上，如果出现差错和重大修改物件调运非常困难；二是码头区域起重能力低于船台吊车；三是封舱后船内舱室作业将受到条件和环境的影响。因此要将船舶下水后一些关键项目，全部或部分在船台建造阶段完成。如着力组织发电机系统的管系合拢安装、密性试验、设备定位及调试，使船舶下水后尽快争取发电机动车，为其他关联工事展开创造条件。
4、开展船舶下水完整性检查。为改变船厂在计划节点强行下水的传统作法，生产管理部门制定了各船只下水完整性项目清单，确定船舶下水前必完项目，以及部分跨期到下水后项目完工百分比。船舶下水前生产管理部门组织专项检查，经公司主管领导审定后才能下达船舶下水指令。
（五）水下作业阶段
该阶段主要控制项目为：船舶下水、发电机动车、主机动车。
1、船舶下水是利用下水设备将船舶从建造区移入水域的工艺过程。通常的方法有重力式下水、漂浮式下水、机械化下水。
2、发电机动车是一个标志性节点。它意味着舾装作业已经基本结束，各系统、设备进入到交验阶段。
3、主机动车象征着该船已经趋于完整，安装和交验也基本结束，施工重点转入到试航前的准备和完善工作。
在水下作业阶段对生产管理的要求：
1、船舶下水主要是安全保障。包括数据测算、潮汐情况、设备检查、下水作业的调度与组织。
2、调试工作的组织。过去系统和设备的调试是由生产车间承担的，但随着船舶建造数量的增加，特别是设备机电一体化程度的提高，调试工作的重要性日益显现出来。在划分安装与调试工作界面及责任的基础上，船厂已成立了专门的调试队伍，按专业统一组织安排调试工作，包括对设备服务商的配合项目。
（六）试航交船阶段
在船舶整个建造过程中，经常性地对各工程项目进行严格的检验与验收。在船体主体工程和动力装置等安装完工后，需要由船厂、船东和验船机构三方代表参加，共同负责船舶的试验与验收工作，试验与验收分两阶段组织。
1、系泊试验：是将船系泊于船厂码头上进行，船舶基本处于静止状态，其目的是检查船体、机械设备、动力装置、电气装置的质量和安装可靠性，使船舶达到具备试航的条件。
2、航行试验：是对新建船舶全面的、综合性的一次试验，试航前拟定有航行试验大纲，准备好必备的测试仪器和设备，在航行中主要测试主机、操舵、抛锚、测速、回转、惯性、通导等试验。
3、航行试验后生产管理部门负责按清单组织完成扫尾项目、向船东移交备品备件；技术部门按照合同要求提供完工图纸和文件；质量部门按照合同要求提供产品质量证书；经营和财务部门在加减账项目与金额得到确认的情况下与船东进行价格结算。当交船协议签署后，船厂就完成了交船任务。
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