船舶建造精度控制技术.docx

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船舶建造精度控制技术

第一章现代船舶建造精度管理基础

1、现代船舶生产中，船舶零件为了尽量减少修整工作量，各国在取得大量船舶生产实践测量数据的基础上，运用数理统计方法，逐步以不需修割的零件补偿量代替余量的方法来控制造船偏差，这样逐步发展形成了一门技术称为造船精度管理技术。

2、现代船舶建造精度管理技术是以船舶建造理论为基础的系统工程，是建立在管理学、测量学、金属材料学和可靠性理论基础之上的综合性学科。

3、造船精度管理是当代造船的重大新技术之一，它主要是在船舶建造过程中加放尺寸补偿量取代余量，通过合理的工艺技术和管理技术，对船体零件、部件和主尺度进行精度控制，以提高建造质量，最大限度地减少现场修整的工作量，缩短船舶建造周期，降低船体建造成本。

4、精度造船简单地说就是在船舶建造过程中用补偿量代替余量，逐步增加补偿量的使用范围，并控制船体结构位置精度。

以最少的成本将船舶建造的主尺寸偏差、线形偏差和结构错位控制在标准范围内，保证船舶质量。

精度管理是一项系统工程，对船舶制造企业而言，关键是全面、全过程推行精度控制，其核心是实施造船精度设计。

5、船舶建造精度管理的对象为船舶在建造过程中产生的收缩变形、扭曲变形和角变形。

其内容包括健全精度管理体系、建立精度管理制度、完善精度检测手段与方法、提出精度控制目标、确定精度计划、制订精度标准、制订预防尺寸偏差的工艺技术措施和精度超差后的处理措施等。

6、通过船厂实践表明，开展船体建造精度管理可以使装焊工效提高1~2倍，使船体建造总劳动量减少10%左右。

7、精密工程测量是采用非常规的测量仪器和方法，使其测量的绝对精度达到毫米级以上要求的测量工作。

8、PDCA质量循环理论。

PLAN代表计划、DO代表执行、CHECK代表检测、ACTION代表改进，表示质量管理持续改进的一个循环。

9、装配间隙尺寸（封闭环）=理论尺寸（组成环）-实际尺寸（组成环）+焊接补偿值（组成环）

10、船舶建造精度管理是一门交叉学科，涉及很多新工艺、新技术。

船舶建造精度管理的相关技术有软件技术、测量技术、信息技术、设计技术、装配技术、焊接切割技术、成型矫正技术等。

11、对船体零件、工件和中间产品，通过加工、装焊、火工矫正等多道工序，而产生的变形及收缩进行定性和定量分析后，加放的比实际变形及收缩略大的工艺量值，一般要在装配后割除部分称为余量。

12、对船体零件、工件和中间产品，通过加工、装焊、火工矫正等多道工序，而产生的变形及收缩进行定量分析后，加放相当于实际变形和收缩的工艺量值，一般不需再切割部分称为补偿量。

13、基本尺寸指图面上标注的理论尺寸，它是描述零件、工件和中间产品（部件、分段和总段）的几何形状、外形尺寸以及所处位置的量值。

14、尺寸偏差指基本尺寸与实际尺寸的差值。

15、单位：

管理基准及允许界限中长度相关的没有特别注明的单位用“mm”（毫米）表示；管理标准及允许界限中角度相关单位用“°”（度）表示。

16、技术管理模式通常包括：

产品价值链、单件流水作业、拉动计划体系和4S管理等。

17、在精益造船模式中，要实现上述工作要求的管理叫做4S管理。

其中4S管理含义是整理（日语罗马拼音Seiri，英语Sort）；整顿（日语罗马拼音Seiton，英语Stabilize）；清扫（日语罗马拼音Seiso，英语Shine）；清洁（日语罗马拼音Seiketsu，英语Sustain）。

18、准时生产和零缺陷施工是精益造船模式的两个最重要的理念。

就是在需要的时候，按照需要的数量，生产需要的产品。

不允许出现任何人员和物料的等工现象。

组织准时生产的最大好处，就是可以大大减少人工和物资的浪费，没有库存，没有闲置劳动力。

第二章船舶建造精度管理体系

1、建立船舶建造精度管理体系目的是为了指导精度管理技术开展和精度管理体系建设，以确保公司精度管理工作系统有序推进。

2、船舶建造精度管理体系在船舶企业通常作为造船质量管理体系的一个子系统，体系主要包括组织体系、精度标准、资源管理、精度控制、测量改进和信息技术等几个方面。

3、精度标准包括补偿量标准、精度检验标准、精度控制基准、精度测量表和基准线设计基准等。

精度标准制定时通常应该能够满足企业员工95%的操作技能要求。

4、要进行造船精度管理必须对影响造船精度的各种资源进行管理，这里的资源主要包括人力资源、物质资源、信息资源等。

5、船舶建造精度控制就是造船过程中的船体尺寸精度控制（DimensionalAccuracyControl），是指为使船体实物模型与设计模型的尺寸尽可能一致，从而对船体实物模型进行管理控制的一切行为。

它通过分析船舶建造过程中实物产品与设计模型之间的偏差来控制船舶产品在各个阶段中所产生的精度问题。

6、精度管理计划可以分成三个部分，即初步计划、详细计划和工艺计划。

第三章工程测量技术

1、工程测量学因应用领域不同，现有多种定义方法，其中包括应用在船舶工程技术领域较为概括和抽象的定义是研究地球空间（包括地面、地下、水下、空中）具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论、方法和技术的一门应用性学科。

2、测量学按照研究对象及采用技术的不同，又可分为：

大地测量学、工程测量学、摄影测量与遥感学、海洋测量学和地图制图学等。

3、工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。

4、测量学的内容包括测定和测设两个部分。

测定是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据，或把地球表面的地形缩绘成地形图。

测设是指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上（或特点位置）标定出来，作为施工的依据。

5、随着测量技术的发展，工程技术中所采用的测量方法也不断地发生变化，目前常采用的测量方法包括：

直接测量、间接测量、接触测量、非接触测量、组合测量、比较测量等。

6、假想有一个静止的海水面，向陆地延伸形成一个封闭的曲面，这个曲面称为水准面。

7、测量工作的主要任务之一是确定地面点的空间位置，其表示方法为坐标和高程，而地面点的空间位置与一定的坐标系统相对应。

8、地面点到某一高程基准面的垂直距离称为地面点的高程。

9、测量工作中常用的高程基准面有参考椭球体面和大地水准面，其相应的高称为大地高和海拔高。

地面上任意两点之间的高程之差称为高差。

10、在工业测量中，测量工作的基本原则具体体现为“先控制测量，后细部测量”。

11、三坐标测量机是工业部门应用最多的坐标测量仪器，在中小型工业设备的安装检测中发挥着重要的作用。

12、在设备的安装和调试中，直线的准直是轴线调整的主要内容，也是设备粗定线、轴线调整经常用到的一项测量工作。

第四章船舶建造精度测量

1、可靠的检测工具和较高的测量水平是提高造船精度的保障。

2、零件切割前要用游标卡尺测量钢板厚度，零件坡口要用焊接量规检测坡口角度，零件切割要用卷尺抽查零件尺寸，偏差超过标准要调整切割机参数。

3、船体零件弯曲加工精度是保证船体线型的前提，分为冷加工和热加工两种。

4、小组拼板时要用卷尺检测拼板尺寸，用粉线检查直线边缘的直线度。

中组曲面板拼板前要用激光经纬仪和直尺制作或检测中组胎架，用直尺检测板在胎架上的定位尺寸，用卷尺检测拼板尺寸，用粉线检查直线边缘的直线度。

5、分段装配前要用激光经纬仪和直尺制作和检测大组胎架，要用卷尺测量大组拼板尺寸并进行二次划线和检测。

6、船舶建造过程中，由于需要测量的船体结构或部件的结构尺寸较大，其测量一般可归结为大、中尺寸的测量，依据造船过程中所采用的测量工具的使用方法可将其分为，直接测量、间接测量和坐标测量三种。

7、船舶建造精度控制测量主要内容包括：

厚度测量、长度测量、角度测量、高程测量、准直测量等。

8、数据采集主要有基准测量、添加测量、对比测量和双标靶测量等坐标测量模式，可供用户根据实际需要选择使用。

9、无法直接照准的待测点，可采用双标靶测量方式测量。

10、迁站测量是现场测量作业时，由于在一些地方无法将待测对象的所有面进行勘测，所以需移动仪器，并将剩余面与先前测定过的面进行衔接后继续测定。

11、坐标系转换模型主要有：

分步转换模型、三维非线性整体转换模型。

12、数据计算与分析主要包括：

两点间距离、直线度、三点间角度、三角形面积、构件间角度和平面度的计算。

13、测量目标多，测量点复现情况复杂，反射片测量是船厂测量的主要任务。

分段上的被测量点往往是设计要求的结构交叉点，测量过程需要复现这些结构交叉点。

14、全站仪测量系统是利用极坐标（球坐标）的测量原理，只需要测量一个斜距和两个角度（水平角和天顶距）就可以得到被测点的三维坐标。

15、在造船精度控制测量系统中，可存在多种不同的坐标系，如测站坐标系、物方坐标系、设计坐标系。

16、在实际船舶建造的测量操作中，由于受到多种因素的影响，测量所得的量值X通常并不能准确地等于被测量之量的真值A，我们将二者之差称为测量误差。

17、测量误差按性质分为粗差、系统误差和偶然误差。

18、系统误差常有一定的累积性，所以在测量结果中，应尽量消除或减弱系统误差的影响。

19、偶然误差是测量条件中各种随机因素的偶然性影响而产生的误差。

偶然误差可视为服从正态分布的随机变量。

20、船舶建造精度测量误差主要包括测量人员误差、仪器误差、测量方法误差、测量环境误差和材料误差五个来源。

第五章船舶精度测量工具与使用

1、船舶建造精度测量仪器可分为通用仪器和专用仪器。

2、钢尺是目前用于工程设备建造过程中直接丈量的主要工具，通常有钢直尺和钢卷尺两种。

船用钢卷尺的长度公差通常要求为小于1mm。

3、在许多精密工程测量的实际工作中，往往需要测定一点至一条直线的垂直距离，称为偏距测量。

偏距测量工作的特点是垂直距离一般比较小，如不超过2m，但绝对精度很高，一般要求达到几十个微米。

4、水准仪按结构分为微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和数字水准仪（又称电子水准仪）。

按精度分为精密水准仪和普通水准仪。

5、自动安平水准仪是借助于自动安平补偿器获得水平视线的一种水准仪。

6、水准仪的使用包括水准仪的安置、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数等操作步骤。

7、经纬仪是根据测角原理进行设计，主要用于测量水平角和竖直角的仪器。

8、经纬仪的安置包括对中和整平。

第六章船体结构的尺寸基准

1、船体主尺度表示船体外形大小的主要尺度，通常包括船长、船宽、船深、吃水和干舷。

在船舶建造过程中，它是作为核定船台、船坞或某个区域建造能力的标志。

2、板架结构通常是由板和纵横交叉的骨材和桁材组成，骨材和桁材可增强板对外力的抵抗能力。

其中较小的骨材数目多，间距小，较大的桁材数目少而间距大。

根据较小骨材布置的方向，板架结构可分为纵骨架式、横骨架式和混合骨架式三种类型。

3、船体结构主要是由钢板和型材组合而成的，一般组合形式有对接、搭接、角接及T字接头四种。

a）b）c）d）

4、主船体的尺寸基准。

在船舶设计和建造阶段，确定船体形状与位置的尺寸基准采用的是三基面体系。

三基面体系是由三个相互垂直的平面组成，分别为基平面、中线面和中站面。

5、在船体作业时先把各零件、组立或分段，在统一的基准边以相同的尺寸先进行划线，用来指导正确的组立以及搭载阶段测量所做的基准，作为现场作业指导和精度管理的基准，以确保制造出良好的船体结构尺寸所设定的参考线。

基准线是船舶建造从零部件对接开始直到搭载结束的整个船体建造中，确保施工人员进行精度施工的基础。

6、为了在全船施工中将基准线形成统一的标准并且方便施工人员进行分段装配、总组和搭载施工，设定统一的150M.K基准线，本尺寸为理论值。

在实际工作中按照150mm减去相应的坡口间隙值后进行施工。

在总组、搭载时将基准线之间的尺寸控制在300mm，从而对整个总组和搭载进行控制。

7、基准线施工的位置根据工作的需要大致按照以下部位进行施工。

以机舱前舱壁为界在船首方向以船尾为基准，在船尾方向以船首为基准施工，如图6-35所示。

8、船首、船尾方向施工基准。

船左右方向的分段（甲板、双层底等）以中线和尾部为基准施工。

9、船左右方向的施工基准。

船上下方向的分段（舷侧、舱壁等）以底部和尾部为基准施工。

10、底部分段是货舱区最基本的分段形式，针对有横舱壁构架的部位其水平度尤为重点控制项目。

11、舭部分段也是货舱区最基本的分段形式，特别针对带有横舱壁构架的部位需重点检测。

第八章船舶建造三维精度测量技术

1、三维测量技术是指采用先进的测量设备，在一个六面体的空间范围内，测量出能够表现物体几何形状、长度及圆周分度的测量方法，又称为三坐标测量。

2、全站仪与船舶3D设计系统的三维精度测量技术，是通过在室内计算机三维模型上选取测量点，再在船舶建造现场选取与三维模型相对应的位置点利用全站仪进行现场测量，测得的数据存入PDA中，最后将PDA存储的测量数据输入到计算机三维模型上，从而实现与理论值的对比与分析。

3、根据全站仪搭载定位机载程序，只需测量搭载分段上至少3个控制点，程序就自动算出，搭载分段和基准分段在搭载面上各对应控制点坐标的三向偏差量，根据偏差提示，可对搭载分段进行调整，从而实现一次定位，快速搭载。

问答题：

问答一、精度管理的基础理论和方法

船舶建造精度管理属于系统工程范畴，精度管理所涉及的基础理论包括精密工程测量技术、系统工程理论、工业工程理论、控制论、PDCA质量循环理论、尺寸链理论、木桶理论等。

基本理论方法包括精密测控方法、过程控制方法、数理统计方法和有限元分析方法等。

精密工程测量技术

系统工程

工业工程

控制论

PDCA质量循环理论

尺寸链理论

木桶理论

精密测控方法

过程控制方法

数理统计方法

有限元方法

基础理论

基本方法

精度管理的基础理论和方法

图1-1精度管理的基础理论和方法

问答二、船舶建造精度管理关键技术

船舶建造精度管理在国外造船发达国家已全面实施。

但目前对我国造船企业而言，其关键和核心的管理技术包括以下几个方面：

（1）对合线基准技术。

对合线基准技术主要是将船体建造各阶段，如零件、部件、分段、总段等所依据的点、线、面，采用统一对合线技术来控制精度。

其中对合线包括定位线、安装线、参考线、检验线、对合线等。

（2）全船余量和补偿量加放技术。

全船余量和补偿量加放技术就是用补偿量代替余量，以此尽可能减少加工、制作过程中的二次调整、二次切割等工作。

（3）变形和反变形控制技术。

变形和反变形控制技术是指船体建造在经过切割、加工、焊接和吊装等工序后，都会产生一定的变形，但通过研究变形产生的因素或机理，预先采取一定的处置措施来消除或减少变形的技术。

（4）数理统计技术。

数理统计技术是在船舶建造过程中产生各种大量数据经过收集、整理形成完整精度数据库，然后用先进的数理方法和统计分析技术对精度数据进行分析形成有用反馈信息来支撑精度管理。

（5）完善预合拢模拟搭载技术。

完善预合拢模拟搭载技术是利用技术三维分段建模模型，通过三维分段测量技术将实际分段建造的尺寸偏差数据测量出来，并在专用的造船精度管理软件系统中进行模拟搭载分析，用分析结果来指导具体搭载工作的技术。

问答三、国外的船舶企业把无效时间内产生的浪费描述哪7种？

（1）过量生产浪费。

过量生产浪费就是船舶生产过程中在下道工序需要之前提前生产了大量的中间产品（零部件、舾装件或分段等）。

其实真正造成浪费的是过量生产。

（2）不良品生产浪费。

  船舶建造过程中一旦出现不良品，如果可以经过修理变成良品，这里的维修就是浪费。

（3）库存浪费。

现代船舶生产要建立库存等同于浪费的观念。

库存包括原材料、在制品和成品的库存，库存的物品占用了大量的资金，放在那里的时间的浪费就是资金的浪费；库存需要人来管理，造成人力的浪费；库存需要仓库、堆放场地和空间，造成资源的浪费。

（4）操作浪费。

产生任何不增加市场和客户价值的人和物的移动及多余动作都是浪费。

（5）加工浪费。

船舶建造过程中通常是按照船级社或相关管理部门规范要求组织生产，如果生产产品的品质远远高于所规定的要求，其任何超过市场和客户需求的额外加工都是浪费，俗称质量过剩。

（6）运输浪费。

船舶部件生产中，如果产品出现来回多次搬运，产生任何不符合产品增值要求的原材料、在制品和成品的搬运都是浪费。

（7）时间浪费。

船舶生产流水作业要运行流畅，解决其中的瓶颈流程，通过设计和改善，减少滞留现象。

物的等待造成生产不能连续作业；人的等待造成企业最重要资源的浪费。

问答四、建立精度管理体系的作用。

（1）减少了无效劳动。

造船企业实行船舶建造精度管理，可以减少无效劳动，对提高造船质量、降低成本和缩短周期将起到积极作用。

同时可以提高船舶建造技术水平，实施科学管理，拓宽市场开发。

（2）提高了产品质量。

实现船舶建造精度管理后，船舶的装配精度能够得到明显改善，各种间隙、余量和错位大大减少，船体结构内的应力分布趋于均匀，船体强度得到了保证，可以大大提高船舶营运的经济性和安全性。

（3）降低了作业难度。

实施造船精度管理，能够减少船舶建造过程中的结构修割，将船坞（船台）作业和高空作业改成平台上作业，降低作业难度和劳动强度，改善工作环境，保证造船生产工人的安全和健康。

实施精度造船后，各种部件、结构件和分段的尺寸精度提高了，船体装配成为简单要素作业，大大降低了工人的熟练化程度要求，从而减少了作业时间，缩短了生产周期。

（4）有利于高效焊接。

实施精度管理后，由于船体的焊缝精度得到了控制与提高，使得高效焊接设备的使用成为可能。

同时，高效焊接设备的使用使生产效率得到了明显提高，焊接精度和质量也得到了进一步的稳定和提高。

由于减少了修割和返修，因此节约了资源、能源消耗，减少了排放和环境污染，同时这也是建设资源节约型、环境友好型企业的要求。

（5）增强了国防建设。

军舰建造要保证军舰船体线形和航速，因此都采用模块化建造，应用精度管理技术尤为重要。

问答五、精度管理中的主动管理和被动管理是什么含义。

（1）主动管理。

主动管理是指通过在过程中的控制及事先的预防来达到精度要求。

在船舶生产中，切割、加工、焊接等分段组立的全部过程中，事先进行一系列预防分段变形的措施。

如改善设计、钢材厚度、切割、焊接等工艺方法。

（2）被动管理。

被动管理则指通过利用后期测量所得到的数据来对产品进行修正达到精度要求。

船舶生产中对已经发生变形的分段，在组立/搭载过程中进行控制。

利用全站仪进行数据采集，再通过软件分析，寻求对策，最后对已经发生变形的分段进行修改。

如热变形、修正垂直度、火工校正，划线、确定基准点、添加扶强材、确认焊接顺序等。

问答六、工程测量过程中必须掌握的四个要素是什么。

（1）测量对象：

主要指几何量，包括长度、角度、表面粗糙度以及形位误差等。

（2）计量单位：

确定米制为我国的基本计量制度。

在长度计量中单位为米（m），其他常用单位有毫米（mm）和微米（μm）。

在角度测量中以度、分、秒为单位。

（3）测量方法：

指在进行测量时所用的按类叙述的一组操作逻辑次序。

（4）测量的准确度：

指测量结果与真值的一致程度。

问答七、研究船舶建造测量的意义。

（1）提高制造精度，确保拼装效率。

（2）转换造船模式，实现“数字化造船”。

（3）拓宽船舶市场，提高竞争力。

问答八、船舶建造测量的主要研究内容

（1）测量船体（分段）的型长、型宽、型深

（2）还原船舶设计坐标系。

（3）绘制吃水线和水尺

（4）船舶分段建造三维放样。

（5）对隐蔽点进行测量。

（6）船舶分段空间位置计算。

（7）船舶分段建造精度检测。

（8）船底平面度测量。

问答九、全站仪坐标法测量原理。

全站仪架设在已知点A上，只要输入测站点A、后视点B的坐标，就可测定待定点P的三维坐标。

如图4-1所示，O为测站点，P为放样点，S为斜距，Z为天顶距，α为水平方向值，则P点相对测站点的三维坐标为：

图4-1坐标测量原理

问答十、精度测量过程中在对坐标采集的时候，坐标系的建立有几种方法。

全站仪测量得到测点在测站坐标系下的三维坐标，考虑到实际测量操作及数据分析的需要，系统在测量特征点坐标同时，以被测物体为主体建立测量坐标系，并将后续测点坐标从测站坐标系

转换到测量坐标系

中。

坐标系的建立有以下几种情况。

（1）原点点1、X方向点2建立的坐标系。

将最先测量的两个点，即点1、点2确定的铅垂面作为XZ平面，以点1作为坐标系的原点，过点1的铅垂线方向作为Z轴方向，过点1且与XZ平面正交的方向作为Y轴方向

（2）X轴点1-点2、Y轴点3建立的坐标系。

将最先测量的三个点确定的平面作为XY平面，以点1作为坐标系原点，点1和点2连线方向作为X轴，过点1且与XY平面正交的方向作为Z轴方向

（3）X轴点1-点2、Z轴点3建立的坐标系。

将最先测量的三个点确定的平面作为XZ平面，以点1作为坐标系原点，点1和点2连线方向作为X轴，过点1且与XZ平面正交的方向作为Y轴方向建立

问答十二、基准线的用途

船舶施工基准线用途主要包括以下几个方面：

（1）在部件装配、分段装配、搭载和总段合拢时作为尺寸控制基准。

（2）在各阶段装配焊接施工时对焊接收缩值进行测定。

（3）在实施精度管理时作为的管理控制基准。

问答十二、确定理论线的基本原则

（1）壳板为内缘。

在有壳板的结构中，例如外板、甲板、烟囱、轴隧、流线型舵等，壳板的理论线（ML）取在板的内缘

（2）上下靠基线。

在船体高度方向的构件，以靠近基线（BL）的一边为理论线

（3）左右靠中线。

在船体的宽度方向，凡位于中线两旁的构件，以其靠近船体中线的一边为理论线

（4）首尾靠船中。

在船体长度方向，位于中站前后的构件，以靠近船中的一边为理论线