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一种大型复杂基座及结构一体化制造工艺研究

作者:未知

  摘  要:某新型设备采用内嵌方式布置在船体上层建筑外侧壁板上,对该区域外板表面及设备自身基座有具体精度要求,但本型产品上建外侧壁板板厚普遍较薄,首制船在设备安装前检测发现存在精度超标情况,需采用贴板后再人工打磨方式找平,考虑施工过程中需反复兼顾基座安装及贴板施工的相互作用,效率较为低下,文章主要论证通过合理改变分段划分及分段建造流程,将基座及结构一体化并采用整体机加工方式以保证安装面精度,进而提升生产效率。
  关键词:合理分段划分;调整建造流程;基座及结构一体化制造
  中图分类号:U662         文献标志码:A         文章编号:2095-2945(2019)16-0103-02
  Abstract: A new type of equipment is arranged on the outer panel of the hull superstructure in an embedded way, which has specific precision requirements for the surface of the outer plate and the base of the equipment itself, but the thickness of the outer panel built on this type of product is generally thin. The inspection of the first ship before the installation of the equipment found that the accuracy exceeded the standard, and it was necessary to use the manual grinding method after the plate was affixed to leveling, considering that the interaction between the base installation and the plate construction should be taken into account repeatedly in the construction process, and the efficiency was relatively low. This paper mainly demonstrates that by reasonably changing the division and construction process, integrating the base and structure and adopting the whole machining method to ensure the accuracy of the installation surface, so as to improve the production efficiency.
  Keywords: reasonable segmentation; adjustment of construction process; integrated manufacturing of pedestal and structure
  1 背景及概述
  目前该型产品具有尺度大,结构复杂,新研设备多,设备定位及安装精度要求高等技术特点。其中某新型设备改型后不再使用露天安装方式,而是采用内嵌方式布置在艉部上层建筑外侧壁上,该新型设备及其基座整体尺寸较大,安装精度要求高,但目前本型产品关于此区域的建造方式为:结构大开口分属两个分段,船台搭载阶段分段合拢时大开口完整成型,对大开口区域外板表面矫平后采用专用工装辅助设备基座安装并矫平,保证基座表面及外板表面(该表面为设备安装面)精度达标后,设备上船安装。由于本型产品上层建筑外侧壁板板厚普遍较薄,设备安装前针对外壳安装面及基座表面的精度控制在船台阶段耗费大量时间,严重制约后续设备安装且不符合目前趋于节约搭载周期的先进造船理念,故本文主要針对此设备基座及结构一体化制造工艺研究进行分析。
  2 工艺方案研究分析
  2.1 工艺改进方案
  该新型复杂设备结构大开口位于艉部上层建筑左右舷舷侧外侧壁区域,长约7米,高约1.2米纵向布置,根据设备安装要求,设备外壳安装面的不平度不允许超过8mm,表面粗糙度Ra为6.3;设备基座的面板不平度不允许超过8mm,表面粗糙度Ra为6.3。根据原有分段划分,设备安装的大开口分别划分至007,008分段内,原有建造流程为007分段与013分段,018分段形成00C正态总组,船台阶段00C总组与008分段合拢形成完整艉部上层建筑;艉部上层建造成型后,制造完毕的设备基座与基座辅助框架固定连接后上船安装,辅助框架待设备安装前拆除。
  考虑吊装及焊接变形等诸多因素的影响,在艉部上层建筑搭载结束后,设备安装前对设备外壳安装面及基座面板的不平度及粗糙度进行检测。外壳安装面根据实际变形量首先采用火工矫平方式,再采用局部增加贴板而后再人工打磨的方式以满足设备安装精度要求。由于此区域布置设备纵向大开口,设计时考虑结构强度因素,大开口区域结构骨架密集,焊接变形量不可控(舷侧外板较薄,大组阶段骨架烧焊易引起外板变形;搭载阶段,大开口所在为分段接头区域,接头烧焊工作引起外板二次变形,且正态总组状态下分段接头焊缝为立焊,与平焊相比,焊接难度较大),搭载完成后仅采用火工矫平方式难以实现精度要求,故该型产品首制船采用火工矫平再贴板后打磨方式以使安装面精度达到要求。基座面板通过采用基座辅助框架约束方式,变形量较小,目前首制船在辅助框架拆除后,仅需对基座面板进行局部打磨即可满足精度要求,但考虑基座安装过程的火工作业对周边构件的影响,在实际操作过程中,需反复兼顾基座安装及外壳贴板施工的相互作用。   该施工方式虽对场地无特殊要求且无需大型加工设备配合施工,但同时也存在如下缺陷:(1)火工矫平、贴板、打磨均为人工作业,耗费大量工时,影响后续设备安装;(2)船台阶段上层建筑搭载完成后外板表面施工为高空作业,存在一定的安全隐患。(3)考虑反复兼顾基座安装及外壳贴板施工的相互作用,对于现场施工人员而言,基座在船台阶段安装仍具有一定不便性。
  随着造船行业生产节奏日益加快,生产周期的不断压缩,结合考虑现场施工便利以及减少安全隐患,可将该型复杂设备对船体精度的要求,通过合理调整分段划分和分段的建造流程,实现该复杂基座和结构一体化制造,并采用机加工的方式以保证外壳安装面及基座面板精度,进而提高生产效率,以期达到提质增效的目的,具体实施方案如下:
  (1)合理调整分段划分:考虑原有分段划分导致结构大开口不处于同一分段内,可将008分段靠艏部设备大开口区域结构完整并入007分段(原007,008分段大接头为FR256+100,大开口艉部边界为FR258+100,综合考虑舷侧外板肋骨及甲板横梁布置,可将大接头修改至FR261+100处),保证大开口及周边关联结构处于同一分段内,减少搭载阶段分段接头烧焊工作对大开口区域结构平面度的影响,同时对精度指标进行分解,将设备针对此区域的表面不平度及粗糙度指标体现在船体分段组立图内。
  (2)优化分段建造流程,并将设备基座安装阶段提前至大组立阶段:原007分段以甲板为基面反造,舷侧片体完成中组、其余构件在部件作业区完成小组后送大组形成完整分段,考虑机加工场地限制因素,完整007分段无法满足机加工要求,可将新007分段一拆为二,分别为007A,007B,在靠近中纵位置将分段分成左右两个小分段,避免构件过大无法加工的同时,也可加快建造节奏,缩短制造周期。小分段仍采用以甲板为基面反造的方式,舷侧片体完成中组、其余构件在部件作业区完成小组后送大组形成完整分段。在舷侧片体制作过程中,设备基座即可上胎架安装形成舷侧片体中组立(考虑基座与分段连接后具有较强的刚性约束,可取消基座辅助框架,简化制造流程),大组立制作完成后,送机加工车间对设备外壳安装面及基座面板进行机加工,精度指标易于控制。(注:该区域甲板上另有重要设备对精度指标有要求,大开口外板结构的一次完工,可避免后续的贴板更改对甲板产生变形等影响)。
  (3)简化船台搭载阶段施工工序:考虑型船连续建造的一致性,不对艉部上层建筑的建造顺序进行修改,007A与007B仍与013分段,018分段形成00C正态总组,船台阶段00C总组与008分段合拢形成完整艉部上层建筑,此时设备基座已经安装到位,故设备安装前,仅需对外壳安装面及基座面板复测精度指标并进行局部修补打磨工作。
  2.2 工艺改进风险管控
   (1)改进后分段吊装可行性:改进前,007分段理论重量为38.892t,008分段理论重量为34.085t,改进后,008分段约有5t重量转移至007分段内,设备基座单舷重量为2.931t,考虑新007分段因加工场地限制因素已分为2个单独小分段,故改进后007A,007B,008分段皆小于改进前分段重量,目前大组立车间吊运能力为100t,改进后分段满足吊装要求。
  (2)精度控制工序前移后的后续精度管控:目前实际施工中对基座安装面及外壳安装面在不同阶段提出了不同的精度指标,具体为基座制造完工后基座面板平面度不大于2mm,基座加工完成后基座面板平面度不大于1mm,外场装焊结束后基座面板平面度不大于6mm;外场搭载装焊结束后基座面板平面度不大于8mm。采用新工序后,基座加工完成后精度仍可达到原技术指标,考虑基座及結构一体化制造后该区域具有较强的刚性约束,且后续烧焊工作对该区域影响较少,从基座加工完成后至外场搭载装焊结束这一过程中的风险较老工艺更为可控。
  3 研究成果分析
  3.1 经济、社会效益
  通过新的工艺方案研究表明,新方案最大限度的减小修改范围,008分段部分结构并入007分段后并不会引起007分段施工工作量的大幅增加,且通过优化分段建造顺序可加快建造节奏,缩短分段制造周期;同时安装面采用机加工方式,并对精度指标进行分解,在分段阶段实现精度控制,一方面降低后续搭载阶段施工的安全隐患,另一方面大幅减少施工周期(注:目前采用的贴板后打磨的方式,整个施工周期约为20~30天,采用新工艺后仅需在搭载完成后复测精度,局部进行批磨处理即可)。
  3.2 进一步研究方向
  通过该工艺研究,将基座安装精度要求提前分解,在制造阶段提前提出精度要求,综合考虑基座及结构一体化制造及机加工的可能性,实现高精度要求基座安装的流程简便化,精度指标易于控制,缩短设备的安装周期,进而提质增效。该工艺研究的思路及方法,可以推广至相似复杂基座或同类型产品的不同复杂基座上,进而以期实现全船复杂基座的结构一体化制造,降低设备的安装风险和难度,极大的加快产品建造周期,提高产品核心竞争力。
  参考文献:
  [1]刘寅东.船舶设计原理[M].国防工业出版社.
  [2]周启学.船舶生产设计[M].人民交通出版社.
论文来源:《科技创新与应用》 2019年16期
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