现代造船模式下舾装生产设计外场用图纸研究.pdf

现代造船模式下舾装 生产设计外场用图纸研究 李 斌 向 东 陆伟 东 谭 家华 博 士研 究生 工 学硕 士 副教授 教 授 上 海 交 通 大学 船舶 与海 洋工 程 学院 2 0 0 0 3 0 上 海 交 通 大学 船舶 与海洋 工 程 学院 2 0 0 0 3 0 上 海 交通 大 学船 舶 与海洋 工 程 学院 2 0 0 0 3 0 上 海 交通 大 学船 舶 与 海洋 工 程 学院 2 0 0 0 3 0 摘 要 在软件 T RI B O N 的基础上 以中间产 品概念下的全托盘化舾装外场作 业任务分解为 背景 着 重讨 论 了相 应 的外场 装 配 图纸 形 成 与表 达 对传 统 舾 装 作 业 外 场 用 图纸 的 表 达 方 式 作 了 一 定 的扩 展 关 键 词 舾 装 生产 设计 中间产 品 图纸 中图分 类 号U6 6 2 2 0 引 言 技术图纸是经典 的工程信息 表述 方式 可以表 达 设计 者 的 意 图 并 将 信息 传递 给 制 造者 从基 本 功 能上 看 图 纸 可 以 分 为 系 统 图 纸 与 制 造 图纸 两类 前 者 主要 反 映 设 计 者 的设 计 意 图 面 向产品功能 而后者则是用以指导制造者如何动作 面 向产 品装配 从物理表述来看 系统 图纸 已经基本做到无纸 化 不包括构思草 图 设计过程全部 可以放在计算 机系统上虚拟完成 无需设计者绘制工程图纸 如美 国 波音 公 司 的波音 7 7 7客机 完 全无 纸 化 电子 设计 船舶 行业 中 随 着越 来越 多 高级 C A D C A M 软 件 如 T RI B ON C ATI A 的深入使用 设计 过程 也可 以全 电子化 逐步摆脱物理图纸的概念 代之以产 品 虚拟模型概念 但在制造图纸方面 目前仍无法取消物理图纸 纵然 已经出现了许多数控加工设备 快速成形技术 自动装配技术 但大 量的作业 还是需要真实 的人来 判读物理图纸 又如波音 7 7 7的制造 尽 管许 多零 件由数控设备制造 但 整机的装配还是用 了相 当的 人 工作 业 目前 对 图 纸表 述 的研 究 应 集 中在 制 造 图纸 方 面 如何使之更有效 更详尽地表述设计 意图 并确 保实际按图施工时的错误率尽可能降低 基金项 目 高 等学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 资 助 课 题 2 0 0 0 0 2 4 8 0 1 国家 自然科学 基金 5 9 9 7 5 0 5 9 图 1 产品设计构成 与分解 的流程 本文针对船舶行业制造 图纸展开研究 集 中阐 述了船舶舾装作业部分制造 图纸 的新型表述方式 提 供一 种 想法 让 作 业来 适 应人 而不 是让 人 来适 应 作 业 1 研 发新型 图纸表达 方式 的必要性 1 1 无 纸 生产 目前 很 难 实现 1 硬件上 国内技术 尚不成熟 国外 的技术 设备则 比较 昂 贵 船厂可以从国外 引进数控设备 机器人 但 高昂 的成本使得大规模应用成为不可能 2 软件上 劳 动 力 市 场 人 员 流 动大 制 造 人 员 的 普 遍 技 术 素 质 不能 令 人满 意 能够应用到数控作业层次 的 C AM 软件还 相 当有 限 且 功 能 不全 面 1 2现 有舾 装 外 场 图纸存 在 缺 陷 1 传 统 舾装 图纸信 息 密集 度 太 高 图纸 的 阶段 性 区 域 性 不 强 现 在 往 往 将 一 个 分段 的所 有 安 装 对 象 集 中 在 少 数 几 张 外 场 作 业 图 6 6 l 工程2 0 0 2年 第 4期 维普资讯 综合 安 装 图 上 2 图面反映必要 的工艺要求较少 J 普 遍仅 标 注基 本 的安 装 数据 甚 至有 时都 不 标 如管件安装 图 施工作业对操作者经验的依赖性较 大 非熟练工的工作效率很低 且易 出错 3 图面缺 少 安装 节 点详 图 传 统 的表 达 都 是 表 面 视 图 表 述 很 难 明 了复 杂 的 三维 对象 及 环境 2舾装 作业 的图纸结构体 系 制造图纸 的产 出从产 品模 型的完毕开始 如 图 1 所 示 并 应 用 于 舾 装 作 业 的 外 装 内装 机 装 电 装 四个部 门 舾 装 全 制 造 周 期 的 图纸 应包 含 如 下 部 分 1 外 场 安装 图纸 面对 产 品模 型 以 中间产 品为 导 向 托 盘概 念 为 核 心 将 舾 装对 象 按 托 盘 结 合 船 体 背 景 制 作 外 场 安 装图纸 同时附有 图纸 的清单管理 文件 如传 统的 外场配套表和内场管理表 2 内场 加 工 图纸 传统上对应为舾装加工小票 内场加工应是广 义 加工 即除 了包 括 自制 舾 装件 的制造 图纸外 还包 括 舾装 成 品 的外 购 外 协等 图纸 工 作 3 管 理类 图纸 指全厂性生产控制文件或 图纸 在全局上安排 多 个产 品的 同期 生产 3 舾装 外场 图纸形成 思路 3 1 面 向安 装 的产 品模 型 分 解 3 1 1 概 念 阐述 事 实上 在 详 细设 计 阶段 产 品模 型是 由一定 尺 度的功 能零件 构成 的 功能零 件是 指用 以构成产 品 并实现产品 目标职能的零件 但其不一定是整体 可生产的零件 例如 船舶消 防灭火管系 为了完成其功 能 必 须有 遍 布全 船 的管 路 系 统 这样 在 产 品模 型 中 消 防管 系整 体就 是 一 个 功 能 零 件 但 实 质 上 因 尺度 及 构 成 的缘 故 整体 消 防管 系 是不 可 制 造 的 必 须将 之分解为一个个可制造 的实际零件 如小尺度管段 独 立 阀件 独 立 设备 等 所谓 面 向安 装 的产 品模 型分 解 是 在保 证 安 装 可 能性 的前 提 下 将 原 构 成 的 功 能 零 件 按 照 制 造 可 能性分解为可制造零件 并考 虑实际安装步骤加 以 组织 在功能零件中 可以细分类为 1 成 品 件 外 购 外 协 包 括 单 元 模 块 无 需 再 次分 解 如 主 机 直 接外 购 即可 2 设计件 成品件的配套件直接可制造 无需再作分 解 如 主机 机 座 必 须 根 据 购 买 的 主机 之 数 据 进 行 自行设计 但属于尺度可制造对象 可直接用制造 图 纸来 描 述 整 体 系统 件 如 上 述 的 消 防 管路 系 统 必 须 在 本 步序 中分解 为 可 制造 零 部 件 单元 3 1 2 产 出思路 主要 是 对 整体 系 统件 的分解 其指 导 思想 是 中 间产品概念 力求将制造零件按 目标产 品上 的安装 区域 和步骤逐 步分解 为尽可 能独立 的作业 任务包 即各 层 中 间产 品 在 中 间产 品 之 下 再 分 解 为 可 制 造单 元 具 体 而 言 1 托盘分解 管理性图纸形成 图 2 舾 装作业托盘 的划分流程 托 盘 P a l l e t 是 舾 装 作 业 部 分 的 中间 产 品 表 工 作 量 划分 具 体 的操 作 托盘 现形式 无论是船舶组件级 分段级 总段级 还是船 例如 对管路整体系统件 经过如上 四步分解之 上 安装 级 舾装件群都应 以托盘 的形式 出现 既 后 在 目标区域 内 对象 已经相当有限 此 时即可根 方便集配 也方便输送 据需要 将整体建模 的管系划分为可制造管段 预制 图 2为舾装作业托盘 的划分流程 其 中在第 四 件 阀件 步 局部 区域 划 分 之 后 针 对 该 区域 内 的 有 限 舾 装 如 上 图 流程 所示 划 分 层 次逐 渐 降低 在 执行 可 对象 进行可制造性分解 然后在第五步中即可统计 制造性分解之后 最终将所有舾装作业分解为各个 和 翘 2 0 0 2 年第 4 期 6 7 维普资讯 可 执行 的安装 托 盘 托 盘 内 包 括 成 品 件 也 包 括 离 散 后 的设 计 件 在 各级托 盘划分完毕后 即 由分解后的模型转 化 为二 维 图纸 并 以 托 盘 为 单 位 组 织 图 纸 分 送 图 纸 2 单托盘分解 生产性图纸形成 传统舾装安装 图纸往往 只落实 于托盘一层 即 单托盘只提供一 张安装 图 信息密集 不易识别 对 安 装 的技 术要 求 也 表述 有 限 往 往需 要 配 以 内场 的 零件制作图来表述零件 的其他必要信 息 这就造 成 了图纸 的冗余 传统处理这一问题依赖于施工人员 的技术经验 从而造成 了产 品质量不稳定等诸 多影 响 所 以 单 托 盘 内也 应 存 在 一 定 的 作业分解 以细化作业流程 基本固化 作业顺序 用生产设计者 规划的安装 工 艺要 求 来 直 接 指 导 安 装 作 业 确 保 安装质量 本 文 提 出单 托 盘舾 装制 作 图 纸表 达 方式 如 下 单 托盘 内图纸 分解 原 则 a 按系统分开 有的托盘 中 某些 舾装系统的比重特别大 如管路舾装 b 按 空 间 垂 直 层 次 分 开 主 要 针对管类舾装作业 包括普通管路 风 管 等 c 按 平 面 安 装 区 域 分 开 对 大 型船体组件背景 如 甲板 片体 局部 区域 划 分 d 按复杂程度分开 对设备类单件舾装作业 也 可 按单 件 出 图 单托 盘 内图纸 技 术要 求 单托盘 内安装作业顺序定制原则 拟作为工作 技术 要求 列入 图 纸 a 保证检验边界 边界几何位置尽量准确 b 保 证 安 装 可行 性 倒 装 由下至 上 安装 c 保证工艺顺 序性 如管路类 大 口径 管先装 口径 由大 到小 d 保 证 工 艺简 单 性 结构 复 杂 区域 先 控制 以上述原则进行托盘 内图纸的划分 单个托盘 可分 解 为 2 4张安 装 图纸 构 成 图册 3 2面 向加 工的 零件 分 解 图 3舾装外 场图纸小样 e 一c l 一 唑0 舍 冉 I 一 圆 1 上 宙 邀 譬 墨 器 体 譬毒 年 o T r 乒 7 0 一一 I 主 羹 行 鼾 j f 平 面 坐 标 一 一i 毒安装 0 一 f 1 F 一 E 一 辜 之 名 称 一 J 哆 I墨 一 一 一 一 I 盈 1 j觋 一 0 1 皿立 趣 嵌要安肇 曲 霉 1 艄 E安 善 一 易标 I 图 4 舾装外场作 业图纸样 例及其详 细说 明 6 8 工程2 0 0 2年第 4期 维普资讯 面 向安装 的分解后 产品模 型的功能零件 已经 被 分为 可制 造 零件 成 为最 低级 中间 产 品 此 时 即可 送交 内场进行具体加工作业 零件 的分 解应 以其 所需 的加工 生产 要 素 为 特 征 而不 再 以 目标 安 装 方 式 为 特 征 这 样 才 能 按 需 分 配 加工 设 备 人 员 场 地 等 生 产 要 素 并 优 化 生 产 过 程 成 组 技术 就 是进 行 这 种分 解 的典 型理论 主 要 次要 安装 对 象 数 量统 计 页码 数 据 5 安装技术要求 6 清 单 配合 图纸 零件 列 表 主 要 列 举 安 装 图 中所 有舾 装 作 业 对 象 特 别 是 次要安装对象 排列顺序 与安 装图应编号一致 清 单 可 另列 也 可 附在 同一 图纸 中 4外场 图纸 要素描 述 5 实施新 型图纸之 可能性 一 般 而言 依 照 上 述 托 盘 划 分 原 则 和 单 托 盘 分 解 原则 可 以获得 以下类 型 的图纸 图纸 数量 为 每 托 盘 2 4张 含 安装 对 象 清单 一 张 另 配 封 面 该 图 纸 也可 作 为 中间 产 品图 纸 的一 部分 插 入船 体 生 产 图 纸 的特定 阶 段 中 供 复 合 作 业 使 用 图 面 的主 要 构 成要 素 如下 见 图 3 图 4 1 基本 平 面描 述 船 体 背景 平 面 a 所需的局部船体背景 平面本体 b 测高基准平面标示 含其距基线的标高 C 船体全局坐标 距 中 距基 肋位 主 要安 装 对 象 a 各 对 象名 称 b 特征点相对 测高 相对 于上述测高基准平 面 C 特征点平面坐标 均 相对于最 近的船体构件 或 区域 边界 次要 安 装对 象 a 位 置指 示 b 流水 编 号 2 局部三维放大表示 将平 面描述 中的安装对象转为三维显示 着重 显示平 面中模糊 的对象名 与坐标 3 船体背景结合 将安装对象与相应船体背景结合 三维展示 4 标题栏信息 指 简 易标 题 栏 供 图 面布 置 紧 张 时使 用 标 准 标 题栏 另 设 于 图册 封 面 所 属 托盘 号 安装 处 所 概 要说 明 1 需 要 开发 更 强 劲 的后 处理 程 序 附加 在 T RI B ON 的 As s e mb l y模 块 上 自动 处 理某 一 中间产 品 内 的所 有 构 成 形 成 相 应 的 管 理 文 件 典 型如 托 盘 零 件 表 T RI B ON 提 供 的零 件 列 表 文件信息相 当有限 无法满足现有的要求 2 需 要更 强 大 的 图纸 产 出系 统 图纸 的复 杂度 数 量 都 大为 提 高 手工 完 成无 疑 需 要相 当 的 工 作 量 T RI B ON 提 供 了 自动 出 图 的 功 能 但 目前 尚不 稳 定 应考 虑 作适 当的本 地 化 即 根 据 本企 业 应用 实 际需 妻 开 发 向 自动绘 图方 向努 力 3 对 人 员 的 责任 心 要求 更 强 图纸 更加 细 化 设 计人 员 需 要规 划 更 多 的细节 这要求设计人员有很强 的责任心 6 结 论 探 讨 了船舶 建 造 过 程 中 舾 装 作 业 外 场 安 装 图 纸 的新 型表 达方 式 提 出 了 关 于 细 化 图纸 对 生产 过 程表 达 的一 些 措 施 如 阶 段 化 区域 化 出 图 增 加 图 纸 内 的描 述 内容 等 籍 此希 望 能够 加 强 图 纸对 舾装 生产 的指导 控 制 作 用 以获 得 一定 的收 益 笔 者讨 论 的图纸 方 式 已在 广 船 国 际尝试 使 用 当然 随着 设 计 阶段 的完 全 无 纸化 制造 阶段 也 应大力推广无纸制造 充分利用计算机技术 机器人 技 术 最终 实 现 机 械化 全 自动装 配 7 参考 文献 I 刘月琴 QC管理在 船舶 内装 生产 设计 中的应 用 造 船 技 术 1 9 9 7 5 1 6 Re s e a r c h o n Dr a wi ng s f o r S h i p Ou t f i t t i n g Pr o du c t i o n u nd e r M o de r n S hi pb u i l d i ng M o de b y Li Bi n Xi a