第五章现代造船中的精度控制.ppt

第五章现代造船中的精度控制 5 1造船精度控制5 2船体公差分析5 3尺寸链的分析计算 5 1造船精度控制 精度和质量的控制是企业管理的一个重要组成部分 随着科学技术和生产的不断发展 以及管理科学化 现代化的要求 精度和质量控制在企业管理中的地位和作用 越来越显得重要 有关精度和质量控制理论和方法的探索 也越来越丰富和深化 现代质量管理认为产品质量是产品满足使用要求的特性总和 它是一个复杂的 多方面的概念 在质量控制的众多指标中 精度的管理是一个关键的问题 精度的控制要与全面质量管理的保证体系相结合 并把其管理内容纳入全面质量管理中去 以便建立一个比较完整的 准确的 及时的造船精度信息系统 为达到这个目的 需要突破传统观念 把船舶质量落实到企业的全面质量控制体系 造船精度控制 上 实现精度管理上的突破 在船舶建造中推行精度管理是生产的客观要求 也是确保船舶建造质量 用科学方法实施生产管理 缩短造船周期 提高造船生产技术水平的重要手段 造船中的精度控制技术是以船体建造标准为基本原则 通过科学管理的方法和先进的工艺手段对造船的全过程进行尺寸精度分析与控制的一门技术 它的目的是最大限度地减少现场修整工作量 提高工作效率 缩短建造周期 降低建造成本 保证产品质量 船舶精度控制技术的研究 是其他相关技术得以实施的基础 也是造船业发展的瓶颈环节 造船精度控制 船舶建造精度管理实质上是一门管理技术 通过建立合理的船体建造精度标准 采用科学的管理方法 辅之以改善设计与工艺 包括工装 设备的改进 以及防止施工误差的各种对策 对造船进行全过程的尺寸精度分析与控制 以保证船体工件在各个工艺流程阶段内所规定的尺寸精度 最大限度地减少现场修整工作量 提高工作效率 随着船体加工精度的不断提高 船体装配 焊接的精度也随之提高 这样就可靠地保证了船体的建造质量 精度控制的实质是科学管理与先进建造技术的互相结合 随着造船理念和造船技术 检测手段的发展和进步 精度的控制水平也不断地达到新的高度 造船精度控制 互换性是现代化生产中一个基本的原则 但是 这一原则以往在造船界并未得到重视 传统的观点认为 对于船舶这样的大型物体 其互换性的要求似乎不必看重 按人们惯常的想法 船舶属于单件生产 不需要满足互换性 因而对公差或精度设计就往往没有高的要求 然而随着现代造船理念的更新 船舶次 整体制造模式 分段制造模式 到 分道制造模式竿集成制造模式 的演绎 体现了技术与经济紧密结合的创新 在这样的形势下 船舶的精度控制成为了一个很重要的问题 以往对于造船公差的不重视 还有另一个原因 那就是受到测量条件的限制 如果没有合适的测量手段 就无法验证或判断设计给定的公差要求是否得到满足 而现今 随着科学技术的发展 检测手段的进步 许多以前无法进行的测量 造船精度控制 如今都有了解决的可能 精度控制的问题也就提上了议事日程 公差设计的内容当然也就需要更新了 精度控制技术是一项综合性技术 它不仅是技术项目 而且包含大量的管理内容 它是一项涉及面广且较繁杂的工作 应由设计 施工 管理人员和质检人员齐抓共管 在整个过程中 每一环节都相当重要 缺一不可 在实际工作中 精度控制应当受到高度的重视 没有好的精度 就没有好的质量 提高精度控制技术的研究可获得较好的经济效果 可使精度控制技术达到标准化 系列化 可大幅度提高船舶建造产量 缩短船舶建造周期 造船精度控制 5 1 1船舶精度控制的特点5 1 2船舶精度控制的内容 5 1 1船舶精度控制的特点 造船业由于其固有的特殊性 精度的研究起步较晚 造船工业 尤其是船体制造 的公差制与一般的机械制造业相比尚处在初期阶段 船体建造的固有特殊性在于 1 现代造船采用焊接技术 实行分段法造船后 由于船体结构的焊接变形和水火矫正作业使船体制造和装配过程大为复杂化 迄今为止 船体结构的焊接变形尚不能用计算方法精确地予以预报 焊接变形的预防和消除措施也还研究得不够充分 2 船体尺度和重量较机械产品大 尺寸大会带来许多困难 最主要的是作为制造和测量的基准面 如平台 胎架况寸很大 很难得到满意可靠的依据 大尺寸的测量误差 船舶精度控制的特点 大 即使在机械制造业中 大尺寸的公差仍然处于推荐阶段 此外 大尺寸的部件和分段由于刚度不够 在运输贮存工程中往往会产生变形 3 船体建造过程中采用的测量工具精度普遍较低 量具的计量检查工作还未形成较严格的制度 这种现状的改变需要时间 4 船舶产品是单件或小批量生产 因而搜集 整理和统计造船误差的数据较困难 而且造船生产过程较复杂 难于控制其工艺过程的稳定性 即使是通过数理统计的数据 有时也难以找到其间的规律 船舶精度控制的特点 5 由于船体建造过程仍然大部分依赖手工操作 施工条件较差 因此产品的精度往往取决于工人的技术熟练程度 由于这些原因 船舶的精度控制具有很大的难度 它制约了造船质量及效率的提高 限制了船舶产品的发展速度 精度问题已经成为了造船中的瓶颈环节 亟待解决 5 1 2船舶精度控制的内容 以精度控制为主要内容的船体建造精度管理 就是以船体建造精度标准为基本准则 通过科学的管理方法与先进的工艺技术手段 对船体建造进行全过程的尺寸精度分析与控制 以达到最大限度减少现场修整工作量 提高工作效率 降低建造成本 保证产品质量的目的 船体建造精度控制技术的理论基础是数理统计 尺寸链理论 技术核心是尺寸补偿量的加放 管理内容是健全精度保证体系 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 制订预防尺寸偏差的工艺技术措施等 精度 这里主要指的是产品的几何参数与设计要求的一致性程度 的控制是造船技术中一门综合性技术 船舶 船舶精度控制的内容 精度控制技术是转换造船模式 实现壳栖涂一体化的基础 只有该项技术的实施才能保证其他相关技术的应用 如先吊主机后幢管技术 上层建筑整体吊装技术 泵舱底部全幅总组技术 机舱盆栖装技术 管系单元预舫装技术等 这些先进技术均建立在船舶精度控制技术的研究与应用基础上 只有船舶建造精度达到了一定的水平 其他各项技术的实施才能够得以发展并在实船建造中应用 因此 船舶精度控制技术是缩短造船周期 提高质量 降低成木 提高我国造船业在国际船舶市场上的竞争能力的重要手段之一 同时也是拓宽船舶市场开发的重要辅助手段船体建造精度管理 实质上也是一个综合性的过程管理 船体设计精度管理是保证产品质量的起点 而船体建造是 船舶精度控制的内容 精度管理的关键 辅助技术工作是精度管理的基础 质量检验工作是精度管理上作的保证 积极开展精度管理技术的研究 收集各种数据 尽快形成标准化 形成完善的精度控制体系 是解决船舶精度及质量控制的当务之急 首先 企业上下各个部门都应当高度重视并切实将质量方针落到实处 从某种意义上说 产品精度取决于管理水平 为使各项工作过程能正常地运转 互相协调 除了强调各级行政领导对精度管理工作的职责外 还应建立各级精度管理人员体制 形成有效的组织网络 并相应地制定责任制度以及其他有关制度 保证产品具有较高的精度水平 要建立精度控制队伍与质保体系 还要进一步抓紧基础工作 形成并完善标准化 提高精度控制水平 船舶精度控制的内容 船体建造精度控制技术的核心内容是精度控制 这种技术是 精度 的定量表示 是一个量化的技术 也就是说 如果应用精度控制技术 那么从下料开始 直到船台合拢的一系列加工过程中 只要按照正常的标准生产工艺 在每道工序完成后 其产品精度就能够满足下道工序的要求 而不用进行两次修整 这种先进的造船技术 在国外一些船 一中已经广泛应用 提高了企业的竞争力 成功地应用船休建造精度控制技术 使得原来定性地给下料板材 型材预留余量 变为定量地下林精确地计算出补偿量 这需要投入大量人力 物力 且需要较长的时间和循序渐进的过程 目前 部分船厂一已做到了从生产设计开始就将精度控制信息反映到工作图上 进行精度设计 体现 船舶精度控制的内容 精度管理和控制的意图 将精度控制值 补偿值和各种信息反映到船舶放样的零件上 可实现所有零件 部件和分段的精度控制 日前 国内精度控制水平己经基本达到内部构件无余量下料 全船分段无余量上船台合拢 船舶这种巨大型的产品通常是分段加工 然后焊接合拢形成整船的 分段的尺寸精度规定要适应舾装作业 如果分段精度不合格 则在船体合拢阶段 相对的焊缝间隙就大 因而 合拢时的修整工作量也会增大 这样 为了进行划线 修整和使用装配工具 就需要特殊的措施 同时 如果分段的板列不够平整 则辅机基座的舾装件支架均需留有余量 船舶精度控制的内容 分段舾装阶段所需的划线和修正系属于返工 分段精度不够还会使得某些本可在分段上安装的管件推延到低效率的船上舾装阶段去安装 由此可见 船体建造过程中所达到的尺寸精度会影响可在分段上安装的舾装件数量和舾装效率 要达到精度控制的目的 需要注意以下几点 1 提供一个具有足够精度船体分段的加工和装配方法 2 把精度控制的责任分派给常规的设计 放样 加工和装配部门 作为他们的附加责任 3 为精度控制系统的执行提供控制方法 4 编制精度执行计划和监督计划 例如 根据在标准作业状态下某些重要部位发生误差的统计分析而确定所需 船舶精度控制的内容 的公差范围 以适应装配作业所需的精度 5 负责精度控制 规划未来造船项目的设计师和现场工程师应交流精度方面的经验 以指导工艺流程中的下一道工序 船体建造成本与船体建造精度管理水平有关 而船体建造精度管理水平又反映在全船余量的加放率 全船补偿量的加放率 全船预修整率 现场修整率等因素上 船体建造精度管理水平的提高 在很大程度上取决于船厂的生产技术与管理水平 生产条件 设备状况 工人的技术素质 精度管理工作内容的深化 以及所建造船舶的类型与等级等一系列因素 精度管理水平的提高还将受到经济合理性的限制 船舶精度控制的内容 实施精度控制必须有具体的精度计划 精度计划是船体建造精度管理的重要环节 也是整个控制系统正常运转的枢纽 生产设计 施工设计 工艺准备和施上的各个阶段的精度控制 都按照精度计划的原则和要求分别予以实施 最终达到实现船体建造的精度目标 科学地制计精度计划是实施尺寸精度控制的重要步骤 也是精度管理得以实现的基础 在用于船体建造计划的编制和船体建造管理的四个受控标准中 除生产计划编制标准 工艺标准 安全标准外 精度控制施行标准是其中一个重要内容 它主要要解决以下问题 船舶精度控制的内容 1 加工和装配过程中由焊接和清除变形所造成的收缩率 2 完工切割和合拢对接缝余量的位置 3 切割和装配的质量准则 4 标准范围和公差极限 船体建造的精度计划 实际上就是对船体建造从精度角度入手的一种工程分析 通过分析 可以对建造全过程的精度状态有一个数量上的全面了解 以期事先发现问题 并采取相应的补偿和控制措施 其中包括加放余量与选择余量的切除时机 以确保船体建造的尺寸精度能控制在允许的范围之内 简单地说 船体建造的精度计划就是对建造全过程的精度分析 在这种分析的基础上采取相应的尺寸精度控制措施 船舶精度控制的内容 精度分析必须建立在大量的调查研究 掌握足够的实际数据以及理论与实践相结合的基础之上 精度控制技术的最终成型需要一个不断的试用 修正和完善的有限循环过程 因为这种靠统计回归大量原始数据的总结经验性的研究 需要不断重复修正 在对实验结果进行处理 作出阶段性总结之后 可部分地应用到实际生产中去 在此基础上再进行测试 分析 修正原来的模型 再回到生产中检验 如此循环往复 直到能够满足全部工序上的精度要求 也就是说 到船台合拢时 不再需要进行二次修整为止 使船体建造精度控制技术逐渐成熟起来 船舶精度控制的内容 应当按照船体建造总精度要求 对各个尺寸精度控制阶段的精度分配 提出有效的尺寸精度控制措施 根据船体结构图确定建造方法和装配工艺流程 分析各个工艺阶段的误差积累过程 决定各个控制阶段的允许误差 按照允许误差值决定施工要领和工艺技术方法 通过加放系统补偿量 确定余量并选择余量切除的合理时机等方法 保证船体建造精度符合工艺技术要求 还应提出相应的工艺技术 确保船体建造的精度 包括船体主尺度精度 以及分段装配 船台装配的必需精度 除此之外 还要尽量做到高空作业平地化 船台作业平台化 外场作业内场化 以提高尺寸精度阶段的控制水平 船舶精度控制的内容 船体建造精度控制技术的研究 关键问题有4个 一是影响因素的综合分析 如 影响板材 型材尺寸发生变化的主要是焊接变形问题等 而焊接变形又是受焊接方法 焊接工艺参数和加工参数 如焊接长度 焊缝宽度等叉板材的几何尺寸 长度 宽度 厚度 板材的形状 平板 曲板 平直的型材 扭曲的型材 等因素共同作用的结果 这些因素的影响在复杂的结构组合中作用程度又不尽相同 因此 首当其冲的是要通过综合分析 找出这些影响因素在不同的结构中的权重关系 二是简便可靠的测量方法 精度控制的规律是建立在实验结果整理的基础上的 实验数据需要通过简便而可靠的测量方法来获得 第三是原始数据的收集和积累 数据的正确性是统计结果 船舶精度控制的内容 真实可靠的前提 第四个关键问题就是数学模型的建立 在实验的基础上 采用什么方法建模 需要进行理论研究 船舶与一般机械产品有很大区别 组成船舶这最终产品的零部件非常之多 建造过程中引起工件变形因素也很复杂 变形趋势及量值难以正确预测 主要变形因素为 船型的差异 分段划分 分段结构形式 分段的建造方法 不同工件在结构中的地位 相邻工件的结构 装配焊接程序 焊接方法 工件的冷热加工属性 船台吊装程序 对工件施工的精度标准 船厂 的生产条件 组织体制和管理水平等 其中一个最显著的特点在于 各分段之间采取的是刚性连接 通常采用焊接方式 船体在焊接的过程中 由于局部不均匀加热和冷却会引起焊接应力和变形 船舶精度控制的内容 但是在大多数情况下 会有一些不可预见的误差因素使得这种收缩量表现出随机误差的特性 研究表明 企图用纯理论的方法来预报焊接收缩量 往往与实际效果很难吻合 随机误差评定的基本尺度有算术平均值和标准偏差 它们的表达式分别为 式中 xi 各个误差因素的平均值 xi 各因素的标准偏差 船舶精度控制的内容 船体分段的几何误差是由加工和逐步装配的各个阶段误差累积而成的 根据统计分析的结果可知 标准偏差的大小主要受切割 号料和装配诸环节的影响 而误差的算术平均值则取决于焊接 考虑到焊接收缩量的系统特性 可采取余量补偿的措施 即在焊接前加放一定尺寸的补偿量 使得焊后的船体尺寸达到建造精度标准的要求 又由于这个收缩量还具有随机的特性 因此补偿量的加放并不能简单地遵从某一特定规律进行 而且 随机误差也具有一定的统计特性 所以 通过实验可以找出一些经验的估计结果 用统计分析的方法找出尺寸变化的规律 在实践中 许多工厂积累了大量的经验数据 这些经验的估计值为补偿量的预留提供了较好的参照依据 船舶试验 以一维补偿量的分析为例 设系统误差的补偿量为v 随机误差的补偿量为U 总补偿可写为 式中 i 第i道工序补偿量 即 船台装配 分段 部件和零件补偿量 n m 第i道工序内系统误差和随机误差的项数 求取补偿值的工作 实际上就是先进行各项系统误差和随机误差的合成 然后将合成误差的负值取为预留的补偿值 对加工过程中的尺寸进行校正 以保证合拢精度 达到无余量上船台的目的 船舶精度控制的内容 船舶精度控制的内容 具体做法是由后一道工序向前一道工序提出具体的精度要求 即船台 船坞 总装向总段制作提出具体要求 总段向分段提出具体要求 分段向部件或组合件提出具体的精度要求 最后落实到零件上规定出具体的要求 这些具体要求包括下料 余量的切割范围 初余量设计值 余量的切割时机 具体补偿值的大小等 图5 1 船舶精度控制的内容 这种反推的方式容易使公差紧缩 加大了制造的难度 从而降低了加工的经济性 为此可以采用以下措施加以改进 1 实施并行公差设计 与一般机械产品公差设计的不同之处在于 船体尺寸链的确立不仅要明确各个装配零件之间设计要求的几何关系 而且要充分考虑焊接收缩量的变化规律 根据各段尺寸的大小 将预计的补偿量在最初的设计中加放进去 这也相当于在公差数值计算的方程组中 增加新的约束条件 因此就需要通过大量的实验 获取第一手资料 并进行统计分析 找出数据间的规律 确定收缩量的变化模式 从而求出补偿量的最佳估计值 2 实行动态公差控制 在某一工序完成之后 及时测量其实际值 并根据该值计算出下一工序允许的公差 这里同 船舶精度控制的内容 样要充分考虑焊接后出现的变形情况 在工序公差的计算中 要根据统计的规律加放焊接补偿量 从互换性的角度考虑 我们可以将产品的互换性分为终结互换和过程互换 柔性的或动态的公差控制 是要降低过程互换的互换性水平 而要保证不同厂家 不同部门生产的各个部件能够装配到一起 就要使终结互换保持在一个较高的水平上 结合模块化造船的思想 实行动态公差控制 就是要保证模块的终结互换达到完全互换的程度 而模块内过程互换的程度则可适当降低 这样 由不同厂家或生产部门制造的各个模块可以很顺利地实现合拢 而模块在生产过程中 其公差可以根据实际情况加以调节 这样 加工难度便可适当降低 经济性也就随之而有所提高 船舶精度控制的内容 精度管理水平的提高关键在于要结合管理 从管理体系和制度上有效地保证精度控制技术的推广 同时要不断深化生产设计 如果应用精度控制技术 那么从下料设计一直到船台合拢的一系列加工过程中 只要按照正常的标准生产工艺 在每道工序完成后 其产品精度就能够满足下道工序的要求 而不用进行二次修整 这种先进的造船技术 在国外一些船厂中己经广泛应用 提高了企业的竞争力 船舶建造精度管理的工作核心 即最终目标 是船舶建造过程中如何运用系统补偿量逐步取代余量的问题 系统补偿量是一个行业术语 其本质是几何量补偿 系统补偿量的基本定义就是在工件的基本尺寸和形状上增加某一额外量值 当其被加工 或焊接 或装配 后仍能 船舶精度控制的内容 满足成品或后续工序装配等对尺寸或形状精度的要求 增加的这一额外值就称为补偿量 尺寸精度补偿量与工艺余量不同 前者在装配过程中只需一次即可完成定位而不需实施两次号料 切割和两次定位 且可保证零 部件 分段及船体的尺寸及形位精度要求 为了进行有效的尺寸精度补偿 需要注意工件或产品的重复 或相似 性 还要具有稳定的施工工艺 如 保持装焊程序 焊接方法 施工人员的结构等稳定不变 要进行严格的质量控制 在确定补偿量时以焊接收缩变形因素为主 本来 在确定补偿量时 应全面考虑各种因素对工件变形的影响 但由于船舶建造过程中影响因素太多且错综复杂 而焊接收缩变形及量值较其他的因素影响大 船舶精度控制的内容 所以目前从简化问题及由此尚能满足工程要求的角度出发 考虑因素时主要考虑焊接收缩变形 船舶精度控制的发展方向是系统补偿量逐步取代余量达到100 精度管理要从船体建造扩大到舾装 管系以及机电安装 同时还要充分利用计算机技术 由于船舶建造的特殊性 必须对船舶建造的全过程实行精度管理 现阶段须健全精度保证体系 建立完善的精度管理制度 控制热变形 完善精度控制检测手段与方法 提出精度控制目标 确定精度计划 改进设计工艺 制定预防尺寸偏差的工艺技术措施 以这些手段 切实保证船舶建造达到较高的精度水平 船舶精度控制的内容 在今后的一段时间内 精度控制工作的重点应放在以下几个方面 1 制定适应现代造船模式的企业造船精度作业标准 2 把造船精度计划纳入生产计划 3 把造船精度管理纳入质量保证体系 把尺寸精度列为考核中间产品质量的内容之一 4 建立尺寸精度的反馈和分析制度 5 造船精度管理应以船体建造为基础 再逐步推向舾装各专业 在船舶建造中实施精度控制 其最主要的目的是持续地提高生产效率 制造过程中的精度控制通常采用统计的方法 从实际加工中提取精度控制反馈信息 这些信息的 船舶精度控制的内容 分析结果可用来指导详细设计 进行公差和工艺方法的调整 从而协调各分道生产线的工艺流程 当一个流程处于统计控制之下时 它所制造的中间产品的精度正好满足下道装配作业的要求 而不会出现使生产可能中断的返工 这样 精度控制就是一种以最低的工时成本维持均衡的作业流的生产控制机制 采用这样的方法 通常可使实际参数的精度水平在保持船东和船级社所规定的公差范围之内 为了实施精度控制计划 必须建立尺一寸控制制度和内部信息交流制度 前者的工作内容包括 1 最大限度减少中间产品尺寸变化的方法 2 按船体分段的类型 对尺寸变化的限值进行分级 3 确定上述分级所需的相应 船舶精度控制的内容 的工艺过程 后者的任务则是 1 将加工和装配中遇到的问题反馈给负责精度控制的现场工程师 由现场工程师分析解决 2 立即向车问提供其所遇到问题的解决办法 并反馈给施工图设计小组 以避免今后出现类似问题 要建立产品精度保证体系 针对从产品的研究 设计 制造 检验到产品出厂后的技术服务的整个过程 建立一套严密 协调 高效的精度管理体制和系统 通过科学的精度控制方法和必要的精度管理制度 将影响产品精度的一切因素都控制起来 并通过保证体系的建立和正常运行 使产品设计 制造 检验到出厂技术服务全过程的精度得以控制和保证 使工厂稳定地生产出优质产品 建立产品精度保证体系 要有明确的精度目标与实现目标的 船舶精度控制的内容 具体措施 有精度管理的规划或计划 有健全的组织体系 配备具有一定素质的各专业人员 有合理的精度标准 工艺规程 工作流程 有健全的精度管理制度和完善的技术基础工作 以及畅通有效的质量信息反馈处理系统 要制定体系图 还要有认真的监督 评价和考核制度和手段 5 2船体公差分析 5 2 1尺寸公差国家标准5 2 2船体建造精度标准 5 2 1尺寸公差国家标准 公差与配合国家标准中 将不大于500mm的尺寸作为常用尺寸 500 3I50mm的尺寸属于大尺寸 大于3150mm的 则为特大尺寸 船体的几何尺寸一般都属于特大尺寸范围 对于IT6一IT18 标准公差的计算通常是根据如下的通式进行的 式中 T一公差 a一一公差等级系数 它随着公差等级的不同l旬取不同的数值 i 公差单位 它是一个与尺寸大小有关的量 这样 公差随尺寸大小的变化实际上由公差单位来体现 尺寸公差国家标准 在常用尺寸段中 公差单位i与基本尺寸D呈立方抛物线关系 式中 D的单位为mm 计算公差单位时 D以尺寸分段的几何平均值代入 如 在120一180mm的尺寸段 D值以代入计算 该公式的计算反映构成总误差的主要部分是加工误差 这是因为 在常用尺寸段 加工误差在总的误差中占主要成分 而由误差分析结论可知 加工的极限误差与直径的关系基本符合立方抛物线的关系 因此式中的第一项 主要反映的是加工误差的影响 第二项主要用于补偿与直径成正比的误差 如测量温度的小稳定和对标准温度有偏离以及量规变形等引起的测量误差 实际上 第二项所占比例很小 尺寸公差国家标准 但是 随着基本尺寸的加大 测量误差 温度以及形位误差等因素的影响将显著增加 测量误差 包括温度的影响 在总误差中所占的比重将随基本尺寸的加大而增加 并逐步转化成主要部分 当直径较大时 第二项比例增大 标准公差因子值随直径的增加而增加得较快 所以 对于500一3150mm范围的尺寸 其公差单位i与基本尺寸D呈线性关系 其关系式为 式中的 2 1 生要是为了协调临界值500mm处 对前后两段进行衔接 公差单位与尺寸的关系图5 3所示 尺寸公差国家标准 尺寸公差国家标准 船舶建造中的很多尺寸都属大于3150mm的特大尺寸 需要指出的是 随着尺寸的增大 尤其是当尺寸大于3150mm时 以i 0 004D 2 1为基础计算标准公差 也不能确切地反映实际出现的误差规律 但目前由于缺乏制定标准的统计数据 尚无更合理的计算公式 ISO没有制定这部分的公差 只能暂时沿用大于500mm的公式 按线性关系计算 列于国家标准的附录中供参考使用 其公差值肯定偏严 如果能够通过生产实践和实验过程的总结得到正确的结果 就能提出更加合理的计算公式 5 2 2船体建造精度标准 船体加工包含了很多复杂的工艺 如 船体型线光顺 船体结构放样和样板制作 船体零件号料 船体零件边缘加工 成形加工 船体部件装配和焊接 船体分段装配和焊接 船台装配焊接以形成船体等等 要使整个过程顺利完成 就必须进行有效的尺寸精度控制 只有这样 才能保证船舶的各项技术性能 由误差公理可知 在互换性生产的整个过程中 包括制造 检测 装配 使用等各个环节 自始至终都存在着误差 船体加工和其他零件的加工一样 由于各种因素的影响 如 工艺过程的变化 工件内应力的不均匀 量具选择的不相同 测量方法的不一致 测量者水平的高低 船体建造精度标准 环境条件如温度等的变化等等 都不可避免地会使加工结果产生一定的误差 单就几何量的误差而言 一般分为这样4类 1 尺寸误差 2 形状误差 3 位置误差 4 表面粗糙度 尺寸误差是指被测实际尺寸的分散程度 工件加工后所得的尺寸和规定的尺寸不一致 这个差值就是尺寸误差 如分段长度 舵杆中心距偏差等等 形状误差的定义是被测单一实际要素对其理想要素的变动量 如钢板边缘的直线度 平台的平面度 压力容器的圆度等 位置误差就是被测关联实际要素对一具有确定方向或位置的理想要素的变动量 如总段两端接缝的平行度 端接缝 船体建造精度标准 与基面的垂直度等 表面粗糙度是指加工表面上留下的大量小间距峰谷所组成的微观几何形状特性 如气割加工后的钢板边缘情况等 合理的精度要求不仅是保证产品质量的需要 而且直接关系到船舶建造成本的高低 对于一般的零件来讲 降低加工精度往往能使生产成本也随之减少 但是 对于船舶建造而言 在船台装配精度要求不变的情况下 某一道工序的精度过低 势必增加下道工序的修整工作量 仍然会使生产成本加大 得不偿失 从图5 4中就可以看出 公差增大 精度降低时 本道工序的加工成本是减少的 但同时 也带来了下道工序修整成本的增加 船体建造精度标准 船体建造精度标准 选择合适的精度等级 就是要找到总成本最低的那个平衡点 图中虚线表示了这个位置 英国船舶研究协会 B S B A 从为 如果所要求的质量标准不超出规定的各道工序的加工能力 则为控制质量而增加的成本对于船舶总成木来讲 就是微不足道的 船体建造的精度标准不同于机械产品的公差标准 正是由于船舶这种产品的特殊性决定的 在公差项目上 从船舶产品的结构特性出发 除长 宽 深等主尺寸外 还包含有钢材边缘的直线度 垂直度 型线线条的粗度 折边宽度及平直度 板材波纹间距 轧制型材与样板的偏差 舵杆中心距偏差 等等 船体建造精度标准 公差是数值也不是直接套用机械产品的公差值 以船体总长L的精度为例 部颁标准规定对A级和B级均有 标准 土0 1 L 极限 0 15 L 为了比较这种精度要求的合理性 对尺寸公差国家标准中某些尺寸段进行分析 结果如表5 1中显示 从表5 1中可以看出 按i 0 004D 2 1的线性规律制定出来的各级公差数值 在尺寸中所占的比值是变化的 如IT18级的公差 在1000 2000 4000 10000 mm 的尺寸中所占比重分别为 1 4 1 15 1 0 0 94 呈下降趋势 仍按此线性公式 可以计算出基本尺寸为1伪nl的长度下的公差数值 标准中未作规定 船体建造精度标准 这时 公差在尺寸中占的比值就为0 90 比前面各段更低了一点 当基本尺寸为1000mm时 士0 1L和土0 15L分别接近于ITl4至IT15 在10000mm的尺寸下 士0 1L和土0 15L就介乎于IT15和IT16之间了 计算可知 在100000下 15级和16级的公差分别为23mm和36mm 土0 1L和土0 15L正好就在它们之间 可见 船体总长的精度标准士0 1L和土0 15L 相当于标准公差的15级到16级之间 基本符合国标中一般公差规定的最粗级公差V级 按一般公差设计的尺寸 不必在每张图纸上注出具体的公差数值 只需在工艺文件中予以明确即可 5 3尺寸链的分析计算 船体建造前一般须进行生产设计或工艺设计 该项设计除了应满足强度 功能 生产条件等以外 尚需进行零部件及分段等的儿何精度设计 船体建造时 一般是由零件组装成部件 由零件 部件组装成分段 再由零部件及分段装配焊接成船体 这些构件和分 总 段在加工或装配焊接过程中 都无疑会产生尺寸误差和误差积累问题 无论是每道工序的零部件还是分 总瑕 各个尺寸之间都有相互的关联 任一尺寸的改变必然会对其他尺寸产生影响 例如 船底 舷侧和甲板等分段的肋骨框架位置如果没有对准 会使船体上的各肋骨中心线偏差过大 各尺寸的误差必须相互协调 工序之间的尺寸误差积累也是一个不可忽视的问题 正确地确定有关零件的尺寸公差 尺寸链的分析计算 形位公差之间的关系 综合地进行几何精度设计 客观地论证误差及其累积值的变化规律 寻求合理的精度分配方案 这就需要进行尺寸链的分析 尺寸链的相互协调是保证船体结构功能公差的必要条件 客观地观察误差的积累过程并寻求合理的精度分配 是尺寸链讨论的主要出发点5 3 1尺寸链的基本特性5 3 2尺寸链计算的目的和任务5 3 3极值法解尺寸链5 3 4概率法解尺寸链 5 3 1尺寸链的基本特性 使船体零部件 分 总 段表面和轴线的相互位置协调的所有尺寸顺序连接成的封闭形的尺寸组 称为尺寸链 按其应用范围 可分为工艺尺寸链和装配尺寸链 前者是指船体加工过程中 单个构件几个尺寸之间的相互关系 后者则是船体结构装配过程中 零 部件和傲总 段的尺寸所组成的封闭尺寸系统 按尺寸的儿何特性还可分为长度尺寸链和角度尺寸链 按所处的空间位置则有线性尺寸链 平面尺寸链和空间尺寸链 尺寸链的特性有三 一是封闭性 二是关联性 三是封闭环的惟一性 尺寸链的封闭环是加工完毕或装配完成时最后形成的尺寸 它的大小和变动范围 取决于各组成环的大小和误差范围的大小 就是说 封闭环的误差是各 尺寸链的基本特性 组成环误差共同影响的结果 一张零件图或装配图上可能有多条尺寸链 但是每个尺寸链只有一个封闭环 为了保证船舶总的尺寸精度要求和对零部件及分段制造合理的精度要求 需要从它们的结构中 通过尺寸一工艺分析找出相互联系的尺寸关系以确立尺寸链 由于船舶结构非常复杂 不同的建造方法构成不同的部件 分段结构形式 这就要求我们从错综复杂的尺寸联系中 找出对装配精度和技术要求有影响的那些尺寸 形成不同建造阶段及不同结构部分的尺寸 进而求解尺寸链 船体结构尺一寸一工艺分析对于船台装配一般包含下述内容 尺寸链的基本特性 1 确定船体形状 主尺度尺寸公差 2 确定船体结构理论线及理论面时应将装配焊接产生的误差 包括随机误差及系统误差 也作为一个因索考虑 3 确定分段形状和尺寸及其在船台上安装的工艺公差 4 确定船体分段划分 分段对接结构形式及其制造工艺对其精度的影响 5 确定分段制造精度和船台上船体合拢精度之间的尺寸链关系 6 对于无余量上船台的分段 确定其形状和尺寸公差 7 对于按相邻分段结构的形状和尺寸误差来切割上船台前的分段 确定其加放的余量及端部加工公差 8 确定某些需上船台后才切除的分段的余量及某些结构构件的余量 尺寸链的基本特性 进行上述工作所需的资料一般为 1 关于船体结构 船体分段划分及船体设计一的资料等 2 包括分段制造工艺 船体船台建造力一案和船体建造原则 工艺规程等 3 关于分段制造及船体船台合拢的施工方法和精度的指导技术文件 在讨论船体结构尺寸 工艺分析的基础上 便可进行尺寸链的分析 对于装配尺寸链来说 封闭环是在部件 分段或船体装配焊接完工后形成的 是保证它们具有一定技术要求的精度参数 对于船台装配尺寸链 影响封闭环精度的是分段精度参数 形状 构件位置 线性尺寸 和分段在船台上的位置参数 分段相互位置 相对船台基线 尺寸链的基本特性 和基面的坐标 对封闭环有直接影响的全部尺寸便是该尺寸链的组成环 根据尺寸沿外形封闭这一原则 尺寸链的基木方程为 式中 尺寸链所有组成环的基本尺寸 一传递系数 它是表征各链环大小方向位置的系数 对于线性尺寸链 对于平面和空间尺寸链 尺寸链的基本特性 对于平面尺寸链 根据沿外形封闭这一原则 尺寸链基本方程式为 或 尺寸链链环传递系数考虑了组成环对封闭环的影响程度及其方向性 在线性尺寸链的条件下 增环传递系数等于I 而减环传递系数等于 1 在平面尺寸链的条件下 尺寸链的基本特性 根据增环与减环的定义 对于线性尺寸链 有 式中 m和n 增环环数和减环环数 对于平面尺寸链 式 6一26 可写成 5 3 2尺寸链计算的目的和任务 尺寸链计算主要要解决正计算 反计算和中间计算这三类问题 正计算 又叫验算计算 它是根据尺寸链中组成环已知的极限尺寸计算封闭环的极限尺寸 当组成环在图纸上已确定时 或放样尺寸己定时 验算封闭环的尺寸是否在允许范围内 这是尺寸链的正问题 若已知封闭环的基本尺寸和极限偏差 以及各组成环的基本尺寸 求各组成环的上下偏差或公差 这属于尺寸链的逆问题 这种反计算属于设计计算 中间计算则主要用于基面换算或工序尺寸确定 它是在其他条件都已知的情况下 求某一组成环的尺寸及其极限偏差 尺寸链计算的目的和任务 求解尺寸链的逆问题具有精度分配的性质 即将封闭环已定的公差分配给各组成环 这常常与组成环的形成是否经济有关 尺寸链的求解方法有极值法 概率法 分组装配法 修配法和调整法等 5 3 3极值法解尺寸链 极值法也叫极大极小法 计算公式为 应当指出 极值法是从最 不利 的情况来考虑的 它没有考虑构件加工或装配过程中尺寸链组成环随机误差相互抵消的可能性 从概率统计的观点来看 这种方法是非常保守的 事实上 各组成环同时出现极值的可能性是很小的 这种小概率事件在一次试验中几乎是不可能事件 因此 极值法解尺寸链 在相同尺寸链的情况下 采用极值法求解尺寸链 其封闭环的公差往往过宽 或者是在同一封闭环公差的条件下 各组成环的公差要求过严 从而使制造产品的成本增加 在船体建造中 只在封闭环和组成环的数目较少时才采用极值法 一般情况下应尽量采用概率法求解尺寸链 这种求解方法是以概率论为基础 根据组成环的误差分布律来决定封闭环的公差 船体的总长所允许的尺寸变化 需要分解到各分段上去 如果分段的精度控制未达到要求的水平 在焊装后就会因误差的累积而影响成船的尺寸精度 传统的解决方式是通过修整和垫板对船体尺寸进行调整 但在降低修整率和垫板率 实现无余量上船台呼声很高的今天 更合适的办法是将每一道工序的精度都科学地控制起来 极值法解尺寸链 这种精度分配的问题 就是要进行尺寸链的反计算 用极值法解此类问题时 有两条途径 一是采用等公差法将封闭环的公差平均地分配给各个组成环 对于直线尺寸链 有组成环的公差按式 12一18 分配后 可根据各组成环的基木尺寸 加工难易等因素适当调整 但应满足下式 极值法解尺寸链 第二种方法是假定各组成环的公差等级系数相等 按等公差级法 或称等精度法进行公差分配 由则精度分配完毕 各组成环的公差值确定以后 通常按单向体内原则确定各组成环极限偏差 在计算时 一般应留一组成环待定 若采用静态的公差控制方法 可将船体总长度的尺寸链以三种最简单的标量方式进行计算 极值法解尺寸链 一是将总长作为封闭环 各个分段的长度均看作组成环 在这样的一个 环尺寸链中 基本的计算式为 这样的尺寸链只有增环 没有减环 第二种方法是将某一分段作为调节环 总长的调整依靠对该分段的再加工来完成 此时 船体总的长度是尺寸链中的增环 而除调整环之外的各个分段都是减环 第三种方式则是采用多个焊缝来进行船长的调整 相当于将一个封闭环由多个焊缝分别来承担 这种情形也可由两个尺寸链来解 极值法解尺寸链 一是计算出需