船体装焊车间工艺设计

23.4.2　船体装焊车间工艺设计

船体装焊是船体工程的下游部分。船体装焊车间除包括内场车间、外场场地外，还包括探伤、焊接试验、焊材保证等工作场所。工艺设计人员在承接船体装焊部分设计任务时，首先要关注船厂总体建造原则、生产组织体系及重大外协关系等，从而设定船体装焊部分主要生产车间（工场）的组成和任务。

23.4.2.1　生产任务与纲领

船体装焊车间的生产任务主要是完成船体结构部件、组件、分段、总段装焊及全船大合拢工作。生产纲领通常以生产物量予以表达。一般情况下装焊部分的物量包括：

船体装焊的重量；

部件装焊的重量；

平面分段的数量（包括单壳、双壳分段等）、最大和平均分段的主尺度、重量；

曲面分段数量、最大和平均分段主尺度、重量；

上层建筑分段数量、最大和平均分段的主尺度、重量；

总段数量、最大和平均总段主尺度、重量；

然后，根据车间组成，将上述物量作为生产纲领分配到组成车间的各部门中。

23.4.2.2　工艺设计相关因素

船体装焊车间不仅投资规模、生产场所面积颇大，而且各生产环节具有一定的相互关系。其相关因素如下：

1）生产组织体系

根据生产任务和纲领，生产组织体系是一个总体框架，它将涉及车间的组成和各生产场所相互关系。

2）总体建造原则

当前，造船厂的设计均以总装厂的概念予以构思，其中，总体建造原则中是分段还是总段总装，或是巨型总段总装，将对船体装焊部分特别对外场装焊的设计、船坞（台）大合拢设备的选用，形成直接的影响。

3）钢板尺度

船厂设计采用的钢板最大尺度将直接影响到分段、总段的尺度，进而也影响各生产场所的起重能力和轨高，甚至直接影响到船坞龙门吊的起重能力和主尺度的设定，对船体工程的前道工程——加工设备的配备也将产生根本影响，对此应十分慎重。

4）上层建筑

上层建筑是船舶主甲板以上最大的船体结构部分，在整个船体建造工作中，是一个相当重要的模块，工作量很大。传统安装工艺往往成为船舶总装的瓶颈。

在总装厂设计中，上层建筑是否外协是个重大的影响因素，考虑到船舶上建是一个相对独立的结构模块，完全有条件利用社会资源生产。如是外协，则应考虑是分段外协还是整体外协，如分段外协，工厂将设置上层建筑进货设施和总装场地；如整体外协，由于重量很大，设计要考虑相应的运输、吊装设施。

5）车间布置形式

目前，世界上各造船厂的船体车间布置形式有“分散型”、“中心制型”和“紧凑型”三种，各种不同布置形式对船体装焊各生产部分的要求有较大的影响。

6）自动生产线的设置对车间设计的影响

船体装焊部分若采用自动生产线或流水线，不仅将大大提高装焊生产效率、节约厂房面积，而且将影响到各生产车间的任务和组成。

7）船坞、船台起重设备的配置

船坞、船台起重设备是船厂标志性的设施之一，通常根据分段或总段总装的要求予以设定，其起重能力的大小将对分段制造车间的起重能力配置产生直接影响。

8）装焊面积指标的控制

装焊面积指标是船体装焊部分设计的重要和必须复核的指标，并且是表达船厂生产先进性的参数。该指标与船厂规模、船型、船舶大小、工艺方案、工作班制等直接相关。按照造统计惯例，常以t/m²表示，其中t指船体年装焊钢材消耗量，m²指室内外全部装焊面积，并包括总段组装的平台面积，但不包括相应的堆场面积。

9）室内和露天装焊的比例

分段装焊通常有室内厂房和露天装焊平台两大部分。为了减少气候条件（尤其是年降水天数）对装焊作业的影响，装焊部分室内厂房所占比例有增大趋势。因此，室内厂房的设计已普遍引起重视。

23.4.2.3　工艺设计原则

对于生产大、中型船舶并达到规模经济效应的船厂，船体装焊车间设计主要包括：

部件装焊（包括“T”形材装焊）、平面分段制造、曲型分段制造、上层建筑装焊、露天分段装焊、分段堆场及预舾装、总段组装、船坞总装（包括船坞龙门吊参数确定、半串联、并联造船原则的确定）等场地的布置。其主要工艺设计原则如下：

（1）船体装焊车间是船厂的重要组成部分之一，其生产流程和车间布置通常要根据水工设施、陆域面积、总体布置要求等情况，与总图专业一起设计生产流程，并使生产流程尽量合理、流畅、运输线路最理想。

（2）按照总装化造船原则，为保障高效、连续、均衡地总装造船，分段装焊应满足完整性要求，分段生产要完成相应的预舾装工程。

（3）确定室内、外装焊的比例。通常考虑室内为主、露天装焊为辅的工艺原则。

（4）根据钢板定尺，确定分段尺度及重量。

（5）各生产单元是否采用流水线生产。

（6）分段制造是否考虑在厂房内翻身。

（7）总段组装的原则工艺，包括是否形成环形总段。

（8）设备选用原则：当前，装焊车间的流水线和工艺设备大致有部件装焊流水线、自动拼板焊接装置、平面分段生产流水线、曲面分段生产流水线、总段装配对准装置等。选用时应以国产设备为主，部分国内尚不能制造或不能满足工艺要求的设备可考虑引进。

（9）设计考虑的重大外协范围。

23.4.2.4　设备配置

设备配置是根据各生产单元的生产任务，物量和设备能力等予以计算、配置。装焊部分的主要设备包括起重设备、各类焊机及有关的生产线或流水线。

1）起重设备

起重设备一般根据起吊物件的重量、抬吊或翻身要求选定起重设备（一般应留有裕量），同时根据起重物量的多少设定起重设备的数量。

2）焊接设备

焊接设备是船体装焊的主要设备，通常以生产单元中焊接材料的消耗量和焊接设备的能力予以选定总量，并留有裕量；或者按照生产场所的面积，根据统计资料按面积指标予以计算；还可以根据装配工和焊工人数计算所需焊机的数量，但为减少焊机搬动而引起的不必要损坏，必须留有裕量。焊机种类则根据需求设定。

3）生产流水线

为提高生产效率，设计中常采用生产流水线或生产线来设计工艺方案，并根据各类流水线的生产能力和物量，计算流水线的数量及生产负荷。

23.4.2.5　车间组成与面积

分段、总段装焊以及分段堆场和预舾装场地的生产面积通常以平均占地面积、生产周期计算其净面积需求，然后乘以面积利用系数求取生产面积。

部件装焊则根据统计资料以面积指标及流水线设置情况计算生产面积。

23.4.2.6　人员配备

首先根据船厂生产纲领的修正总吨数和设定的先进工时指标（一般选用10～25h/CGT），计算全员劳动量和总人数；然后根据统计资料，按相应的比例确定船体装焊的劳动量和人员数，并设定生产工人、辅助工人、技职管理人员的比例等。

23.4.2.7　工艺设计与其他相关专业的交接

船体装焊车间工艺设计方案确定之后，编制工艺设计说明书、工艺设备总明细表以及绘制工艺平面布置图，并向总图、土建、动力、电力、暖风、给排水、环保、非标设备和经济专业提交工艺资料、提出工艺要求，以便其他专业进行设计。