DOC《船舶设计阶段提高钢材利用率的方法探讨》

船舶设计阶段提高钢材利用率的方法探讨 杨海燕1,滕勇2 (1.

南通航运职业技术学院,江苏南通 226100;

2.金海重工股份有限公司,浙江舟山 316291) 摘要:通过对钢材利用率与造船成本之间关系的阐述,提出了钢材利用率研究的重要意义.对船舶设计过程中影响钢材利用率的六个方面因素的深入研究,总结了在设计过程中提高钢材利用率的措施. 关键词:船舶设计;

钢材利用率;

成本管理;

设计优化;

套料 中图分类号:U673.2 文献标志码:A 【DOI】10.13788/j.cnki.cbgc.2015.12.108 Discussion of Method of Improving Utilization Rate of Steel in Ship Design Stage YANG Hai-yan1, TENG Yong2 (1. Nantong Shipping College, Jiangsu Nantong 226100, China;

2. Jinhai Heavy Industry Co., Ltd., Zhejiang Zhoushan 316291, China) Abstract: By the explanation of the relationship between the utilization of steel and shipbuilding costs, the paper raises the importance of researching the utilization rate of steel. The deep study of the six factors affecting the utilization of steel in the ship design process summarizes the measures of increasing the steel utilization in the design process. Key words: ship design;

utilization rate of steel;

cost management;

design optimization;

nesting

0 引言 在常规船舶产品成本结构中,钢板的采购成本所占比重最大.以7.6万吨巴拿马型散货船为例,投钢量为11000t左右,约占采购成本的40%~50%,1%利用率的提升可以为企业创造近50万的价值.钢材利用率是船舶企业重要的一项成本管理内容. 钢材利用率作为衡量一个船厂钢材使用情况的最为重要的指标,通常又分为钢材一次利用率和钢材综合利用率.本文重点讨论以板材为对象的钢材一次利用率,即钢材利用率=切割零件重量/出库整板重量.而综合利用率探讨的是材料在工装、舾装件上的使用,与船厂的计划管理、生产质量、物资配套等因素都息息相关. 船舶钢材利用率的研究一直是造船成本管理研究的重要研究方向.在以往的研究中,众多的专家学者就如何提高钢材利用率阐述了各自的看法,为钢材利用率的系统及全面性研究奠定基础.本文以具体的船舶企业为研究对象,重点关注船舶设计阶段影响钢材一次利用率的关键要素并对这些要素进行研究应用,以提高钢材一次利用率,降低造船成本.

1 钢材利用率的相关因素 1.1 船型因素对钢材利用率的影响 就三大主流船型而言,船型因素对钢材利用率的影响主要体现在两个方面.1)由于线型、结构的因素的影响油轮、散货船、集装箱船三者的利用率逐步降低;

2)吨位的增加主要反应在货舱平行中体的增加,会提升一定的利用率.表1为某船厂不同船型产品的利用率对比. 表1 不同船型产品钢板利用率对比 船型 板材规 格数量 钢板 定额 切割零 件重量 钢板利 用率/(%) 苏伊士油轮

256 22425

19276 86.0 苏伊士油轮

427 21777

19136 87.9 苏伊士油轮

503 21427

19040 88.9 苏伊士油轮

824 21097

19269 91.3 巴拿马型散货船

1174 11628

9987 85.9 好望角散货船

779 28306

23985 84.7 6500TEU集装箱船

1244 19919

17005 85.4 1.2 产品批量性对钢材利用率的影响 批量的同型产品有利于板材的互相调配,减少材 收稿日期:2015-03-27;

修回日期:2015-12-21 作者简介:杨海燕(1981-),女,硕士、讲师.研究方向:船舶与海洋工程结构物设计与制造. 料的浪费,有利于提高钢材利用率. 1.3 钢材利用率与钢板规格数的平衡 表2是某船厂同种船型钢材规格数和钢材利用率的数据,可以清楚地看出它们之间的量化关系.从表2可以看出,板材规格越多,钢材利用率越高;

反之,板材规格越少,钢材利用率就越低. 表2 同种船型钢材规格数和钢材利用率 板材规格数量 钢板 定额 切割零件 重量 钢板 利用率/(%)

256 22425

19276 86.0

427 21777

19136 87.9

503 21427

19040 88.9

824 21097

19269 91.3 1.4 余料管理水平对钢材利用率的影响 余料是指原材料切割后带有剩余经济价值符合规格的剩余材料.国内大部分船舶企业粗放的钢材管理模式不利于余料的二次利用.尽量少地产生余料,合理地利用余料有助于提高板材的利用率.以表1中的6500TEU集装箱船为例,出库整板19919t,切割板材零件17005t同时产生305t余料,这部分余料占出库钢板的1.5%.从单船材料统计角度,可以认为该船的材料利用率增加了1.5%. 1.5 生产计划对钢材利用率的影响 生产计划对钢材利用率的影响主要体现在设计周期安排、订货阶段以及切割顺序三个方面. 就国内大多数船企而言,受合同期限制,计划安排上图纸送审与材料切割基本并行,后期的质量控制比较难以控制,一旦涉及材料的修改,通常影响的范围较大.所以合理的设计周期是设计质量的保障,也是利用率的保障.同时相比预估订货,在设计套料结束后订货的准确率也大大提高.另外,设计与生产在切割顺序的一致性,可以保证余料的合理利用,提高利用率. 1.6 设计模式及工艺水平对钢材利用率的影响 在我国,即使一些大中型船企也不可避免地受交船期、钢材供货期制约,需要先预估订货后套料.而根据传统的工作分工及流程,详细设计、工艺设计、生产设计为单向流,过程问题的积累致使订货的准确率,设计的质量不高.套料人员由于缺乏便捷的套料软件,套料版图之间的调整较为困难等等都是导致钢材利用率较低的直接原因.

2 如何在设计过程中提高钢材利用率 从钢材利用率的影响因素可看出,利用率的提升要从设计模式转变及工艺改进、计划的合理安排、科学地选择板材规格[1]数量及余料管理几个方面着手. 2.1 开展并行设计提高钢材预估清单的准确性 1)工艺设计与详细设计并行 在典型横剖面图、外板展开图以及基本结构图等关键的详细设计图纸完成后即开始工艺性研究,绘制分段划分图、精度布置图并反馈详细设计,可以基本确定船体主板架的钢材订货规格,大大提高订货的准确性. 2)生产设计与详细设计并行. 在详细设计的同时启动生产设计,利用TRIBON等三维建模软件,可以准确展开曲型外板的形状,定义订货钢板的尺寸,可以对不规则的零件板模拟套料和优化板缝排列,形成准确的钢材订货清单. 2.2 优化套料方法提高利用率 实践说明 交叉套料或混合套料 方法确实可以提高钢材利用率,所以有条件情况下尽量避免 单分段套料 方法.但是鉴于目前现场是按照单个分段进行理料,建造顺序也不是同时进行,将造成现场零件丢失,管理混乱.且较多的船厂不允许 混套 ,所以可以考虑按组立套料方法,即套料以一个分段为基础,涉及相临分段为原则.特别需要关注计划部门下发的分段切割顺序,使套料分段的批次与开工批次保持一致. 多张钢板均衡套料是提高利用率的首要手段.多张钢板进行套裁下料时,钢板的利用率较单张钢板下料利用率高.所以在多张钢板之间进行均衡套料是提高钢板利用率的重要手段之一.这就是说,零件的最佳组合是在一批钢板上的组合,而不能仅在一张钢板上组合. 选用合理钢板来进行套料,如果大板改小板可以提高利用率,那么船厂设计部门在订钢板的时候可以充分考虑购买比较合理尺寸的钢板以提高利用率. 船体的结构虽然差异较大,但是总存在着一些典型结构,研究典型结构并预套料,找出其最优的排布规律有利于提高钢材利用率. 2.3 余料管理 船舶结构的特点决定了钢板经过套料后产生大小不一和形状各异的余料.对余料的管理[2]主要包括余料的定义、余料的台账管理、余料的保管及领用制度等.以江苏某船厂为例,将切割后的板材进行分类、保管及使用,具体如表3所示. 2.4 推进标准化设计,提高设计质量,减少设计差错 设计质量是影响钢板利用率的另一个重要因素,提高钢板利用率,关键是要从开发与设计阶段抓起,从出现问题的源头抓起.设计的持续工作即在提升质量方面加强管理,严把质量关方面[3]. 现在很多从事生产设计船体结构工作的员工都很年轻,特别是在设计公司内,一般从事套料工作的都是毕业不久的大学生,由于他们对套料工作缺少直观认识和相应的经验,导致零件排列不合理,板缝排列 表3 切割后板材的分类、保管及使用 余料分类 分类依据 管理方式 保管材 长大于1m,宽大于1m,面积大于2m2 船厂设计部门建立台账,现场根据设计图纸编号保管, 根据设计指令领用 除A、A

32、A36外的特殊材质,长大于0.5m, 宽大于0.5m,面积大于1m2 现场余料 宽0.2m及以上,面积大于1m2 现场按厚度分类保管及使用,一般用于肘板、 补板以及吊码等工装件 废料 宽0.2m以下 现场移交物资处理 不合理,因此常常因为人的因素导致材料利用率较低.所以推进标准化的设计,形成套料的操作手册,加强对员工的套料培训是提高利用率的主要措施之一. 2.5 优化调整后续船钢板订货量 在钢材订货规格方面,后续船钢材订货在原有船只套料的基础上对预套料结果进行优化,及时总结分析首制船钢板利用率,指导后续船工作[4].全面分析全船主结构详细设计和生产设计图纸,每完工一艘船都以提高钢材利用率为着眼点对全船套料图进行梳理,将首制船发生的返工改样及时更新到后续船上,对不合理的套料方案进行调整,更换部分钢材的规格,尽量减少余料的产生. 2.6 先进套料软件的应用 如CADWIN等先进的套料软件总结了套料操作的基本原则,在这些原则基础上进行自动排板,调高了套料的效率.同时实现了在不同版图之间的手工调整功能,有利于提高钢材利用率[5].

3 总结 钢材利用率与造船利润息息相关,提升钢材利用率将一直是重要的成本管理课题.通过对设计阶段钢材一次利用率的影响因素研究,总结了提升钢材一次利用率的方法及提升利用率在管理上的保障条件,即利用率的提升需要设计、计划、物资、加工等多部门共同的努力.本文着重于设计阶段从技术角度解决钢材利用率问题,然而从造船综合成本考虑,如何提高钢材的综合利用率降低余废料的总量,如何解决钢板库存代用与提高利用率之间的关系,如何解决生产过程对钢材利用率的影响等问题仍需进一步研究. 参考文献: [1] 赵定刚, 刘建峰, 张志英, 等. 提高造船钢材利用率的方法研究[J]. 江苏科技大学学报: 自然科学版, 2006(6): 5-8. [2] 彭运征. 提高钢板利用率及降低切割成本方案报告[R]. 长沙: 鸿远实业, 2009. [3] 刘善德, 付炳起. 提高钢材利用率必须走技术创新之路[J]. 船舶物资与市场, 2006(6): 15-18 [4] 胡晓峰. 从设计入手提高钢材利用率[N]. 中国船舶报. 2009-06-05(004). [5] 胡铖铖, 林伟, 汪家政. 提升船用钢材利用率的方法[J]. 船舶标准化工程师, 2014(2): 38-40. 力士乐用于主动波浪补偿的改进控制器可提升系统性能和价值 2015年12月1日,博世力士乐推出了公司A4VSO和A4VSG液压轴向柱塞部件上的升级版电液控制器,可用于海工绞车中作为力士乐主动波浪补偿(AHC)系统的二次控制单元. 新型力士乐DS2R电液控制器替代原有的DS1型号,采用可靠性更高、维护更简单而且成本更低的比例........