工艺装备在船舶修造工程中的应用

孙东辉 李佳伟

工艺装备简称工装，是指产品制造过程中所用的各种工具总体，包括刀具、夹具、模具、量具、检具、辅具、钳工工具和工位器具等。使用工艺装备的目的：有的是为了制造产品所必不可少的，有的是为了保证加工制造的质量，有的是为了提高劳动生产率，有的则是为了改善劳动条件等等。

一、工装分类及特点

工艺装备按照其的使用范围，可分为通用和专用两种。

通用工艺装备（简称通用工装）适用于各种产品，如常用刀具、量具，一般单件金额较低，财务会计上作低值易耗品处理，资产评估中几乎不会列入固定资产。

专用工艺装备（简称专用工装），即仅适用于某种产品、某个零部件、某道工序的，属专用资产，且大多单件金额较高，符合固定资产的定义和确认条件。

专用的由企业自己设计和制造，而通用的则由专业厂制造。一般而言，专用工艺装备的数量与企业的生产类型、产品结构以及产品在使用过程中要求的可靠性等因素有关，在大批大量生产中要求多用专用工装，而单件小批生产则不宜多采用；产品结构越复杂、技术要求越高，出于加工质量的考虑，也应多采用；产品和工装的系列化、标准化和通用化程度较高的工厂，专用工装的数量就可以适当减少。

二、工装在船舶修造工程中的概况

工装在船舶修造工程中的应用相当广泛。在一些大型的造船厂已经实现了壳、舾、涂一体化的分段建造的流水化作业，这与工装的大规模应用密不可分。

在整个船舶建造的工艺流程中（如图1）从材料入库、下料加工、零部件装焊、分段装焊、到分段合拢，工装的种类和数量也较多，规格尺寸相差迥异，包括各种吊运工具、料斗、工具箱、工具架、工作平台、胎架等，例如板材、零件或者分段吊运常用的吊卡、吊钩和卸扣（如图2）；除此之外，还有工人在加工和装配中常用的活络样板、可调拉杆和手拉葫芦（如图3）。

在坞内或者船台的分段搭载阶段更多的是采用专用工装，综合考虑分段的结构特性、船厂自身的生产计划安排和吊运能力、工艺条件等因素，旨在提高生产安全、进度、质量和控制成本，包括分段吊运、合拢用的胎架和搁架，分段吊装用的专用吊钩例如图4中分段的吊装与搭载。

由于分段数量较多、重量较大、规格尺寸各不相同，工装在船舶建造工程中的应用整体呈现种类、规格、数量繁多，标准化和通用化程度较低，专用化程度较高。相比通用工装，专用工装在船舶建造过程中得到了更加显著的应用。同时，对工装普遍存在管理上的混乱，比如一次性使用、乱摆乱放等，还有设计上的不合理、不实用造成浪费的现象也时有发生。

三、专用工装在船舶修造工程中的应用

船舶修造工程区别于其他机械类的工程主要有以下几个特点：

1.作为钢制为主的大型工程，从几千吨到几万吨的重量，零部件繁多，管理水平对控制工程整体的成本、质量和进度起到了至关重要的作用。

2.以分段为核心的分段建造法。对分段的建造、吊运和存储是控制成本和进度，保证质量最基础的一环。

3.坞内或船台搭载作为船舶下水前的主要工程，直接影响船厂的产能和效率。

专用工装贯穿整个工程从材料到成品得到了广泛的运用，也起到了重要的作用。根据船舶修造工程的特点，下面列举几种常见的工装及其作用：

1.因为分段本身自重少则十几吨，多则几十上百吨，所以在分段吊运、翻身的过程中一般都会根据分段的结构特点对分段进行临时绑扎、支撑及保护（如图5），待分段搭载之后再将其拆除。主要起到了对分段形体的固定作用，使其便于安装。不同的装配工艺和吊装方案需采用不同的工装方法。

2.作为大型的钢制工程，船舶修造工程中经常发生安全事故。比如，脚手架是为了保证各施工过程顺利进行而搭设的工作平台，但是脚手架也是最容易出现安全隐患的地方。如何利用工装制作或者改进既合理适用又安全可靠的脚手架一直是一个重要的课题。例如图6中的舵和轴、桨安装的作业平台，相较于普通的脚手架更加安全牢固，而且还便于施工和管理。

3.胎架起到了承受分段重量、方便装焊的作用，但是不同的分段制作工艺使用的胎架也有不同，有些曲面分段的胎架还不能重复使用。通过改进，使用可移动螺旋顶杆式胎架，既方便管理，又可重复使用（如图7）。

船舶修造工程中零部件數量大，种类多，如何利用工装帮助零部件的运输管理和装配，以期达到事半功倍的作用。例如图8中，型材装配工装在施工中常见的简单实用小工装；管子法兰端面封帖要比填塞物更好的对半成品的管子起到保护作用。

四、工装的管理和专用工装的设计选择

正是因为工装在生产过程中的重要作用，工装的设计选择必须遵循一定的原则，管理必须规范。

工装除了可以分为通用工装和专业工装；也可以根据标准化程度分为标准和非标准工装；还可以分为组合和非组合工装，可调和非可调工装等。对于工装的管理，必须做好分类，以及资料备案，且有序可查。同时，也要对工装使用情况进行统计，记录工装的利用率和额定消耗，计算工装的消耗费用。对于工装的存储、维修保养也需根据规章制度结合实际情况进行。

专用工装的设计选择一般需遵循一定的流程。首选，由资产管理部和生产部门出具专用工艺装备设计任务书，对专用工艺装备设计提出的一种指示性文件，作为工装设计人员进行工装设计的依据。其次，由技术部门的根据专用工装设计任务书进行设计，由生产部门制造。制造完毕后由质检部门工装，通过试验、检验、试用，考核其合理性，出具工艺装备验证书。管理部门对新工装进行备案记录，需包含工装负荷、复杂等级、重量、尺寸等参数。

工装的设计选择的一般规则，包括生产纲领、生产类型及生产组织结构；产品通用化程度及其产品寿命周期；工艺方案的特点；专业化分工的可能性；标准工装的应用程度；现有设备负荷的均衡情况；成组技术的应用；安全技术要求。工装设计选择的经济原则，是指在保证产品质量的条件下，用完成工艺过程所需工装的费用作为选择分析的基础：选择不同工装方案进行比较；产品数量和生产周期；提高产品质量和效率的程度；工装的制造费用及其使用维护费用。确定工装复杂系数，以便对其进行技术经济评价；完善工装的设计、制造、使用过程的管理。分析工装选择后的效益，主要用计算消耗费用与额定消耗费用之间的比较，进行评价，并纳入企业考核的技术指标。

随着我国造船模式向“精益造船”方向的发展，造船精度的提高为装焊流水化、自动化、智能化提供了发展所必要的基础。随之，工装的应用也向着规范化、标准化、通用化的方向发展，为了提高生产效率和产品质量，降低生产成本，方便管理，加强安全，将会出现更多的自动化、数字化的工艺设备。目前，在全球经济低迷和船舶行业不景气的大背景下，我们只有练好内功，蓄精养锐，深入开展船舶工艺及装备技术的研究和应用，快速提升焊接装备技术水平，为世界船舶行业的下一个大发展做好蓄势待发的准备。