提高船舶钢材利用率的方法探讨_李囡.pdf

第 31 卷 第 1 期2023 年 1 月Vol.31 No.1Jan.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言76000 t 的巴拿马散货船用钢大约 11000 t，大约是总采购费用的 40%50%。若能将钢材利用率提升 1%，则可节约 50 万元左右的生产费用。钢铁利用率是船舶公司需要持续关注的一项重要内容，其是衡量造船厂钢料使用状况的主要性能参数，通常将其划分为：原钢利用率和总钢铁利用率1。本文着重讨论钢铁的首次利用效率，即钢铁的利用率=切割件的质量/从仓库运出的整体钢板重量。对此前人已有不少研究成果，为全面、系统地研究钢铁利用率打下了坚实的理论依据。为了有效地提高钢铁的使用效率，减少建造费用，在船舶设计中，必须对其进行一定的优化。1 影响船舶钢材利用效率的因素1.1 结构因素目前，空载重量大的主要原因有：1）设计经验不足。设计单位和设计人员的整体水平直接影响着船舶设计的质量，特别是某些结构节点的设计不合理，可能会使空载重量偏大。2）总体布局不够优化。舱室尺寸过长、舱室和舱壁尺寸过大、上部结构过大、设备选择过于保守等都会导致结构设计扭矩过大，增加空船的重量。3）装饰设计和标准不够优化。装饰设计不合理，采用的标准过时，没有选用轻质装饰材料2。4）高强度钢的使用率相对较低。高强度钢材的使用可以有效地减轻船舶产品的空载重量，这直接关系到船舶产品高强度钢的使用率提高船舶钢材利用率的方法探讨李 囡（招商局金陵船舶（南京）有限公司，江苏 南京 210015）摘 要：钢材利用率是船舶生产制造企业材料利用率的主要指标，它可以很好地体现一家造船厂的钢铁利用状况。而且，材料的使用以及工艺的革新非常重要。根据相关资料分析，如何提高船舶钢材的利用率，从而节约成本，对一家船舶企业的发展具有重要的意义。关键词：船舶建造；钢材利用率；提高方法中图分类号：U662 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.01.002引用格式李囡.提高船舶钢材利用率的方法探讨 J.船舶物资与市场,2023,31(1):04-06.收稿日期：2022-09-29作者简介：李囡（1982-），女，本科，工程师，研究方向为船舶工程（船体）技术。和船东的要求。船用高强度钢在产品规格中的使用率受到严格限制。目前，国内造船厂使用高强度钢的比例约为 40%60%，日本和韩国造船厂的高强度钢利用率高达 80%90%。1.2 订货因素钢铁厂如果可以严格按照订单规格供货，能够提高利用率。中国大中型造船企业受到设计图纸、船舶交货日期和国内钢材供应日期的限制，大多数初建船舶在开始生产设计前采用报价订货方式。许多造船厂采用钢厂预定的常用规格，使得剩余材料和残留物难以控制，这就是我国造船企业钢材利用率低于他国的主要原因。1.3 余料利用因素使用后产生不同尺寸和形状的剩余钢材料，需要通过各种途径加以利用。根据调查，由于不同船厂对剩余物资的管理方式不同，剩余物资的利用率差异很大，整体的余料利用效率其实并不高3。1.4 生产计划对钢材利用率的影响由于合同期限的限制，大多数国内企业基本上同时提交和审查计划部署细节和材料削减，这使得后期的质量控制变得困难。当涉及到的资料被修正之后，其影响程度往往很大。所以，合理地进行结构优化，既可以确保产品的设计品质，又可以确保产品的使用效率。1.5 钢铁产品使用效率与设计方式和技术等级的关系目前，中国的几家大型造船企业不可避免地受到船舶交货时间和钢材供应时间的限制。因此在购入材料之前必须做出预估订单。工艺问题的积累导致订单精度和第 1 期 05 设计质量的下降。由于缺乏简单的排料软件，排料布置难以调整，是钢材利用率低的直接原因。2 改善钢材使用效率的措施与方法2.1 强化物料使用程序控制1）制定物料利用率最优的控制程序。整个设计工作包括基础设计、详细设计和产品设计 3 个环节，每个设计环节相互交叉，相互影响。由此可见，材料的使用控制既是技术问题，又是经营问题。要使物料的利用率最大化，就必须对控制体系进行改进及完善。2）把占用量的控制分解成分段式的。按照船体的材质，物料的使用量是全面的，即船舶各个阶段的利用率。这就需要在每个阶段对利用率进行分解和管理。通过利用率进行目标管理，不同的部门一起合力实现总体目标。在管理控制过程中，如果发现物料利用率与目标值之间的差距过大，应分析其内在原因，并采取相应的对策。只有控制好不同阶段的钢材利用率，才能保证船舶的整体钢材利用率4。2.2 加强生产设计阶段前期策划在生产设计中，排板规划，如外板、底板、甲板等板子的规划等需认真对待。舱区小舱壁布局和机舱 T 型主弯曲部件间隙全部展开，原设计和后期色彩的材料图案混淆，因此在不利的条件下，选择这个时期来控制材料板的总数。另外，由于不规则零件的计划，材料利用率低，应当尽可能扩大使用范围，并在条件允许的情况下进行细分零件的使用规划。2.3 采用先预套料后购买材料根据三维模型，在设计模型中，对船厂采购材料前可以进行的造船现场条件的不断推广和应用进行充分、快速的建模，避免了人工预测数据的提前采购，使采购材料更加准确合理，从而大大减少了人工预测因素带来的不利影响5。2.4 优化套料批次，相似分段混套船体零件数量众多，而且大小不一，形状各异，但从造型和排板组合的角度来看，色料零件和排版数量越多，作为散装零件的使用就会越合理，相应板材的利用率也就越高，板材可以分段混合，因此将其分段。类似阶段的混合材料利用率最高。此外，分阶段的布局顺序还应考虑到现场原材料供应顺序和设计定制材料的管理。过多的阶段性供应量，将导致阶段性定制物料供应跟不上等问题。2.5 强化分层套料的薄弱环节控制从区域整体的材料利用率来判断，上层和下层比较规范，物料的利用率要比全船高。在驾驶室和前部和后部等部位，部件分布不均匀，线型变异大，物料的使用量比较少。根据数据显示，普通机舱使用率比货舱使用率大约低 4%7%6。此外，目前主流造船厂由于各自工艺流程的不同，尽管路线不同，但基本上都是浸入式结构，在外板中，物料的使用量最小。2.6 小型物料替代通常，在分段嵌套时，有一种令人难堪的情形，即一批零件完成嵌套之后，剩下的零件就没有材料了。由于部件太少，添加整块木板进行嵌套，会导致更加浪费的结果。因此，非重要部件可以用大板厚代替小板厚，这是一种常见的方式，可以增加试件的使用效率。2.7 采用专用裁剪方法一般来讲，钢板用来切割时会造成切削损失，控制切削损失也很重要。所以，对钢板切削时，可以采取特别的切削工艺，比如对边部进行切削，对条形和下片进行集中的切削。2.8 优化施工流程和改善施工质量在造船产品的制造工艺中，存在着大量的余量，例如接头余量、板材加工余量、型材加工余量、给料余量等。积极推进严格的生产过程控制，可以减少或避免余量过剩，有利于物料利用的控制。2.9 做好问题总结，避免重复性错误船厂制度化建设很重要，需要总结多年的造船经验，很好地总结船舶设计中出现的问题，船舶设计人员在相应的设计标准指导下进行设计。2.10 增加采购板规，采取非常规板批量定制采购如果受到恶劣天气的影响，物料的利用率和采出量都会大打折扣。在经济条件允许的情况下，可以尽量提高板材的规格和数目。此外，除钢铁厂的普通钢材规范之外，若有大批的特制钢材，也可以进行无价定货，造船企业可以充分发挥厂家的优惠政策。2.11 改善剩余物料的质量在造船过程中，钢铁加工之后会产生不同形状的残渣。这些残留物不是废物，经过合理处理以后可以用于后续的造船施工。首先，可以建立剩余物资信息共享平台，统一管理剩余物资信息，避免设计与现场剩余物资信息管理的不一致。二是可以制定多余物资和零碎工作的指导方针，规范多余物资和零碎工作的开展，避免现场滥用多余物资和零碎。3 不断开展技术创新3.1 精度管理技术钢材利用率的提升，需要大力推广船舶精密管理技李囡：提高船舶钢材利用率的方法探讨船舶物资与市场第 31 卷 第 1 期 06 术。传统的卸载方法都是大节点、大难点（为了满足公差要求，预留 30 50 mm 的剩余部分）。目前，国内造船企业造船精度管理技术的发展非常不平衡。比如重量为 7104 t 的精炼油轮，其结构重量为 11500 t。在大面积情况下，材料无余量投入的，余量的重量可以小于结构重量的 0.05%，即小于 6 t。3.2 混合套料技术为了充分利用船体涂装后的剩余材料，合格的船厂应开发自制铁成分与船体铁成分的混合技术。首先，需要实现钢材与船体的同步设计，实现船体零部件材料之前的图纸目标，实现钢材与船体所需要的钢材和船体钢材预期清单的简化。其次，为了解决船体零部件的管理和集成问题，应对船体零部件进行规范研究，明确适用于船体零部件和混合材料的钢制零部件的范围。另外，还需要全面确认使用残留物的方法及相关过程。3.3 “变余料调用为零件调用”技术船厂在装卸船体零部件时，一般都会采用批量加工方法，主要有以下 2 种类型：1）分段分批。加工钢的重量由分割重量决定，一般为 50 200 t。这种分配差额的划分方法需要精心的生产计划、调整和灵活性，但是也不利于多余原材料的使用。2）应当按照统一区域划分部署顺序。一艘船一般分为 30 60 批，每批加工重量约为 200 800 t。这种配置序列分割方法，有利于按照成组技术的思想组织各种加工设备的生产，还可以充分利用剩余的材料。但是，在实际生产过程中，如果对炉排进行调整，就会使钢板订货规格和原料注入计划发生变化，从而降低钢材的一次利用率7。总的来看，无论采用何种形式的加工方法，都将造成零件采购后产生的剩余材料。充分再利用剩余原材料，有利于提高钢材的利用率，但是由于剩余原材料堆放空间有限，选择剩余原材料的难度会非常大。因此，一般提倡采用“更换剩余原材料，提供零部件”的技术。也就是说，第一艘制造船在保留 3 5 批时，将后续批次的零件插入前一批次的包装图纸中，改变了原来利用多余材料节省零件的方法。这样一来，不仅充分利用了剩余材料，而且有效解决了在生产现场重复选择剩余材料的方法。3.4 “不定尺”订货技术“不定尺”订货技术的核心是在确定钢板规格时了解各种切削加工设备的特点。对于其它形状的零件，如需要压制成形的槽型隔板，需要通过试验获得有效的数据，对平面或曲面钢板布置方法进行反复优化，并计算工艺设计所确定的精度控制信息。根据这一原则，货舱双层板之间可以排列肋条、垂直拼接和水平拼接。此外，如折角斜屋面板、槽式隔墙板、墙角侧板、斜梁拱顶板等，都需要进行伸缩计算或压缩试验，然后计算焊接收缩补偿和剪切损失，以获得准确的钢板尺寸顺序。根据这一原则，钢板长度不再是6 m，8 m，10 m，12 m和 16 m 的标准规格。钢板的宽度不再是 1.5 m，1.8 m，2.0 m，2.2 m，2.5 m，2.8 m 等标准宽度。这种“不定尺寸”的订单模式，类似于日本造船厂根据生产设计图纸进行订单，但与国内钢铁厂希望生产“精确尺寸”的供应模式恰恰相反。但前者能够有效地减少多余的原材料或残留物，从而大大提高钢材的利用率。对于 310 万吨级的船舶，钢板规格在固定尺寸的招标中可达到150250个，但在无限尺寸的招标中需要提高到 400 600 个。4 结语钢材利用效率关系到船舶企业的生产经营效益。因此，如何有效地利用钢铁资源已成为船舶生产经营的一个重大问题。从设计、规划、材料加工等部门的角度出发，探讨了影响钢材初始利用率的各种因素，并提出了改善钢材初始利用率的措施。本文虽然已经解决了一些问题，但是如何提高钢材在生产过程中的利用率等问题需要进一步研究。参考文献：1 刘善德.提高钢材利用率是降低造船成本的重要途径 J.造船技术,2005(4):15-17+47.2 杨风艳,贾玉光,姚大伟,等.关于板材订货施工预留量的分析研究 J.山东化工,2021,50(15):111-112.3 刘进华,王永兴,李洪晏.海洋工程建造用结构钢材的数据分析 J.造船技术,2020(1):63-66.4 梁家