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中图分类号：U671.99
摘要：随着国际造船业的迅速发展，各企业之间的竞争也愈加激烈，新的船舶建造工艺层出不穷，现代船舶建造工艺采用的是分段建造模式，按照区域把船体划分成不同的小段，每一分段采取独立的制造模式，最后再在船台上进行分段合拢，本文就船舶分段制造工艺进行了探讨研究。
关键词：船舶；分段制造；工艺
分段生产任务的制定是基于各部门生产作业车间的加工能力之上，分段制造计划是船舶建造生产管理计划体系的组成部分，以分段搭载网络计划为依据，结合分段制造各阶段任务量的资源需求及船舶企业拥有的资源总量，遵照任务的时序约束和资源约束进行。
1. 船舶分段的基本知识
船舶分段是由船体的零件、部件组成的船体局部结构，是组成船体整体的中间产品，是构成船体结构的实体。分段组装部分过程按照：小组立（零件组成构件）、中组立（构件组成部件）、大组立（构件与部件组成分段）、总组（分段组成总组段）、合拢的过程进行。采用分段装焊工艺可使各分段同时建造，从而缩短了造船的周期，提高船舶的生产效率。
分段的原则按照船舶的建造工艺、场地选择、起重能力、周期要求等，将一艘3-6万吨的船舶分段划分成100-200个，大型的船体结构划分成351个。分段按照结构所属部位分成：底部分段、舷侧分段、甲板分段、首尾分段等；按类型可分为平面分段、曲面分段和立体分段。
船舶结构的主要部分都大同小异，包括：船壳（Shell）、船架（Frame）、甲板（Deck）、船舱（Holds and Tanks）、船面建筑（Super Structure），然后它们又可以分成不同的零件，根据不同的分段方法将船舶进行分段建造。
2. 船舶分段制造计划的优化方法与工具研究
2.1基于优先规则的RCPSP启发式优化方法
RCPSP的求解算法主要有精确求解算法和启发式求解算法，基于优先规则的启发式求解算法包括调度生成方案和优先规则，对于大规模的问题来说，启发式求解算法求出的解虽然可能不是最优解，但是计算速度较快。典型RCPSP项目网络图如下：（a，b）中a表示任务的执行周期，b表示任务开工需要的资源量，且资源总量为6，任务1和9为虚任务。
2.2 基于优先规则的分段制造计划优先方法
3. 船舶分段作业场所的配置分析
分段作业场所配置问题是一个复杂的基本资源配置及时间资源约束问题。
3.1 分段作业场所配置计划制定过程的制约因素
此过程的制约因素主要有以下几种：多分段争用分段作业场所，时间的直接约束，场所可用面积约束，分段作业场所约束，吊装、运输设备约束。
3.2 对分段作业场所配置计划的评价
分段作业场所配置计划是通过提高分段作业场所的利用率的方法来提高分段作业场所的生产量，保证分段作业综合进度的顺利实现。一般将分段作业场所配置计划与分段作业综合进度计划的符合程度作为衡量分段作业场所配置计划的标准。为了衡量这个相符的程度，提出了越界时间和缺口体积的概念。
3.3 分段作业场所配置模型的求解方法
基于作業场所—时间三维空间，求解过程主要包括四个步骤：选择分段作业、选择作业场所、在作业场所内排布分段作业、对作业空间进行划分。引入空间划分的思想，借鉴集装箱装箱算法，并以缺口体积为评价标准，设计基于空间划分的启发式算法，来对分段作业场所配置问题进行求解。
4. 船舶分段制造过程的应力与变形分析
4.1 影响船体变形的因素分析
4.1.1 由原材料引起的变形
不同的钢材，机械性能也存在差异，在造船过程中钢材经过加热后其机械性能也有可能发生变化，这种变化会引起船体的变形。不锈钢的焊接变形程度高于碳钢，而且发生变形后不宜再次加热矫正。不同类型的船舶对钢材的要求也不相同，这就要求在船舶设计制造中选择原材料不仅要考虑钢的价格成本，还要看此材料的适用性，若适用性能差，导致变形的机率反而会更高。
4.1.2 由外力因素引起的变形
在船舶制造中由于外力作用常会引起异常变形，如在起吊过程中由于吊钩的作用力引起的船体变形；在施焊的过程中由于磕、碰、摔、撞而导致的变形；船舶下水通常采用纵向滑道下水，当艇部先入水时，航浮产生巨大的舶部压力，就会致使船体上翘，造成起翘变形。
4.1.3 由于焊接因素引起的变形
焊接是一种对钢板进行不均匀加热的过程，焊接部位的热量明显高于其它区域，进而产生了不相容的应变，焊接因素是对船体变形影响程度最大的一个。焊接接头作为焊接结构件的重要部分，内部存在的残余应力对接头的性能有着较大的影响程度，它可导致船体的构件强度和韧度都下降，焊接残余应力伴随的变形也不利于船舶制造的精度控制。
4.2 焊接残余应力和变形的分析
研究焊接应力和应变的理论主要有热弹性一塑性分析、固有应变法、粘弹性一塑性分析、考虑相变与热应力藕合效应等，其中的热弹性一塑性分析是在焊接热循环过程中通过有序的跟踪热应变行为来计算热应力和应变的，运用此方法需在计算机上通过有限元计算方法来实现。
4.3 舱口盖制作中的应变过程分析
测量和分析过程是制造规范舱口盖很重要的一步，但在实际测量时，由于测量环境的影响会导致船体发生应变，那么测量出来的结果可能导致误收误废，也相应影响到开始时的计算和预估零件收缩量，那么对于保证整个船体质量的影响也是很大的。利用MSC.Patran软件对舱口盖建立有限元模型进行分析，得出船体的应力应变图。通过公式计算得出各分段变形后的尺寸，并与允许偏差进行比较，得出了各分段变形大部分都超出了允许偏差。
5. 结语
船舶的分段制造工作场面广，可以全面开工，投入较多的人员，相互之间不影响；制作的施工环境也可以大大的改善；分段作业使安装、焊接效率都有所提高，大大减少了立焊和死角焊接；船体的变形量也有所减少。是一种比较合理的船舶建造形式。
参考文献：
[1]王勖成.邵敏.有限元法基本原理和数值万法[M].清华大学出版社.1997.
[2]]陈丙森.主编.计算机辅助焊接技术[M].北京：机械工业出版社.1999.
[3]李维特，黄保海，毕仲波.热应力理论分析及应用[M].北京：中国电力出版社，2004.
摘要：随着国际造船业的迅速发展，各企业之间的竞争也愈加激烈，新的船舶建造工艺层出不穷，现代船舶建造工艺采用的是分段建造模式，按照区域把船体划分成不同的小段，每一分段采取独立的制造模式，最后再在船台上进行分段合拢，本文就船舶分段制造工艺进行了探讨研究。
关键词：船舶；分段制造；工艺
分段生产任务的制定是基于各部门生产作业车间的加工能力之上，分段制造计划是船舶建造生产管理计划体系的组成部分，以分段搭载网络计划为依据，结合分段制造各阶段任务量的资源需求及船舶企业拥有的资源总量，遵照任务的时序约束和资源约束进行。
1. 船舶分段的基本知识
船舶分段是由船体的零件、部件组成的船体局部结构，是组成船体整体的中间产品，是构成船体结构的实体。分段组装部分过程按照：小组立（零件组成构件）、中组立（构件组成部件）、大组立（构件与部件组成分段）、总组（分段组成总组段）、合拢的过程进行。采用分段装焊工艺可使各分段同时建造，从而缩短了造船的周期，提高船舶的生产效率。
分段的原则按照船舶的建造工艺、场地选择、起重能力、周期要求等，将一艘3-6万吨的船舶分段划分成100-200个，大型的船体结构划分成351个。分段按照结构所属部位分成：底部分段、舷侧分段、甲板分段、首尾分段等；按类型可分为平面分段、曲面分段和立体分段。
船舶结构的主要部分都大同小异，包括：船壳（Shell）、船架（Frame）、甲板（Deck）、船舱（Holds and Tanks）、船面建筑（Super Structure），然后它们又可以分成不同的零件，根据不同的分段方法将船舶进行分段建造。
2. 船舶分段制造计划的优化方法与工具研究
2.1基于优先规则的RCPSP启发式优化方法
RCPSP的求解算法主要有精确求解算法和启发式求解算法，基于优先规则的启发式求解算法包括调度生成方案和优先规则，对于大规模的问题来说，启发式求解算法求出的解虽然可能不是最优解，但是计算速度较快。典型RCPSP项目网络图如下：（a，b）中a表示任务的执行周期，b表示任务开工需要的资源量，且资源总量为6，任务1和9为虚任务。
2.2 基于优先规则的分段制造计划优先方法
3. 船舶分段作业场所的配置分析
分段作业场所配置问题是一个复杂的基本资源配置及时间资源约束问题。
3.1 分段作业场所配置计划制定过程的制约因素
此过程的制约因素主要有以下几种：多分段争用分段作业场所，时间的直接约束，场所可用面积约束，分段作业场所约束，吊装、运输设备约束。
3.2 对分段作业场所配置计划的评价
分段作业场所配置计划是通过提高分段作业场所的利用率的方法来提高分段作业场所的生产量，保证分段作业综合进度的顺利实现。一般将分段作业场所配置计划与分段作业综合进度计划的符合程度作为衡量分段作业场所配置计划的标准。为了衡量这个相符的程度，提出了越界时间和缺口体积的概念。
3.3 分段作业场所配置模型的求解方法
基于作業场所—时间三维空间，求解过程主要包括四个步骤：选择分段作业、选择作业场所、在作业场所内排布分段作业、对作业空间进行划分。引入空间划分的思想，借鉴集装箱装箱算法，并以缺口体积为评价标准，设计基于空间划分的启发式算法，来对分段作业场所配置问题进行求解。
4. 船舶分段制造过程的应力与变形分析
4.1 影响船体变形的因素分析
4.1.1 由原材料引起的变形
不同的钢材，机械性能也存在差异，在造船过程中钢材经过加热后其机械性能也有可能发生变化，这种变化会引起船体的变形。不锈钢的焊接变形程度高于碳钢，而且发生变形后不宜再次加热矫正。不同类型的船舶对钢材的要求也不相同，这就要求在船舶设计制造中选择原材料不仅要考虑钢的价格成本，还要看此材料的适用性，若适用性能差，导致变形的机率反而会更高。
4.1.2 由外力因素引起的变形
在船舶制造中由于外力作用常会引起异常变形，如在起吊过程中由于吊钩的作用力引起的船体变形；在施焊的过程中由于磕、碰、摔、撞而导致的变形；船舶下水通常采用纵向滑道下水，当艇部先入水时，航浮产生巨大的舶部压力，就会致使船体上翘，造成起翘变形。
4.1.3 由于焊接因素引起的变形
焊接是一种对钢板进行不均匀加热的过程，焊接部位的热量明显高于其它区域，进而产生了不相容的应变，焊接因素是对船体变形影响程度最大的一个。焊接接头作为焊接结构件的重要部分，内部存在的残余应力对接头的性能有着较大的影响程度，它可导致船体的构件强度和韧度都下降，焊接残余应力伴随的变形也不利于船舶制造的精度控制。
4.2 焊接残余应力和变形的分析
研究焊接应力和应变的理论主要有热弹性一塑性分析、固有应变法、粘弹性一塑性分析、考虑相变与热应力藕合效应等，其中的热弹性一塑性分析是在焊接热循环过程中通过有序的跟踪热应变行为来计算热应力和应变的，运用此方法需在计算机上通过有限元计算方法来实现。
4.3 舱口盖制作中的应变过程分析
测量和分析过程是制造规范舱口盖很重要的一步，但在实际测量时，由于测量环境的影响会导致船体发生应变，那么测量出来的结果可能导致误收误废，也相应影响到开始时的计算和预估零件收缩量，那么对于保证整个船体质量的影响也是很大的。利用MSC.Patran软件对舱口盖建立有限元模型进行分析，得出船体的应力应变图。通过公式计算得出各分段变形后的尺寸，并与允许偏差进行比较，得出了各分段变形大部分都超出了允许偏差。
5. 结语
船舶的分段制造工作场面广，可以全面开工，投入较多的人员，相互之间不影响；制作的施工环境也可以大大的改善；分段作业使安装、焊接效率都有所提高，大大减少了立焊和死角焊接；船体的变形量也有所减少。是一种比较合理的船舶建造形式。
参考文献：
[1]王勖成.邵敏.有限元法基本原理和数值万法[M].清华大学出版社.1997.
[2]]陈丙森.主编.计算机辅助焊接技术[M].北京：机械工业出版社.1999.
[3]李维特，黄保海，毕仲波.热应力理论分析及应用[M].北京：中国电力出版社，2004.