浅谈船舶钢材材料利用率提高

顿小辉

摘要：在如今竞争激烈的造船行业中，如何降低成本是在低迷的造船市场中突出重围和争取主动的关键，根据相关资料的统计，钢材作为造船的主要原料之一其在全船造船成本中的占比将近30%以上，如何提高船舶钢材的利用率具有重要的现实经济意义。

Abstract： In today's highly competitive shipbuilding industry， how to reduce the cost is the key to highlight the encirclement and strive for initiative in the depressed shipbuilding market. According to the statistics of relevant data， steel， as one of the main raw materials of shipbuilding， accounts for more than 30% of the shipbuilding cost of the whole ship. How to improve the utilization rate of ship steel has important practical and economic significance.

关键词：钢材利用率;船厂;船舶钢材

Key words： steel utilization;shipyard;ship steel

中图分类号：F407.474                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0211-02

0  引言

钢材利用率作为衡量钢材利用的唯一指标，指标的高低直接反应了船厂对于钢材使用能力，本文通过分析影响船舶钢材利用率的几大因素，提出了提高船舶钢材利用率的途径和措施，从而节省钢材原料的使用可以为船厂节省大量的成本。

1  船舶钢材材料利用率计算方法

GB/T37535-2019中的定义材料利用率统计方法有两种，分别为一次利用率和综合利用率，其中大部分船厂都是以一次利用率作为衡量钢材利用高低的指标，即船体结构中零件理论重量占单船船体结构钢材实际领用量的百分比，计算公式如下：

Rgy1 =■

式中：

Rgy1：钢材一次利用率;

Wt1：单船船体结构零件理论总重量，单位为吨（t）;

Wdsl：单船船体结构钢材实际领用量，单位为吨（t）。

2  材料利用率的影响因素

2.1 材料利用率控制流程的影响

船体结构设计是一个耗时长，工作量庞大的的系统工程，一条船的结构设计往往由多个单位或者一个单位的多个部门协同完成，设计过程中牵涉到许多设计人员，材料利用率作为一个效果体现在生产设计阶段，控制工作却要贯穿整个设计过程的参数指标，因为其效果显现的滞后性导致前期设计很难关注也不太关注，而且生产设计阶段反馈出来的利用率优化修改会导致前期设计的返工，造成大家对反馈修改有抵触情绪，所以利用率控制必须要有流程支撑，否则材料利用率控制工作推进将困难重重。

2.2 设计对于钢材利用率的影响

船舶设计主要分三个阶段，即基本设计、详细设计、生產设计，三个设计阶段对应的船舶设计不同的工作内容，设计对于船型参数、结构形式、套料方式和板规的选择对于材料利用率都有影响，提高设计质量对于材料利用率控制意义重大。

2.3 采购对于钢材利用率的影响

在造船较先进的日本和韩国已经具备了完善的船厂钢材配套供应链体系，钢板基本采取不定尺采购，即设计套料需要什么板规就采购什么规格，材料的大小不受尺寸限制，甚至部分船厂与钢厂建立了深度配套系统，船体零件直接由钢厂下料后配套送给船厂，船厂基本没有材料浪费，虽然国内造船经过多年发展，材料配套方面有了很大的改善，但是相比于日韩船厂配套还存在不小的差距，仍然无法做到完全不定尺采购。另外很多因素导致船厂自身对于采购板规数量还有限制和要求，这更加影响了利用率的提高。

2.4 工艺技术因素对于钢材利用率的影响

船厂工艺技术水平的高低，建造精度管理的好坏对于材料利用率也有着不可忽略的影响，据统计当前国内船厂精度水平与日韩企业相比还有相当差距，国内能做到分段无余量下料的比例只有70%左右，而日韩企业能够普遍做到95%，分段建造余量、零件下料、加工余量从理论角度来讲都是不必要的，余量本身就是一种材料浪费，据相关文献统计如果分段无余量数量比例提高20%，则船体钢材利用率将提高0.15%。

2.5 余料使用与管理对于钢材利用率的影响

因为钢板采购无法做到不定尺采购，设计过程中产生余料将无法避免，同时受制于技术条件影响，余料无法做到完全按照实际形状生成，一般情况下主要的余料形状有矩形、三角形、L型和T型余料这就导致材料转余料的时候就存在一次损耗浪费，另外国内大部分船厂对于余料管理都明显力不从心，现场余料乱用和串用是十分常见，设计的余料库和现场的余料库无法完全匹配，从而更加剧了余料的浪费而影响了材料的利用率。

3  提高材料利用率的措施和方法

3.1 加强材料利用率的过程管控

3.1.1 建立材料利用率控制流程  因为材料利用率控制工作贯穿基本设计、详细设计、生产设计三个阶段，各個设计阶段工作是相互交织，互相影响的，如何将各个设计阶段的利用率控制工作落到实处，并在各设计阶段之间建立有效的联动机制，这对于利用率的控制非常重要，所以从这点讲材料利用率的控制不单纯是技术问题也是管理问题。为了最大限度的提高材料利用率，把设计过程中不可控的因素变为可控就需要一套系统的、完善的流程来保驾护航，在流程中明确每一个设计角色在材料利用控制中所承担的责任义务。

3.1.2 将利用率控制化整为零分块管理  材料利用率是按照项目进行统计汇总，它是由全船所有的分段利用率组合而成，所以为确保材料利用率达成目标，需要将材料利用率分解到每一个分段进行管理，通过对单个分段利用率进行目标管理，最终促成利率用总体目标完成，在管控过程中如果发现材料利用率与目标值差距过大则需要分析原因找出对策，只有将每一个分段的利用率控制好了，全船的利用率就有保障了。

3.2 加强生产设计阶段前期策划  一般情况下生产设计在拿到详细设计图纸后基本上只会做一些常规主要构件的排板策划，如外板、内底、甲板、纵横舱壁板的板缝规划，往往会忽略机舱区域的小舱壁以及机舱的T型主肋骨等的排板，零件的段缝都是任由设计员发挥，一方面导致后期套料中的板规选择的杂乱无序，不利于套料板规总体数量的控制，另一方面因为机舱首尾区域零件线型大而且不规则，不进行板缝规划很容易导致材料利用率低下，所以在条件具备情况下要尽可能扩大排板范围，细化零件排板策划，在排板过程中如果发现板缝位置与详细设计图纸有冲突的要及时反馈调整，尽量避免材料的浪费。

3.3 采用先预套料后购买材料  随着三维建模设计模式在造船领域的不断推广应用，船厂完全有条件在材料采购之前进行快速建模预排套料然后再采购，尽量避免手工预估材料，因为预套料对于套料板规的选择和材料采购数量会更精准合理，大大降低手工预估材料造成的板规“非宽即窄，非长即断”造成的材料浪费。

3.4 优化套料批次，相似分段混套  因为船体零件有大有小形状各异，从排版组合的角度来讲，套料零件越多则排版组合就越多，单张板的零件排布才可能会越合理，板材利用率也会更高，所以可以采用分段混套的方式，分段批次划分尤以相似分段混套对利用率提高最有利，另外分段批次划分要考虑现场的下料顺序以及设计套料管理的问题，一批次分段数量过多可能会造成分段套料供应跟不上的问题。

3.5 加强分段套料利用率的薄弱点管控  纵观全船各个区域材料利用率，货舱和上建零件比较规整，所以材料利用率会比全船利用率高，机舱和首尾区域的零件不规整且线型变化大，材料利用率会比全船利用率低，根据统计一般机舱会比货舱区域利用率低4～7%左右，另外当前主流船厂的下料基本都采用了分道套料下料方式，各船厂因为自身工艺流向的区别分道会有所不一样，但是基本都会包含拼板、构件、外板三道，而在这些分道之中外板的材料利用率为最低，一般会比分段利用率低4%左右，所以分段套料利用率方面要重点关注外板的套料利用率。

3.6 小范围材料代用  在分段套料过程中经常会出现一批零件套料后会剩余部分零件无料可套的尴尬，因为零件太少增开整板套料浪费又比较多，所以可以对于非重要构件进行板厚以大代小、材质以高代低混套到其它的套料板中，既解决了剩余零件没有材料的问题，又可以充分利用其它套料板的空余部分，这是套料中一种常用提高材料利用率的方法。

3.7 采取特殊的下料切割方式  纵所周知钢板在切割中会产生切割损耗，据统计一条6.4万吨的散货船全船切割米数大约23万米，如果割缝宽度按照5mm、名义板厚按照15mm估算，则切割损耗重量就有约13.5吨，所以在切割方面可以采取特殊下料方式，譬如零件共边切割、条才集中裁条切割下料切割等等。

3.8 优化改进建造工艺，提高建造精度  生产设计过程中有各种各样的余量，常见的有合拢余量、板材加工余量、型材加工、下料余量等，大力推进精度控制管理以及工艺工法减少或者避免一部分余量，对于材料利用率的控制也是大有益处。

3.9 做好问题总结，避免重复性错误  船厂应总结多年的造船经验形成一套自己的设计标准指导员工设计，对于过往船出现的问题要做好总结，特别是首制船的问题总结，将首制船的问题尽量在后续船上得到落实，减少系列船重复错误的发生以及典型错误的重复发生，减少现场返工从而降低材料的损耗，提高材料利用率。

3.10 增加采购板规，采取非常规板批量定制采购  因为受制于钢厂对钢板尺寸的限制，所以设计过程中不可避免的会产生余料，材料利用率也受到较大影响，为了尽量减少板材尺寸限制给材料利用率带来的影响，一方面可以在经济板规允许范围内尽量增加套料板材规格数量，另一方面钢厂除对常规板材规格有要求外，如果非常规板形成批量也能接受不加价定制，所以船厂可以充分利用钢厂的加价原则来定制所需要的板规。

3.11 提高余料的管理水平  在船舶制造的过程中，钢材经过下料后会生成形状不一的余料，但是这些余料不是废料，经过合理的加工之后，也可以应用于后期的船舶制造之中。第一，建立余料信息共享平台，将余料信息进行统一化管理，避免设计和现场余料信息管理各自为政，造成余料不一致的问题。第二，建立规范的余料分类管理机制，将生产过程中产生的余料一定规律如大小、材质、板厚进行分类存放和管理，避免余料堆放无序、查找困难、使用混乱。第三，制定余料、边角料的作业指导书，规范余料、边角料的使用，避免现场余料边角料乱用。

4  结语

本文从材料利用率的影响因素着手，对于材料利用率的提高给出了具体的措施和建议，为船厂钢材材料利用率的提高节约成本提供了方案参考。

参考文献：

[1]曾丽佳，李云艳.在船体生产设计中如何节约钢材的方法研究[J].科技风，2014（05）：205.

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