船舶建造过程中钢材切割余料优化利用技术及成本控制策略

1 钢材切割余料优化利用技术体系

1.1 套料工艺的精细化优化

在船舶建造中，钢材利用率直接关系到材料成本与资源效率，而套料工艺作为材料切割前的核心环节，其优化程度决定了余料生成的初始状态。传统套料依赖人工经验，存在排布不合理、空间浪费严重等问题，尤其在面对复杂曲面分段或异形构件时，板材利用率往往低于 85% 。现代造船企业应转向智能化、数据驱动的套料模式。通过引入具备三维建模能力的智能套料软件，系统可基于船体分段图纸自动提取构件轮廓，并结合板材规格进行动态嵌套。其中，动态嵌套算法通过遗传算法或模拟退火等优化方法，迭代计算最优排布方案，使板材间隙最小化，切割路径最短化。

1.2 余料标准化管理体系构建

余料若缺乏系统化管理，极易沦为“废弃物”，造成资源浪费与库存积压。因此，必须打破“即产即弃”的粗放模式，建立科学的余料回收与再利用机制。关键在于构建标准化的余料分类与编码体系。根据板材的尺寸、厚度、材质及表面质量，可将余料划分为 A、B、C 三级：A 级余料（尺寸≥1m×1m）具有较高再利用价值，优先用于大型构件补料或替代整板使用；B 级余料（ 0.5m×0.5m ≤尺寸 <1m×lm ）适用于小型连接板、加强筋等非承重部件；C 级余料（尺寸 <0.5m×0.5m ）虽难以直接使用，但可通过熔炼重铸或作为焊材填充料实现资源闭环。在此基础上，设立专用余料仓库，配备条形码或 RFID标签，实现从切割下料到仓储、调拨、使用的全流程追踪。

1.3 切割工艺的技术革新

切割精度与工艺稳定性直接影响余料的质量与再利用潜力。传统火焰切割因热影响区大、切口粗糙，导致余料边缘变形严重，难以用于精密构件。相比之下，高精度等离子切割技术凭借其切割速度快、热变形小、精度可达 _±0.3mm 等优势，显著提升余料的可用性。进一步地，激光-等离子复合切割技术的应用，实现了从薄板到厚板（30mm 以上）的无缝切换，避免因更换设备导致的材料浪费与生产中断。

1.4 信息化手段的深度应用

信息化是实现余料高效管理的技术支撑。构建基于 BIM（建筑信息模型）的余料管理平台，可实现设计、生产、仓储数据的无缝集成。通过数字孪生技术，在虚拟环境中模拟整个切割流程，提前预测余料生成位置与尺寸，辅助优化套料方案。例如，系统可基于历史切割数据，利用机器学习算法建立“板材规格—构件类型—余料分布”预测模型，为采购与排产提供决策依据。同时，开发移动端余料匹配 APP，实现现场作业人员与库存系统的实时交互。当新分段需要补料时，系统可自动推送可用余料清单，支持扫码调用，大幅缩短物料准备周期。

2 船舶建造成本控制多维策略

2.1 采购环节的成本压缩

钢材作为船舶建造中占比最高的原材料，其采购策略直接影响整体成本结构。传统分散采购模式易导致价格波动大、供应不稳定。为此，应推行集中采购与战略协议相结合的模式。通过与大型钢厂签订年度框架协议，锁定价格区间与供货节奏，既可规避市场波动风险，又能通过批量采购获得 5%-8% 的价格优惠。同时，引入反向拍卖平台，组织多家合格供应商在线竞价，进一步压降采购成本。对于特殊规格或高强度钢材，采用“以需定产”模式，由钢厂根据船厂生产计划定制生产，减少中间环节与二次加工损耗，降低综合采购成本。此外，建立供应商绩效评价体系，将交货准时率、材料合格率等指标纳入考核，确保采购质量与成本双控。

2.2 库存管理的动态优化

库存管理不仅涉及仓储成本，更关乎资金占用与物料周转效率。采用 ABC 分类法对钢材进行动态管理：A 类为高价值、低周转材料（如高强度船板），实施重点监控与 JIT（准时制）供货；B 类为常规结构钢，实行周期性盘点与按需补货；C 类为低值辅材，采用定量订货模式。通过 ERP 系统实时监控库存水平，当周转率低于行业基准时自动触发预警，避免积压。同时，探索“零库存”管理模式，与核心供应商共建厂外协同仓库，实现钢材按生产节拍直送生产线，减少厂内仓储压力与搬运损耗。某船厂实施该模式后，库存周转率提升 40% ，仓储成本下降 25%_⨀

2.3 生产流程的精益化改造

生产环节的效率提升是降本的核心路径。在分段制造阶段，推行“托盘化管理”，将同一作业区域所需物料按工序打包配送，减少现场等待与搬运次数。通过优化托盘配置与配送路线，物料配送误差率可控制在 1%以内，工时浪费减少 15‰ 在总组与搭载阶段，推广总段建造法，将多个分段在岸上预合拢，缩短船台周期 10%-15% ，显著降低吊装频率与船台租赁成本。此外，引入自动化焊接设备，如双丝埋弧焊机器人，不仅提升焊接速度 40% 以上，还因焊缝质量稳定，减少返修成本，间接提升钢材使用效率。

2.4 人工成本的精准管控

人工成本在船舶建造中占比显著，需通过机制创新实现效率与成本的平衡。实施“技能等级认证”制度，将焊工、切割工等关键岗位划分为初、中、高三档，薪资与技能等级挂钩。高级技工虽薪酬较高，但其作业效率与一次合格率显著优于初级工，综合成本反而更低。配合“工时+质量”双考核绩效体系，将员工收入与生产效率、返工率直接关联，激励员工提升作业质量。实践表明，该体系可使人工成本降低 8% ，同时生产效率提升 25% ，实现人力资本的最优配置。

2.5 设备管理的预防性维护

设备运行状态直接影响生产连续性与成本稳定性。建立基于 TPM（全员生产维护）的设备管理体系，制定预防性维护计划，对数控切割机、焊接机器人等关键设备实施定期点检与状态监测。通过振动分析、红外测温等技术手段，提前识别潜在故障，将非计划停机时间减少 20‰ 同时，部署设备能耗监测系统，对切割、涂装等高能耗工序实施实时监控与优化。例如，在等离子切割系统中加装余热回收装置，将切割产生的热能用于车间供暖或预热板材，综合能耗可降低 15%-20% ，实现绿色降本。

3 技术与管理协同的降本增效路径

钢材余料优化利用与成本控制是一项系统工程，必须实现技术手段与管理机制的深度融合。技术层面，通过智能套料、高精度切割与信息化平台建设，从源头减少余料生成并提升其再利用价值；管理层面，通过采购模式创新、库存动态调控、生产精益化与设备预防性维护，系统性压缩隐性成本。某大型船厂案例显示，通过整合智能套料系统与余料标准化管理，钢材综合利用率由 85% 提升至 92% ；结合集中采购与 TPM 管理，采购成本降低 8% ，设备故障率下降 25% ，最终实现单船建造成本下降12% 。这表明，唯有技术与管理双轮驱动，方能实现船舶建造成本的系统性优化。

结语

船舶建造过程中钢材切割余料的优化利用与成本控制，依赖于套料工艺的智能化、余料管理的标准化、切割技术的先进化以及信息化系统的深度集成。在成本控制方面，采购策略的优化、库存管理的动态化、生产流程的精益化、人工成本的精准化以及设备维护的预防性，共同构成了多维度的降本体系。技术与管理的协同作用，不仅提升了钢材利用率，也全面降低了建造成本，为船舶制造企业构建了可持续的竞争优势。

参考文献

[1]甘明军,张先进,陈敬宇.钢材余料的再利用研究与推进[J].广船科技,2023,43(04):92-94+88.

[2]朱以清.船舶结构件下料钢板余料编码的制定[J].科技视界,2013,(13):53.