船舶合攏管測(cè)量制作新技術(shù)

段顯龍++夏文亞++蔡益++董啟鵬

摘 要：目前船舶建造過程中，合攏管測(cè)量制作基本依靠工人在船上手工打樣后，回車間制作好合攏管后再上船安裝。這種傳統(tǒng)的作業(yè)方法存在效率低、精度差、返工多、浪費(fèi)打樣材料等問題。針對(duì)這些問題，通過應(yīng)用一種合攏管測(cè)量及再現(xiàn)裝置，形成了一種船舶合攏管測(cè)量制作新技術(shù)，能有效避免傳統(tǒng)作業(yè)方法存在的不足，達(dá)到節(jié)能降耗、降本增效的作用。

關(guān)鍵詞：合攏管；新技術(shù)；降本增效

中圖分類號(hào)：U664.85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A New Technology for Measuring And Manufacturing of Ship Closure Tube

DUAN Xianlong ， XIA Wenya， CAI Yi， DONG Qipeng

（CCSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.，Ltd.， Guangzhou 510715）

Abstract： At present， in the shipbuilding process， procedures for measuring and manufacturing of closure tube include manual proofing in ship， manufacturing in workshop and fitting in ship. There would be much problems such as low efficiency， poor accuracy， reworking， depending on the level of workers， and material-wasting. In order to solve these problems， a new technology for measuring and manufacturing of ship closure pipe is developed， by using a device for measuring and reproducing closed tube to effectively avoid the shortcomings of the traditional operation method， achieve energy saving and cost reduction.

Key words： Closure tube； New technology； TQCM

1 前言

當(dāng)前，造船市場(chǎng)有效需求不足，原材料和設(shè)備價(jià)格上漲，勞動(dòng)力成本不斷上升，整個(gè)造船行業(yè)面臨日益劇增的壓力，各造船企業(yè)都在大力尋求降本增效途徑。

對(duì)于船舶合攏管制作方面，傳統(tǒng)的作業(yè)方法是依靠工人在船上打樣后，再回到內(nèi)場(chǎng)進(jìn)行合攏管的制作，最后回到船上進(jìn)行安裝。這種傳統(tǒng)的作業(yè)方式主要存在以下問題：依賴工人技能、經(jīng)驗(yàn)水平；打樣管需經(jīng)多次轉(zhuǎn)運(yùn)工序，期間還需等待起重工的協(xié)助；手工打樣精度較差，可能造成現(xiàn)場(chǎng)改樣及返工；現(xiàn)場(chǎng)打樣用的角鋼、法蘭等材料浪費(fèi)較多。

因此，為有效避免傳統(tǒng)作業(yè)方法存在的不足，有必要通過船舶合攏管測(cè)量制作新技術(shù)完成合攏管的制作安裝，達(dá)到節(jié)能降耗、降本增效的作用。

2 傳統(tǒng)的作業(yè)方式

目前，船廠傳統(tǒng)的合攏管測(cè)量制作作業(yè)流程如下：（1）外場(chǎng)安裝車間的管子工在現(xiàn)場(chǎng)用管子、角鋼、法蘭、螺栓等進(jìn)行靠模、打樣（圖1）。對(duì)于小的、輕的管子，直接將管子和法蘭在船上點(diǎn)焊好后送去管子加工車間；對(duì)于大的、重的管子，用角鋼等代替管子再和法蘭點(diǎn)焊好，在外場(chǎng)安裝車間依據(jù)模型對(duì)管子反復(fù)修割至與法蘭相匹配，然后送去管子加工車間；（2）管子加工車間按工藝要求完成焊接；（3）由外場(chǎng)安裝車間管子工領(lǐng)用加工車間焊接好的管子，上船進(jìn)行回裝。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)靠模取樣圖

3 合攏管測(cè)量制作新技術(shù)

船舶合攏管測(cè)量制作新技術(shù)是基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置、數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)、法蘭位置再現(xiàn)裝置三大部分共同實(shí)現(xiàn)的：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置用于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)合攏管兩端法蘭空間位置，并將測(cè)量數(shù)據(jù)保存下來；數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合合攏管放樣圖自行擬合生成，加上人工調(diào)整得到最終合攏管加工圖；法蘭位置再現(xiàn)裝置，經(jīng)導(dǎo)入測(cè)量數(shù)據(jù)可以自動(dòng)走位，最終還原船上法蘭的空間位置，以保證合攏管的精度準(zhǔn)確性。

3.1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)的獲取

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量有兩種技術(shù)手段：一是利用拉線式傳感器裝置進(jìn)行測(cè)量，以得到法蘭空間位置數(shù)據(jù)；二是利用攝影測(cè)量相機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)法蘭面進(jìn)行拍照，得到法蘭螺栓孔的坐標(biāo)位置。

（1）拉線式傳感器裝置

拉線式傳感器裝置由測(cè)量本體、測(cè)量頭、手持式移動(dòng)數(shù)據(jù)終端 PDA組成。通過六點(diǎn)拉線傳感器測(cè)量，記錄合攏管配合法蘭在船上的實(shí)際空間位置，并保存測(cè)量數(shù)據(jù)。

測(cè)量本體內(nèi)裝有三個(gè)按等邊三角形布置的傳感器，作為基準(zhǔn)面裝在合攏管某一端的法蘭面上，用于確定合攏管一端的法蘭所在平面及相應(yīng)螺栓孔位置。測(cè)量頭裝在合攏管另一端法蘭的螺栓孔上，然后通過分別拉取測(cè)量本體上三個(gè)傳感器上的傳感繩掛到測(cè)量頭上，得到法蘭孔相對(duì)三個(gè)傳感器的空間位置數(shù)據(jù)。如此，盡量對(duì)稱均勻的選擇6個(gè)點(diǎn)，并重復(fù)進(jìn)行測(cè)量操作，得到另一個(gè)法蘭上6個(gè)螺栓孔相對(duì)三個(gè)傳感器的空間位置，并將測(cè)量數(shù)據(jù)都保存在PDA中。這樣，合攏管兩法蘭空間位置數(shù)據(jù)就通過合攏管測(cè)量裝置測(cè)量完成并得到保存。

（2）攝影測(cè)量相機(jī)拍照測(cè)量裝置

攝影測(cè)量相機(jī)拍照測(cè)量裝置由攝影測(cè)量相機(jī)、專用可伸縮工裝、長(zhǎng)度基準(zhǔn)尺、測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)組成。在每個(gè)法蘭上對(duì)稱選擇四個(gè)法蘭孔，并將專用可伸縮工裝裝在孔內(nèi)，在所測(cè)管子附近合適位置固定長(zhǎng)度基準(zhǔn)尺，在存在干涉等情況管子上貼上測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)，然后用相機(jī)進(jìn)行拍照并保存照片，以便后續(xù)用軟件擬合出管子。endprint

3.2 數(shù)據(jù)處理擬合模型

不管用哪種測(cè)量方式測(cè)得并保存的數(shù)據(jù)，必須導(dǎo)入到相應(yīng)的處理軟件系統(tǒng)內(nèi)，根據(jù)船廠各自的情況，選定相應(yīng)的法蘭、管子以及彎頭等標(biāo)準(zhǔn)。軟件先自動(dòng)計(jì)算生成合攏管，并進(jìn)行三維圖形顯示（圖2）；人工再參考合攏管原放樣圖紙，進(jìn)行管路的形狀、走向、彎位等的比照，對(duì)軟件自動(dòng)計(jì)算的合攏管結(jié)果進(jìn)行人工調(diào)整，形成最終合攏管圖樣，確定后自動(dòng)生成小票圖，并保存成CAD格式，可以打印供現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行合攏管制作。

圖3 擬合的三維模型圖

3.3 法蘭空間位置再現(xiàn)裝置

將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到法蘭位置再現(xiàn)裝置的控制電腦中，操作電腦控制軟件直接調(diào)用數(shù)據(jù)，法蘭位置再現(xiàn)裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)走位，將船上測(cè)量的法蘭空間位置還原出來，為后續(xù)合攏管的裝配工作提供便利條件，并能保證制作出的合攏管的精度，使合攏管能夠成功回裝。法蘭位置再現(xiàn)裝置擁有兩種形式：一種是7軸數(shù)控定位車床；另一種是6軸定位機(jī)器人。

（1）7軸數(shù)控定位車床

主要由頭架、尾架、移動(dòng)導(dǎo)軌及電控部分等組成。各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)都是自動(dòng)控制，可以自動(dòng)行走也可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)操作；頭架和尾架的工作臺(tái)都能±45°回轉(zhuǎn)，并能在0～95°范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和復(fù)位；頭架和尾架的整體支架能在±95°回轉(zhuǎn)，且尾架可在導(dǎo)軌上行走，以此來實(shí)現(xiàn)各種要求的法蘭空間位置的再現(xiàn)。此車床的尺寸、承重能力都較大，比較適用于再現(xiàn)大管徑的管子法蘭位置，并進(jìn)行之后的裝配，如圖3所示。

圖5 定位車床再現(xiàn)法蘭位置及管子裝配圖

（2）6軸定位機(jī)器人

主要由機(jī)器人本體、基準(zhǔn)固定裝置、電控部分等組成?；鶞?zhǔn)固定裝置上固定一端法蘭作為基準(zhǔn)，機(jī)器人本體上的6 個(gè)軸都是可以旋轉(zhuǎn)軸的，固定另一端法蘭后按照數(shù)據(jù)各軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)走位，以此來實(shí)現(xiàn)各種要求的法蘭空間位置的再現(xiàn)。機(jī)器人的尺寸、承重能力相對(duì)較小，適用于再現(xiàn)小管徑的管子法蘭位置，并進(jìn)行之后的裝配，如圖4所示。

圖6 機(jī)器人再現(xiàn)法蘭位置及管子裝配圖

4 應(yīng)用及總結(jié)

我司已制訂相關(guān)作業(yè)流程，采用此技術(shù)進(jìn)行部分合攏管的制作安裝，目前已達(dá)到約150條/月的物量。

工效、質(zhì)量對(duì)比表

作業(yè)方法 單根平均測(cè)量打樣時(shí)間

（分鐘） 單根平均管子制作時(shí)間

（分鐘） 返工率

傳統(tǒng)作業(yè)方式 45 75 約40%

新技術(shù)作業(yè)方式 10 50 ≤5%

船舶合攏管測(cè)量制作新技術(shù)解決了傳統(tǒng)制作方法存在的主要弊端，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)量、直接出小票圖、再現(xiàn)船上法蘭位置，為合攏管制作提供了極大便利。經(jīng)試驗(yàn)應(yīng)用，每根合攏管的測(cè)量制作時(shí)間平均減少50%左右，并可提高合攏管的制作質(zhì)量，減少返工率約35%。同時(shí)，還能夠節(jié)約輔助材料、減少等候時(shí)間、提高制作精度、改善外觀質(zhì)量、大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少制作工種和焊機(jī)設(shè)備、大幅度提高工時(shí)利用率。endprint