數(shù)字化造船之船塢三維搭載技術(shù)研究

程遠(yuǎn)龍 嚴(yán)海馬 劉振宇

摘? ? 要：數(shù)字化造船是應(yīng)用模塊化建造技術(shù)、協(xié)同制造技術(shù)、仿真建造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)船舶殼、舾、涂一體化。本項(xiàng)目是在融合數(shù)字化造船技術(shù)的基礎(chǔ)上，將設(shè)計(jì)模型的理論坐標(biāo)與船塢搭載的虛擬坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一，在空間上形成三維搭載坐標(biāo)系。運(yùn)用TRIBON建模技術(shù)、DACS精度分析技術(shù)、全站儀對(duì)船舶建造進(jìn)行精度策劃、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析，建立完善的精度數(shù)據(jù)庫(kù)，從而有效的應(yīng)用于船塢三維搭載，實(shí)現(xiàn)了分段的精確控制和無(wú)余量搭載;分段搭載由傳統(tǒng)的二維手工測(cè)量提升至三維立體精確測(cè)量，達(dá)到分段搭載快速定位、吊裝時(shí)間減少、建造精度明顯提高的目的。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化造船;坐標(biāo)系;三維搭載;精度

中圖分類號(hào)：U671.4? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Digital Shipbuilding is the application of modular construction technology， collaborative manufacturing technology， simulation construction technology to achieve the integration of hull construction， outfitting and painting. Based on the integration of digital shipbuilding technology， this paper unifies the theoretical coordinates of the design model with the virtual coordinates of the dock erection， and forms a three-dimensional erection coordinate system in space. TRIBON modeling technology， DACS precision analysis technology and total station instrument are used for precision planning， data collection， data analysis and establishment of a perfect precision database， so as to be effectively applied to the three-dimensional dock erection， to achieve the accurate control and zero-allowance erection of blocks. Block erection is improved from the traditional two-dimensional manual measurement to three-dimensional precision measurement， to achieve the purpose of rapid positioning of block erection， lifting time reduction， construction accuracy significantly improved.

Key words： Digital shipbuiding;? Coordinate system;? 3D erection;? Precision

1? ? 前言

《中國(guó)制造 2025》明確了海洋工程裝備和高技術(shù)船舶是十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一，造船業(yè)為國(guó)家戰(zhàn)略性裝備制造業(yè)的代表，我國(guó)船舶工業(yè)已形成了較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)。2016年船舶行業(yè)進(jìn)入寒冬，造船市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，諸多民營(yíng)和國(guó)營(yíng)造船企業(yè)倒閉，船舶行業(yè)前景堪憂。航運(yùn)市場(chǎng)慘淡，船東對(duì)航運(yùn)市場(chǎng)及船舶建造持觀望態(tài)度，對(duì)于已經(jīng)建造的船舶實(shí)行違約、棄船、延遲交付等策略，以抵消經(jīng)濟(jì)危機(jī)對(duì)航運(yùn)業(yè)的影響。危機(jī)即是機(jī)遇，我司以此為契機(jī)，結(jié)合自身實(shí)際情況，開展相關(guān)提高效益研究。

數(shù)字化造船是應(yīng)用模塊化建造、協(xié)同制造、仿真建造和裝配，實(shí)現(xiàn)船舶殼、舾、涂一體化制造，達(dá)到船舶產(chǎn)品快速制造和精益建造的一種技術(shù)。數(shù)字化造船技術(shù)涵蓋的范圍非常廣泛，本項(xiàng)目主要研究數(shù)字化造船之船塢三維搭載技術(shù)。

船塢三維搭載技術(shù)是在融合數(shù)字化造船技術(shù)的基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)策劃、分段建造全過(guò)程測(cè)量到模擬分析、模擬總組、模擬搭載分析，結(jié)合船塢實(shí)際搭載，利用三維智能化等技術(shù)，創(chuàng)立創(chuàng)新的一種新型造船技術(shù)。

2? ? ?船塢三維搭載坐標(biāo)系建立

2.1? ?船塢二維坐標(biāo)系的現(xiàn)狀及缺點(diǎn)

如圖1所示：船塢搭載原先使用是二維平面搭載坐標(biāo)系，通過(guò)拉激光經(jīng)緯儀及大尺測(cè)量高度、吊線錘測(cè)量半寬及平齊度，操作過(guò)程繁瑣、效率低下、搭載精度不高且不安全，達(dá)不到快速造船、精益造船的要求。

2.2? ?船塢三維搭載坐標(biāo)系建立

如圖2所示：在船塢兩邊設(shè)置坐標(biāo)系標(biāo)桿及360°旋轉(zhuǎn)標(biāo)靶，使船塢搭載的三維坐標(biāo)X、Y、Z值分別與坐標(biāo)系的標(biāo)靶對(duì)應(yīng)，建立起搭載階段的空間坐標(biāo)系。

為使實(shí)際搭載應(yīng)用的三維坐標(biāo)系與船體理論模型的三維坐標(biāo)系關(guān)聯(lián)統(tǒng)一起來(lái)，需借助TRIBON建模技術(shù)確定分段基準(zhǔn)的理論三維坐標(biāo)，轉(zhuǎn)化到船塢塢邊的坐標(biāo)系標(biāo)靶上進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，從而建立起理論與實(shí)際應(yīng)用統(tǒng)一的三維坐標(biāo)系，便于全面測(cè)量監(jiān)控船舶搭載精度和其他相關(guān)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，達(dá)到操作簡(jiǎn)便、快速、高效、精準(zhǔn)的效果。

2.3? ?船塢三維搭載坐標(biāo)系應(yīng)用工藝流程

船塢三維搭載坐標(biāo)系建立后，需制定相應(yīng)的工藝流程，指導(dǎo)規(guī)范施工、合理操作、高效運(yùn)行。在分段階段進(jìn)行全面的測(cè)量收集數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬搭載仿真分析，提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)在船塢實(shí)際搭載中使用。船塢過(guò)程中全面測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，一次移船到船舶成型出塢，收集過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)及優(yōu)化后續(xù)使用，如圖3所示。

3? ? ?船塢三維搭載坐標(biāo)系應(yīng)用效果

3.1? ?船塢搭載由平面二維空間提升到三維立體空間

傳統(tǒng)的船塢搭載坐標(biāo)系由二維手工測(cè)量提升到智能化的三維立體測(cè)量，由二維平面的多次測(cè)量才可以測(cè)全的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到一次測(cè)量即可實(shí)現(xiàn)的三維數(shù)據(jù)，如圖4所示。

3.2? ?建立了造船精度數(shù)據(jù)庫(kù)

對(duì)分段各過(guò)程的精度狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、分析及優(yōu)化，改進(jìn)后續(xù)建造方式，提高了建造質(zhì)量和施工效率，建立了精度數(shù)據(jù)庫(kù)，便于對(duì)船塢三維搭載進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出和指導(dǎo)，如圖5所示。

3.3? ?造船四大精度指標(biāo)明顯改善

分段無(wú)余量制造率、分段無(wú)余量搭載率、搭載修割率、搭載開刀率，是反映一個(gè)造船企業(yè)技術(shù)水平最直觀的表現(xiàn)。開展船塢三維搭載的研究，就是為了提高造船四大精度指標(biāo)。我司采用模塊集成化建造方式，單船共94個(gè)分段在車間進(jìn)行建造，然后在300 t龍門吊下面進(jìn)行總組形成33個(gè)總段，最后吊裝到船塢進(jìn)行塔式搭載;受工藝及精度控制水平影響，之前較多分段含余量進(jìn)行建造及搭載，建造及搭載過(guò)程中存在大量的切割和開刀，工作效率低下、耗時(shí)長(zhǎng)、四大指標(biāo)偏低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和建造質(zhì)量。通過(guò)開展船塢三維搭載研究創(chuàng)新，各項(xiàng)指標(biāo)明顯改善，其主要表現(xiàn)如下（見圖6）：

（1）分段無(wú)余量制造率：從2014年的52.15%提升到2019上半年的78.82%（備注：《船舶行業(yè)規(guī)范條件》要求不低于70%）;

（2）分段上船臺(tái)（進(jìn)塢）無(wú)余量搭載率：從2014年的78.59%提升到2019上半年的94.68%（備注：《船舶行業(yè)規(guī)范條件》要求不低于80%）;

（3）搭載修割率：從2014年的18.2%降低到2019上半年的9.8%;

（4）搭載開刀率：從2014年的10.59%降低到2019上半年的3.26%;

3.4? ?船塢總段搭載吊裝時(shí)間顯著減少

通過(guò)建立船塢三維坐標(biāo)系，能準(zhǔn)確快速的確定分段搭載的三維數(shù)值，現(xiàn)場(chǎng)定位管理員可以通過(guò)三維數(shù)值，精確的給出龍門吊調(diào)整方案，較以前嘗試性的調(diào)整大大節(jié)省了吊車吊裝時(shí)間，如圖7所示。

4? ? ?結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的進(jìn)步及技術(shù)的發(fā)展，能源節(jié)約及環(huán)境保護(hù)也越來(lái)越受到重視，在船舶行業(yè)將會(huì)越來(lái)越重視科研創(chuàng)新的研究。本項(xiàng)目應(yīng)用于船塢建造精度控制時(shí)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、改善施工環(huán)境、縮短船塢周期、減少修割、開刀率、節(jié)約建造成本等方面均取得了較好效果。

參考文獻(xiàn)

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