現(xiàn)代船舶數(shù)字化制造的測(cè)量技術(shù)創(chuàng)新思考研究

曹偉

摘要：在科技技術(shù)、船舶制造技術(shù)不斷發(fā)展的當(dāng)下，船舶數(shù)字化制造測(cè)量技術(shù)也在不斷創(chuàng)新?？陀^來(lái)講，傳統(tǒng)船舶制造模式相對(duì)分散，質(zhì)量、效率、能耗無(wú)法把控，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前現(xiàn)代船舶制造工作發(fā)展進(jìn)步。針對(duì)超大空間船舶制造來(lái)說(shuō)，精密測(cè)量難度較大，積極借助數(shù)字化船舶制造測(cè)量技術(shù)，可以解決這一技術(shù)難題。本文將借助網(wǎng)絡(luò)多站模式的非正交控網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建出大空間整體結(jié)構(gòu)化三維測(cè)量技術(shù)，保障船舶制造測(cè)量技術(shù)的科學(xué)性、精密性，為數(shù)字化船舶制造打下良好基礎(chǔ)保障。

關(guān)鍵詞：船舶制造;數(shù)字化;測(cè)量技術(shù)

我國(guó)現(xiàn)代船舶制造一般采用“巨型總段建造”工藝開(kāi)展施工，船舶尺寸可以達(dá)到十幾米甚至上百米的空間范圍，船舶制造測(cè)量手段也介于傳統(tǒng)測(cè)量手段和精準(zhǔn)測(cè)量手段之間，很難滿(mǎn)足大尺寸船舶制造實(shí)際需求，對(duì)大尺寸精準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)提出了巨大挑戰(zhàn)。wMPS室內(nèi)空間測(cè)量定位系統(tǒng)作為一種具備科學(xué)性、高效性的測(cè)量手段，可以有效滿(mǎn)足大尺寸、高精度船舶制造測(cè)量需求，可以與數(shù)字化技術(shù)緊密結(jié)合，滿(mǎn)足當(dāng)代船舶制造測(cè)量工作需求。近年來(lái)室內(nèi)空間測(cè)量定位系統(tǒng)已經(jīng)積極融入到了船舶制造領(lǐng)域當(dāng)中，并獲得了諸多效果和成績(jī)，為大尺寸船舶制造工作奠定了良好的技術(shù)支持和基礎(chǔ)保障。

1我國(guó)船舶制造測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀

船舶制造生產(chǎn)過(guò)程中，需要通過(guò)切割、加工、焊接等手段，完成船舶生產(chǎn)制造。為了把控船舶制造加工精準(zhǔn)度，必須要對(duì)各部件裝配過(guò)程進(jìn)行整體監(jiān)控，把控各個(gè)部件的精準(zhǔn)度。結(jié)合我國(guó)各大船廠當(dāng)前所使用的船舶制造測(cè)量技術(shù)來(lái)看，大多借助人工測(cè)量形式，利用尺子、樣板樣箱、水準(zhǔn)儀等測(cè)量?jī)x器，對(duì)船舶制造部件進(jìn)行測(cè)量，完成一維、二維測(cè)量需求。在三維測(cè)量時(shí)，則會(huì)利用全站儀開(kāi)展測(cè)量。當(dāng)前部分船廠現(xiàn)有的測(cè)量手段相對(duì)落后，很難實(shí)現(xiàn)數(shù)字化發(fā)展要求，無(wú)法結(jié)合船舶制造部件實(shí)際需求構(gòu)建出數(shù)字化三維模型，更無(wú)法將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給設(shè)計(jì)部門(mén)，很難提升船舶制造精準(zhǔn)度。船廠在測(cè)量大尺寸部件時(shí)，往往會(huì)利用全站儀開(kāi)展測(cè)量，雖然全站儀具備易攜帶、靈活、量程遠(yuǎn)等特點(diǎn)，但是隨著數(shù)字化船舶制造的不斷發(fā)展，全站儀測(cè)量局限性日漸凸顯。全站儀在開(kāi)展測(cè)量時(shí)，只能覆蓋自身測(cè)量空間，針對(duì)大型復(fù)雜船舶制造現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量來(lái)說(shuō)，因?yàn)橐暰€(xiàn)遮擋等諸多問(wèn)題，會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)信息誤差，無(wú)法滿(mǎn)足大尺寸船舶精準(zhǔn)測(cè)量需求。此外，全站儀這種單站極坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，很難滿(mǎn)足多個(gè)測(cè)量任務(wù)需求，在實(shí)時(shí)共享測(cè)量數(shù)據(jù)層次上也受到一定的局限，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代數(shù)字化船舶制造需求。

2wMPS整體結(jié)構(gòu)測(cè)量思路

wMPS室內(nèi)空間測(cè)量定位系統(tǒng)是在GPS技術(shù)基礎(chǔ)上，將傳感測(cè)量定位內(nèi)容，融入到了系統(tǒng)范圍當(dāng)中。作為一種具有高效性的測(cè)量技術(shù)手段，wMPS室內(nèi)空間測(cè)量定位系統(tǒng)在航空航天、船舶制造等諸多工業(yè)當(dāng)中，存在巨大應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)船舶制造測(cè)量領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，wMPS系統(tǒng)在實(shí)施過(guò)程中，可以構(gòu)建出多站立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，執(zhí)行較大空間整體測(cè)量任務(wù)。測(cè)量單元以網(wǎng)絡(luò)形式結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展，整體結(jié)構(gòu)化測(cè)量模式通過(guò)多觀測(cè)量交會(huì)，在擴(kuò)展量程的基礎(chǔ)上，還可以依靠高精準(zhǔn)度幾何約束、冗余測(cè)量平差方法來(lái)提升測(cè)量精準(zhǔn)度。借助wMPS對(duì)船臺(tái)下分段開(kāi)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，借助大量高精度測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)各個(gè)部件開(kāi)展快速精確調(diào)節(jié)，控制掌握各個(gè)部件的尺寸，有效提升了測(cè)量效率，提高了船舶生產(chǎn)測(cè)量自動(dòng)化、數(shù)字化。

3wMPS整體結(jié)構(gòu)測(cè)量應(yīng)用策略

3.1測(cè)量系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)

在船舶制造生產(chǎn)實(shí)踐中分析出了影響船舶制造測(cè)量精準(zhǔn)度的主要因素，針對(duì)分布式系統(tǒng)來(lái)講，影響船舶制造測(cè)量精準(zhǔn)度的主要因素是“發(fā)射站空間構(gòu)成”。傳統(tǒng)全站儀設(shè)備因?yàn)榇嬖谝欢ǖ木窒扌?，在施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)遮擋等問(wèn)題，造成發(fā)射站信號(hào)無(wú)達(dá)到達(dá)被測(cè)量位置，這就會(huì)直接影響了全站儀測(cè)量的效果和結(jié)果。那么在這里借助wMPS發(fā)射站，便可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。wMPS發(fā)射站開(kāi)展測(cè)量工作過(guò)程中，一般會(huì)借助激光發(fā)射的手段，在一定接受范圍當(dāng)中，構(gòu)建出固定角度旋轉(zhuǎn)發(fā)散區(qū)域。為了確保wMPS測(cè)量精準(zhǔn)性，需要科學(xué)合理的開(kāi)展發(fā)射站布局，覆蓋盡量多的待測(cè)區(qū)域。結(jié)合發(fā)射站和接收器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，明確交會(huì)系統(tǒng)誤差性，從而科學(xué)合理開(kāi)展數(shù)值仿真的測(cè)算。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，合理開(kāi)展發(fā)射站布局工作，將空間構(gòu)成的影響降至最小。在制定發(fā)射器布局方案時(shí)，結(jié)合各項(xiàng)影響因素構(gòu)建出評(píng)價(jià)函數(shù)，與此同時(shí)借助數(shù)值仿真手段分析測(cè)量誤差。

3.2復(fù)雜空間快速組網(wǎng)技術(shù)

當(dāng)前船廠在開(kāi)展船舶制造過(guò)程中，生產(chǎn)環(huán)境和工作區(qū)域較為復(fù)雜和混亂，這樣往往會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果不全面、精準(zhǔn)性較差等等諸多問(wèn)題，對(duì)船舶制造作業(yè)帶來(lái)不良影響和難度。那么在開(kāi)展船舶制造部件測(cè)量過(guò)程中，工作人員可以將wMPS發(fā)射站引入其中，配合全站儀設(shè)備，構(gòu)建出動(dòng)靜結(jié)合的發(fā)射站測(cè)量布局。在發(fā)射站測(cè)量布局當(dāng)中，wMPS發(fā)射站為固定點(diǎn)測(cè)量，對(duì)主要測(cè)量區(qū)域開(kāi)展測(cè)量。全站儀則作為輔助設(shè)備構(gòu)建移動(dòng)測(cè)量布局，對(duì)遮擋部位開(kāi)展有針對(duì)性的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)遮擋區(qū)域測(cè)量補(bǔ)充目的。

為了有效解決快速定向組網(wǎng)等相關(guān)問(wèn)題，可以考慮借助測(cè)量領(lǐng)域的“后方交會(huì)思想”。在wMPS發(fā)射站與全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)支撐下，以此來(lái)構(gòu)建出無(wú)縫集成三維控制模式，優(yōu)化組網(wǎng)定向參數(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)差分補(bǔ)償，全面提升測(cè)量精準(zhǔn)度。

3.3自適應(yīng)測(cè)量技術(shù)

當(dāng)前很多船型設(shè)計(jì)更加多樣和復(fù)雜，不僅為船舶制造工作增加了難度，而且對(duì)船舶制造測(cè)量工作帶來(lái)了較大挑戰(zhàn)。很多船舶制造過(guò)程中內(nèi)部遮擋問(wèn)題較為嚴(yán)重，因?yàn)榭稍试S布局空間較小，一定程度的給測(cè)量工作提出了更高的要求。當(dāng)前如果想要保障船舶制造測(cè)量工作的精密性，那么就必須要更新傳統(tǒng)測(cè)量工作思想與測(cè)量技術(shù)設(shè)備。借助“空間后方交會(huì)思想”，合理開(kāi)展點(diǎn)光掃描測(cè)量。在開(kāi)展船舶制造部件測(cè)量時(shí)，結(jié)合船舶部件的需求，融入多接收器測(cè)量靶技術(shù)，并設(shè)置至少六個(gè)測(cè)量靶接收器。多接收器測(cè)量靶技術(shù)當(dāng)中，可以通過(guò)接觸式測(cè)頭對(duì)測(cè)量靶接收器進(jìn)行激光跟蹤、坐標(biāo)定點(diǎn)。結(jié)合測(cè)量靶接收器設(shè)置情況，分析出測(cè)量靶到發(fā)射站之間的位置坐標(biāo)，在坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算的支撐下，明確wMPS發(fā)射站到測(cè)量靶接收器位置，在精準(zhǔn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)保障下，實(shí)現(xiàn)測(cè)量工作精密性需求。在把控發(fā)射站位置坐標(biāo)關(guān)系后，結(jié)合發(fā)射站光平面轉(zhuǎn)換到一個(gè)坐標(biāo)體系之下，實(shí)現(xiàn)偽交會(huì)測(cè)量，通過(guò)對(duì)超定方程組的解算來(lái)獲取測(cè)量靶與儀器之間的位置關(guān)系。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著數(shù)字化制造技術(shù)在船舶制造領(lǐng)域不斷深入，精度制造理念已經(jīng)成為現(xiàn)代船舶制造的主流方向和發(fā)展趨勢(shì)，并且貫穿和融入于現(xiàn)代船舶制造工藝流程當(dāng)中的測(cè)量技術(shù)當(dāng)中?？臻g坐標(biāo)測(cè)量定位技術(shù)，已經(jīng)成為船舶制造測(cè)量技術(shù)的重要發(fā)展方向，為了促進(jìn)現(xiàn)代船舶制造技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)該深入對(duì)wMPS室內(nèi)空間測(cè)量定位系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究，保障船舶制造測(cè)量技術(shù)的精準(zhǔn)性，為我國(guó)現(xiàn)代船舶建造業(yè)務(wù)可持續(xù)發(fā)展奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)和保障。

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