船體型線放樣工藝精度分析與改進

劉建全

摘要： 型線放樣是船舶建造時第一步工序，因此精度要求較高。傳統(tǒng)手工放樣工藝由于精度難以保證導致工作效率較低。目前造船企業(yè)引入了一些較為先進、精度較高的測量設備，本文通過研究新儀器設備引入對型線手工放樣精度和效率的影響，給出手工放樣工藝的改進建議。

Abstract： Profile setting out is the first step in ship shipbuilding， so the precision requirements are high. The traditional manual lofting process is difficult to ensure the precision， resulting in low work efficiency. At present， shipbuilding enterprises have introduced some advanced and high-precision measuring equipment. This paper studies the impact of the introduction of new instruments and equipment on the precision and efficiency of manual setting out of profile， and gives some suggestions for the improvement of manual setting out process.

關鍵詞： 型線;放樣;精度;改進

Key words： profile;setting-out;precision;improvement

中圖分類號：U661.42?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0103-02

0? 引言

為了保證船舶的各項性能，船舶建造需要在理解船舶設計意圖的基礎上按圖施工，竣工船舶的尺寸精度必須達到相應規(guī)范要求。但由于船舶建造是一個復雜的過程，因此保證船舶建造精度需要按照企業(yè)造船精度標準進行系統(tǒng)性地設計，也就是說船舶的精度是設計出來的，在各工序保證工藝精度，通過船舶建造過程的執(zhí)行、檢查、驗證，保證各工藝環(huán)節(jié)的精度，最后才會有精度合格的船舶產(chǎn)品。

在船舶建造工藝中，船體放樣是船體建造的第一個工藝環(huán)節(jié)，而船體放樣的第一步就是船體型線的放樣，也只有保證型線放樣的精度才能保證后續(xù)船體中間產(chǎn)品（零部件、組立、分段、總段等）的建造精度，因此造船企業(yè)都非常重視型線放樣的精確度。

本文主要研究船體型線手工放樣工藝中的精度問題，從提高放樣精度出發(fā)提出一些放樣工藝的改進建議。

1? 船體型線手工放樣的主要工藝過程

船體型線放樣就是將船舶型線按1：1的比例在平臺上繪制出來（當場地受限時也可以采用比例放樣），作為號料、套料以及制作各類樣板、樣箱的依據(jù)。為了提高型線放樣的效率并兼顧放樣精度，型線放樣必須遵循一定的工藝步驟。

1.1 繪制三視圖的格子線

船舶型線圖由縱剖線圖、半寬水線圖和橫剖線圖組成（本文簡稱三視圖），首先繪制三視圖的格子線，作為后續(xù)繪圖的參考線以提高繪圖效率，因此格子線的精度要求很高。

1.2 繪制三視圖中船舶的輪廓線

船舶在三視圖中都存在輪廓線。繪制縱剖線圖中的艏艉輪廓時，要求必須按照設計尺寸放樣，這樣才能保證船舶的航行性能以及螺旋槳、尾舵等設備的安裝空間;繪制半寬水線圖中的輪廓線主要包括舷墻頂線、甲板邊線、外板頂線等線條，主要考慮保證甲板形狀的和面積;繪制橫剖線圖的輪廓，主要指船舶最大橫剖線等。繪制以上這些輪廓線主要是為了在繪制其他型線時提供邊界，所以必須先行畫出。

1.3 繪制橫剖線圖中各站橫剖線

各站橫剖線反映了船體形狀，精確的橫剖線才能保證船舶的排水量、水動力性能等各項指標，所以必須嚴格按照型值表進行，放樣時要注意量具的準確度，鋼尺應經(jīng)過鑒定。如果在過程中使用了全站儀、不同的鋼卷尺等多種量具，應注意保持不同量具的精度統(tǒng)一。

1.4 繪制半寬水線圖中各水線

繪制其他各條水線需要很多水線點，確定水線點是所需要的長度或距離應使用樣棒從其他三視圖中取用。

1.5 繪制各條縱剖線圖

繪制縱剖線是為了檢查全船光順性，根據(jù)情況對于三視圖中各型線進行適當修改。光順好的全船型線就可以作為后續(xù)肋骨型線放樣、結(jié)構(gòu)線放樣、外板展開等后續(xù)放樣工序的依據(jù)。

2? 格子線放樣的精度分析及改進措施

隨著船舶建造工藝裝備的升級換代，船舶放樣工藝中同樣也引入了一些新設備，比如光學經(jīng)緯儀，電子經(jīng)緯儀甚至全站儀等，這些專業(yè)儀器對放樣人員的理論和操作水平都有較高的要求。與放樣的傳統(tǒng)工藝相比，引入這些先進儀器必然對精度和效率有一定影響，下面針對格子線放樣工藝做一些分析。

2.1 縱剖面圖的基線定線與精度

縱剖面圖的基線是型線放樣的第一根線，它是一根直線，所以需要用直線定線的方法來放樣。船體建造精度規(guī)范規(guī)定直線度偏差允許極限≤1.5mm，要求較高，一般用以下方法繪出。

2.1.1 鋼絲線錘法

鋼絲線錘法是通過繃緊的鋼絲，在一定間隔范圍內(nèi)吊錘球，在地面定點，然后將點連接成直線。顯然，鋼絲的粗細、彎折和錘球的擺動等都會影響定點精度。

2.1.2 鋼絲角尺法

鋼絲角尺法是貼近地面繃緊鋼絲，利用角尺的直角特點在地面上找到鋼絲的投影點，然后將點連接成直線。角尺的直角度、地面的平整度都可能會影響定點定線的精度。

2.1.3 經(jīng)緯儀定線法

經(jīng)緯儀定線，主要的誤差來源就是儀器誤差（儀器裝配間隙），使用經(jīng)過鑒定的經(jīng)緯儀并認真細致的完成放樣步驟基本可以保證定線的直線度。如果使用的是電子經(jīng)緯儀，則不建議使用電子經(jīng)緯儀的激光投點功能，主要原因是激光點光斑較大，不利于定點，不如利用純光學望遠鏡十字絲定位準確。

在以上三種方法中，使用經(jīng)緯儀定線精度最高，當對直線定線的要求比較高時建議優(yōu)先使用。

2.2 確定基線長度及其精度

確定基線的長度就是在基線上確定船舶的艏艉位置（0#及20#站），這個長度就是船舶的垂線間長Lpp，精度規(guī)范規(guī)定允許極限偏差為±3mm，傳統(tǒng)方法多使用鋼卷尺直接丈量。由于鋼卷尺隨著使用年限的增加誤差會越來越大，而基線的精度要求比較高，所以確定基線長度一定要采用精密鋼尺測距的方法，也就是說，鋼卷尺必須經(jīng)過鑒定，有尺長方程式，按要求施加標準拉力，進行溫度修正，根據(jù)基線長度的精度設計測量次數(shù)，并按精密測距的要求處理數(shù)據(jù)，只有滿足以上工藝要求才能夠達到精度標準。

現(xiàn)在很多造船企業(yè)都引入了船舶建造精度的三維測量技術，購買了全站儀等高精度測量設備，船用的全站儀測距精度一般可以達到2mm+2ppm（例如蘇一光RTS010系列全站儀配合反射片精度為2mm+2ppm）甚至更高，100m船長誤差僅為±2.2mm，基本上一次測距就可以確定船舶的艏艉位置，得到滿足精度要求的正確船長，因此比鋼尺測距效率高、速度快、精度高，建議優(yōu)先使用全站儀確定基線長度。

2.3 縱剖面圖的艏艉垂線及其垂直度

艏艉垂線就是在船舶縱剖面圖艏艉位置分別垂直于基線的兩根直線。傳統(tǒng)放樣的方法是采用手工作圖，有中垂線法和直角三角形法，由于工具簡陋一般誤差較大。同樣可以考慮使用經(jīng)緯儀確定艏艉垂線。將經(jīng)緯儀放置于基線上船舶首尾位置，對中、整平、后視基線方向，再撥90°直角即可確定艏艉垂線方向。這種方法最大的誤差來源是對中誤差和撥角誤差，其中對中誤差△（見圖1）較大，所以操作時務必提高對中精度。艏艉垂線與基線相垂直，在對中精確的情況下垂直度誤差其實就是儀器的撥角誤差，它由儀器的制造精度決定，主要表現(xiàn)為偏移量δ1（見圖2），δ1可以用下式估算：δ1≈d×Δφ

其中d為遠點至置鏡點的距離，Δφ為儀器撥角誤差。

造船企業(yè)的經(jīng)緯儀精度大多都在2″以上，10m長的垂線，偏移誤差僅2mm左右，所以當船舶主尺度較大使得垂線較長時，應采用精度在1″級以上經(jīng)緯儀或使用全站儀。

2.4 基線上各站號位置的確定

基線上各相鄰站號相距一個站距，船舶精度規(guī)范規(guī)定站距允許極限偏差δ2≤1mm，一般船舶的站距都在10m之內(nèi)，所以相對誤差要求比較高。傳統(tǒng)方法是使用樣棒等分船長，這種方法除了比較繁瑣，但精度可以保證。而如果使用鋼卷尺直接逐站量取一個站距來確定各站號位置，由于垂線間長Lpp為各站距之和，即Lpp=ΣLi（其中Li為各個站距），則累積誤差

δLpp=δΣLi=ΣδLi其中δLi為每次丈量站距的誤差。

由上式可知，顯然這種方法將導致誤差積累，使得精度難以保證。如果使用全站儀代替鋼尺用上述方法確定各站號點，即便全站儀的測距精度很高，但由于全站儀也不易滿足測距誤差±1mm的要求，因為全站儀存在固定的毫米級的系統(tǒng)誤差（例如蘇一光RTS010系列全站儀儀器制造誤差為2mm），測出的每個站距相對誤差較大，不能夠保證站距的精度。因此，米級的短距離測量使用樣棒是最好的辦法，優(yōu)于鋼尺和全站儀。

2.5 縱剖面圖的基線平行線的定線及平分

為了繪制其他格子線，需要在縱剖線圖的上方繪制基線的平行線。傳統(tǒng)方法是使用樣棒在艏艉垂線上量取同樣距離，兩點連線確定基線的平行線，這種方法精度基本滿足要求。定線時，建議采用經(jīng)緯儀定線法。由于需要對中整平，稍顯麻煩，但精度可以保證。繪制平行線時，仍需要首先定位平行線上的若干點，然后連點成線。該平行線仍然需要等分，從精度考慮最好的等分方法仍然是使用樣棒，不宜用鋼尺或全站儀量距。

2.6 其他型線的放樣

其他型線的放樣多使用樣棒、樣條，基本上還是以傳統(tǒng)手段為主，先進的側(cè)角、測距儀器在這個階段并未廣泛應用。

3? 結(jié)論

由以上分析可以得出以下結(jié)論：①在手工放樣工藝中，使用經(jīng)緯儀、全站儀等高精度儀器定線、測角或者測距，相較于傳統(tǒng)方法一般精度都會提高;②角度測量儀器的精度一般大于手工作圖找角度;③施工中必須時刻注意精度預估，不能存在依賴高精度儀器的思想，在短距離測量時，樣棒優(yōu)于鋼尺和全站儀。

參考文獻：

[1]魏麗潔.船體識圖與制圖[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2020.

[2]楊文林.船舶建造工藝[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2014.

[3]GB/T 34000-2016，中國造船質(zhì)量標準[S].