船塢數字化作業及測量系統的應用

彭 冬

（貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽550004）

1 數字化船塢原理與架構

從內涵來講，船塢的數字化作業就是以傳統的造船過程為基礎，利用計算機建立模型模擬搭載，把信息技術應用到造船的全過程中，最終完成船舶的制造。數字化包含以下五個方面：船舶設計、生產制造數字化、管理控制數字化、經營決策數字化以及船舶維護［1］。

船塢的數字化作業就是利用船塢周圍設立的旋轉標靶，完成船塢周邊的管理網，在船進入船塢之后馬上按照總段在控制網的定位，依照船塢周圍的標靶形成的管理網完成船塢的搭載過程。進而完成船塢的仿真化，在機器中對現實中的船塢作業進行建模仿真，結合DES文件和仿真結果，達到船塢作業仿真化、數字化的目的。

船塢的數字化作業集中表現在下面幾個方面：

1.1船舶總段的精度數據的采集、分析。此過程是利用全站儀采集船舶總段的精度數據，使用電腦分析數據，能夠利用數字化做到數據的傳輸、分析和儲存，與多用戶進行數據分享。

1.2使用DES文件。DES文件是指提前設置完成船舶總段控制點的坐標，并且以DES文件格式輸出導入到全站儀，利用測量基準坐標完成和船體總段控制點的坐標的統一，以便快速響應、仿真船塢。所以，DES文件是船塢數字化作業當中不可或缺的重要組成部分。

1.3使用模擬搭載。建造船舶時，從加工到最后完成，每個過程都不可避免地出現各種系統誤差。其中，船塢搭載出現的誤差最大，這將嚴重影響船塢的周期。模擬搭載指的是事先弄清楚需要搭載的總段和船塢內基準總段的精度偏差值，在計算機內模擬仿真，解析得出有效地數據，然后切割修正達到吊裝階段的精確度，并在此基礎上完成下一次定位。利用此種辦法來提升總段搭載定位精度，提升吊裝速率，減少搭載周期。

船塢的數字化作業基于利用計算機數字化進行數據檢測分析，也就是說船塢的數字化作業所使用的數據全部都是利用數字化的數據檢測辦法進行采集得到的。因為船塢的數字化作業是為提升搭載的成功率而提出的，溫度的改變很大程度上益影響船舶總段的精確度，所以探究溫度改變引起的總段變形是船塢數字化作業的基礎。需要基于上面兩點，進行船塢的數字化搭載研究。

2 船塢數字化作業的發展

總段搭載測量的重點是保證每個部件位置的精確度，測量階段更應該注重控制各個構件的偏差。應控制每個點的偏差都在要求的范圍之內，這樣檢測驗收之后，可以確保船塢的搭載精度。

想要確保船塢搭載按照設計規劃準確定位，吊裝總段階段需要采取數字化的技術，也就是完全采用數字化的測量技術采集數據，而且搭載總段階段吊裝時信息反饋要及時。在此基礎上，可以完成船塢的數字化作業。

利用船塢的數字化作業進行船舶的制造，這種理念的發展大概分為三個時期。

2.1全站儀得到大范圍的使用以前，利用經緯儀、長尺等傳統的測量技術設立船塢的基準線，進行總段定位。然而因為測量工具以及測量技術的約束，無法做三維坐標的測量，應用受到很大的約束。

2.2全站儀大范圍使用之后，船廠開始利用全站儀進行樣線的開設、總段的定位。然而因為船型、船舶的標準不同，基準線、點不統一，極易導致總段定位出現偏差。而且，因為船塢作業的復雜環境，時常出現再次開設樣線等重復工作，效率提高受到很大的限制。

2.3基于全站儀的使用，逐步出現了船塢的數字化作業體系，采用DES文件實現船塢的定位。在這個過程中利用設立在周圍的標靶，利用Marine G2的系統，輸出DES文件，實現準確、快捷地定位。因此極大地提高了定位的效率，極大地減少了搭載周期，提高了吊裝效率。

隨著社會的發展和科學技術的進步，世界上各大船企想要提升競爭力就要對船企的信息化、建造模式和數字化作業技術進行研究。全球各大船企都在積極開展造船數字化作業體系的研究，特別是韓國船企，建立了配合造船CAD等軟件的誤差控制措施，整個過程采取現場測量，模型之間的數據互相傳輸，反饋準確，并行操作，減少了總段變形分析處理時間，可以數字化地控制精度，這是控制船塢精度的新方向。特別是利用船塢的數字化作業體系配合造船軟件，大大地提升了吊裝速率，減少了搭載周期。

對于確保船舶的質量、提升吊裝效率、減少船塢周期、降低成本、增加效益等，船塢的數字化作業有著極其重要的意義。在造船大國這些技術的應用都較為廣泛，但是在我國的使用仍很少，僅僅處于探索階段。引進先進的造船技術、采用船塢的數字化作業模式，是造船業的發展方向。

3 船塢數字化作業基本原理

船塢的數字化作業的重點是測量分析方法的數字化、DES文件的建立和使用、船塢的仿真模擬搭載的使用。

3.1測量分析方法的數字化是船塢數據采集的基礎工作，本文詳盡地闡述了數字化測量的工作原理。使用數字化的測量工具及軟件，配合完成總段和搭載的數字化測量，能夠即時記錄處理數據，進行修正。

3.2船塢的數字化作業是為了提升吊裝效率、減少船塢周期而研制的操作體系，然而溫度改變會嚴重影響到船舶總段的變形，也會對定位的一次成功率造成極大的影響。為提升定位的一次成功率，利用數理統計的相關理論知識，利用抽樣的辦法，詳盡地闡述了溫度改變對總段變形的影響，并得到了總段變形的基礎結論，搭載的仿真過程也有了詳細的定位參照數據。

3.3 DES文件和搭載仿真模型是船塢的數字化作業中極為重要的階段。本文詳盡講述了兩者的原理和操作方法。

4 數字化船塢測量系統

4.1 數字化船塢測量系統的原理

船塢的數字化測量系統利用三維坐標來測量、表示、分析各個精度控制點，參照生產模型，利用計算機計算得到總段設計參數以及偏差、變形量，進而快速有效地反饋數據，制定修正方案［2］。

以全站儀為基礎的三維測量系統的基本原理是從軟件系統中得出總段的控制點（控制點是總段主要部件的理論數據），將現場測量操作得出的數據和理論值進行對照。

4.2 數字化測量方法的優越性

在電腦中仿真模擬總段的測量，能夠得出總段的實際狀況，而且對基準精度控制，例如水平、變形、偏差等，進行詳細記錄。再用數字化測量系統分析，得出全面地測量數據。全過程實現數字化，效率很高。相對于傳統方式，數字化有以下幾個優點：高效性、精確性、安全性、適用性。

綜上所述，本文闡述了船塢的數字化作業以及數字化測量系統的應用?，F代化的高精度數字化測量儀器可以極大地改善造船業的精度控制、數據采集處理速率，精度檢測速率也有較大的提升。在管理階段，因為直接從模型獲取總段信息，得出三維數據坐標的模式，大大提升了數據的準確度。利用現代化的精密測量儀器，結合專業的軟件，可以大大提升數據的可信性、準確性，同時提供良好的數據分析平臺。

［1］趙東.數字化造船系統研究［J］.船舶工程，2006.

［2］葉家瑋.船體建造測量及數據處理技術［M］.廣州：華南理工大學出版社，2001.