基于數字化設計的分段精度管理研究

李進　陳家年

摘 要：近年來，隨著科學技術的快速發展，我國的船舶事業在飛速發展，船舶設計也趨向多樣化和復雜化。為了更好地適應造船業的快速發展，滿足船東的需求，船舶企業引入了數字化船舶設計技術，并采納了分段測量數據匹配方法完善精度造船。

關鍵詞：船舶制造；數字化設計；分段測量；快速設計

中圖分類號：F273.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.050

船舶設計是決定船舶安全性和經濟性的關鍵因素。實踐證明，通過船體數字化設計和分段數據匹配的方法完成船舶的設計和制造，可有效提高船舶建造的效率，提高企業的競爭力，推動我國船舶事業向著更好、更快的方向發展。

1 船舶企業造船現狀

目前，船舶的制造方式和設計形式趨于多樣化，使船舶制造企業之間的競爭變得更加激烈。為了能在市場競爭中占據優勢，船舶制造技術人員在不斷改進船舶的制造方法，引入了數字化造船技術，實現了高精度造船，保障了船舶的質量和安全性，提高了造船效率，縮短了船舶制造周期，提高了企業的競爭力。

以往，我國的船舶制造行業多采用船舶設計師手工畫出船舶模型設計圖的方式，該方式的難度非常大，對設計師的專業水準要求極高，很容易產生誤差，需要設計師反復計算和修改，導致船舶設計周期延長，進而使船舶制造的成本加大。為了改善這一局面，我國引入了先進的數字化造船技術，提高了船舶設計效率，降低了船舶設計成本，提升了船舶制造的精確度。

2 數字化造船

利用數字化設計軟件進行的數字化造船工程主要包括數字化船舶設計、數字化船舶制造和數字化船舶管理三個部分。其中，數字化船舶設計階段是數字化造船工程的基礎和核心。

2.1 數字化船舶型線設計

船舶設計者在進行船舶外形的設計時，為了實現快速設計的目的，往往結合目前的具體要求條件對已有的同類型的船舶模型進行改造，但這種設計方式對原有的船舶模型太過依賴，難以實現船舶設計本質上的創新。如果利用傳統的確定型點的設計方法設計全新的船舶模型，則設計的計算過程過于復雜，不利于船舶設計效率的提高?；谶@種情況，為了實現船舶型線設計的高效和創新，船舶設計工作人員提出了參數化型線的設計方法。參數化型線設計過程是指將船舶的各種設計要求作為約束條件，將船舶的船體形變量作為優化目標，并根據船舶的設計參數列出優化方程的求解過程。

相比于傳統的船舶設計方法，利用能量優化參數化型線設計方法進行船舶的型線設計，省去了設計數據計算的復雜過程，只需要將船舶設計的相關約束要求轉換成對應的船舶參數，并將其輸入計算機設計軟件中，通過計算機系統計算，即可完成船舶型線的大體設計。這種設計方式提高了船舶型線的設計效率，縮短了船舶的設計周期。除此之外，能量優化參數化型線設計方法能更好地實現船舶設計的創新性，使設計出的新型船舶能更好地符合船舶生產制造行業的需求，并滿足船舶購買商的高要求。

2.2 數字化船舶分艙設計

數字化主船體分艙工作是船舶設計工作中的重要組成部分，主船體分艙工作是對船體功能的空間劃分，從而為后續的船體設計和性能計算打下基礎。在船舶制造初期，船舶制造人員多會利用從船體底部向上逐一生成艙室的船舶分艙方式。由于船體艙室的劃分工作復雜，需要大量的計算工作和大量的工作人員通過手動完成，所以，這種分艙方式不僅會造成船舶設計工作的周期延長，還會導致船舶設計的經濟成本提高。為了解決這些問題，船舶設計工作人員提出了一種全新的船舶分艙方法——自頂部向下的參數化分艙方法。參數化分艙方法利用內殼折點和船艙位置參數生成分艙理論面，將分艙要求與船艙的幾何模型相結合，利用分艙理論面對船艙進行分割，并使用非流型造型技術自動生成分艙艙室。

下面通過成品油船艙室的具體劃分實例說明自頂部向下的參數化分艙方法。一般而言，成品油船艙室的劃分包括12個貨油艙和2個污油艙，其劃分流程為：明確船艙分倉的要求，建立約束條件系統，將船舶模型中不同種類理論面的參數輸入，即可生成分艙的不同種類理論面，利用非流型造型及其集合運算，即可得出船舶的分艙模型，并根據船舶的具體運作要求，對分艙模型進行一定的修改和調整，最終獲得分艙模型。

3 分段測量數據的匹配工作

3.1 分段測量數據進行匹配的重要性

船舶制造行業之間的競爭日益激烈，為了在競爭中占據優勢，船舶制造企業不僅要完善船舶生產技術，提高船舶的生產效率，以降低船舶的生產成本，還要走上精度生產的道路。事實上，在船舶生產制造的過程中，如果船舶構件尺寸與焊接精度不符，則重新返廠的工作量會達到船舶焊接總工作量的30%左右，這極大地增加了船舶工程的周期和制造成本。因此，想要從根本上縮短船舶制造周期，保障船舶制造的精度，進行分段測量數據匹配是必要的。

3.2 船體分段測量點和自動匹配方法

數據測量匹配過程分為粗匹配和精匹配。其中，在船舶的分段設計制作過程中，由于船舶的擺放位置不同，測量的點集坐標數據差值會變大，所以，匹配數據時可利用歐拉原理，通過粗匹配將點集間的平移差距和旋轉差距縮小，再將粗匹配后得到的測量點集與船舶設計中的點集進行匹配。由于誤差總是存在的，所以，點集間的匹配無法完全吻合，需要進一步通過精匹配，將點集之間的匹配結果達到最優，從而實現船舶的高精度制造。

4 結束語

通過數字化設計船舶線型和分艙構造，可有效提高船舶設計的效率。利用分段測量數據匹配的方法可縮短船舶建造周期，降低船舶建造成本，實現高精度造船，從而推動我國船舶制造行業的快速發展。

參考文獻

[1]管官.主船體數字化設計與分段測量數據匹配方法研究[D].大連：大連理工大學，2013.

[2]張殿楨.船體超大型總段快速測量技術研究[D].大連：大連理工大學，2009.

[3]管官，申玫，林焰.船體分段測量點數據與CAD模型自動匹配方法研究[J].哈爾濱工程大學學報，2012（05）：580-584.

〔編輯：張思楠〕

Abstract： In recent years， with the rapid development of science and technology， Chinas Ship-building in the rapid development of ship design also tend diverse and complex. In order to better adapt to the rapid development of the shipbuilding industry， to meet the needs of the owner of the ship to bring in digitized ship design technology， and adopted segmentation method to improve the accuracy of the measurement data matching shipbuilding.

Key words： shipbuilding； digital design； segmented measurement； rapid design