基于數(shù)字化設(shè)計(jì)的分段精度管理研究

李進(jìn)　陳家年

摘 要：近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)的船舶事業(yè)在飛速發(fā)展，船舶設(shè)計(jì)也趨向多樣化和復(fù)雜化。為了更好地適應(yīng)造船業(yè)的快速發(fā)展，滿足船東的需求，船舶企業(yè)引入了數(shù)字化船舶設(shè)計(jì)技術(shù)，并采納了分段測(cè)量數(shù)據(jù)匹配方法完善精度造船。

關(guān)鍵詞：船舶制造；數(shù)字化設(shè)計(jì)；分段測(cè)量；快速設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：F273.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.050

船舶設(shè)計(jì)是決定船舶安全性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素。實(shí)踐證明，通過(guò)船體數(shù)字化設(shè)計(jì)和分段數(shù)據(jù)匹配的方法完成船舶的設(shè)計(jì)和制造，可有效提高船舶建造的效率，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)我國(guó)船舶事業(yè)向著更好、更快的方向發(fā)展。

1 船舶企業(yè)造船現(xiàn)狀

目前，船舶的制造方式和設(shè)計(jì)形式趨于多樣化，使船舶制造企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)變得更加激烈。為了能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，船舶制造技術(shù)人員在不斷改進(jìn)船舶的制造方法，引入了數(shù)字化造船技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高精度造船，保障了船舶的質(zhì)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(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

以往，我國(guó)的船舶制造行業(yè)多采用船舶設(shè)計(jì)師手工畫(huà)出船舶模型設(shè)計(jì)圖的方式，該方式的難度非常大，對(duì)設(shè)計(jì)師的專業(yè)水準(zhǔn)要求極高，很容易產(chǎn)生誤差，需要設(shè)計(jì)師反復(fù)計(jì)算和修改，導(dǎo)致船舶設(shè)計(jì)周期延長(zhǎng)，進(jìn)而使船舶制造的成本加大。為了改善這一局面，我國(guó)引入了先進(jìn)的數(shù)字化造船技術(shù)，提高了船舶設(shè)計(jì)效率，降低了船舶設(shè)計(jì)成本，提升了船舶制造的精確度。

2 數(shù)字化造船

利用數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行的數(shù)字化造船工程主要包括數(shù)字化船舶設(shè)計(jì)、數(shù)字化船舶制造和數(shù)字化船舶管理三個(gè)部分。其中，數(shù)字化船舶設(shè)計(jì)階段是數(shù)字化造船工程的基礎(chǔ)和核心。

2.1 數(shù)字化船舶型線設(shè)計(jì)

船舶設(shè)計(jì)者在進(jìn)行船舶外形的設(shè)計(jì)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)的目的，往往結(jié)合目前的具體要求條件對(duì)已有的同類型的船舶模型進(jìn)行改造，但這種設(shè)計(jì)方式對(duì)原有的船舶模型太過(guò)依賴，難以實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)本質(zhì)上的創(chuàng)新。如果利用傳統(tǒng)的確定型點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)全新的船舶模型，則設(shè)計(jì)的計(jì)算過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，不利于船舶設(shè)計(jì)效率的提高。基于這種情況，為了實(shí)現(xiàn)船舶型線設(shè)計(jì)的高效和創(chuàng)新，船舶設(shè)計(jì)工作人員提出了參數(shù)化型線的設(shè)計(jì)方法。參數(shù)化型線設(shè)計(jì)過(guò)程是指將船舶的各種設(shè)計(jì)要求作為約束條件，將船舶的船體形變量作為優(yōu)化目標(biāo)，并根據(jù)船舶的設(shè)計(jì)參數(shù)列出優(yōu)化方程的求解過(guò)程。

相比于傳統(tǒng)的船舶設(shè)計(jì)方法，利用能量?jī)?yōu)化參數(shù)化型線設(shè)計(jì)方法進(jìn)行船舶的型線設(shè)計(jì)，省去了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算的復(fù)雜過(guò)程，只需要將船舶設(shè)計(jì)的相關(guān)約束要求轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的船舶參數(shù)，并將其輸入計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件中，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算，即可完成船舶型線的大體設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方式提高了船舶型線的設(shè)計(jì)效率，縮短了船舶的設(shè)計(jì)周期。除此之外，能量?jī)?yōu)化參數(shù)化型線設(shè)計(jì)方法能更好地實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性，使設(shè)計(jì)出的新型船舶能更好地符合船舶生產(chǎn)制造行業(yè)的需求，并滿足船舶購(gòu)買商的高要求。

2.2 數(shù)字化船舶分艙設(shè)計(jì)

數(shù)字化主船體分艙工作是船舶設(shè)計(jì)工作中的重要組成部分，主船體分艙工作是對(duì)船體功能的空間劃分，從而為后續(xù)的船體設(shè)計(jì)和性能計(jì)算打下基礎(chǔ)。在船舶制造初期，船舶制造人員多會(huì)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(fù)雜，需要大量的計(jì)算工作和大量的工作人員通過(guò)手動(dòng)完成，所以，這種分艙方式不僅會(huì)造成船舶設(shè)計(jì)工作的周期延長(zhǎng)，還會(huì)導(dǎo)致船舶設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)成本提高。為了解決這些問(wèn)題，船舶設(shè)計(jì)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(shù)化分艙方法。參數(shù)化分艙方法利用內(nèi)殼折點(diǎn)和船艙位置參數(shù)生成分艙理論面，將分艙要求與船艙的幾何模型相結(jié)合，利用分艙理論面對(duì)船艙進(jìn)行分割，并使用非流型造型技術(shù)自動(dòng)生成分艙艙室。

下面通過(guò)成品油船艙室的具體劃分實(shí)例說(shuō)明自頂部向下的參數(shù)化分艙方法。一般而言，成品油船艙室的劃分包括12個(gè)貨油艙和2個(gè)污油艙，其劃分流程為：明確船艙分倉(cāng)的要求，建立約束條件系統(tǒng)，將船舶模型中不同種類理論面的參數(shù)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(yùn)算，即可得出船舶的分艙模型，并根據(jù)船舶的具體運(yùn)作要求，對(duì)分艙模型進(jìn)行一定的修改和調(diào)整，最終獲得分艙模型。

3 分段測(cè)量數(shù)據(jù)的匹配工作

3.1 分段測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配的重要性

船舶制造行業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，為了在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，船舶制造企業(yè)不僅要完善船舶生產(chǎn)技術(shù)，提高船舶的生產(chǎn)效率，以降低船舶的生產(chǎn)成本，還要走上精度生產(chǎn)的道路。事實(shí)上，在船舶生產(chǎn)制造的過(guò)程中，如果船舶構(gòu)件尺寸與焊接精度不符，則重新返廠的工作量會(huì)達(dá)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(jìn)行分段測(cè)量數(shù)據(jù)匹配是必要的。

3.2 船體分段測(cè)量點(diǎn)和自動(dòng)匹配方法

數(shù)據(jù)測(cè)量匹配過(guò)程分為粗匹配和精匹配。其中，在船舶的分段設(shè)計(jì)制作過(guò)程中，由于船舶的擺放位置不同，測(cè)量的點(diǎn)集坐標(biāo)數(shù)據(jù)差值會(huì)變大，所以，匹配數(shù)據(jù)時(shí)可利用歐拉原理，通過(guò)粗匹配將點(diǎn)集間的平移差距和旋轉(zhuǎn)差距縮小，再將粗匹配后得到的測(cè)量點(diǎn)集與船舶設(shè)計(jì)中的點(diǎn)集進(jìn)行匹配。由于誤差總是存在的，所以，點(diǎn)集間的匹配無(wú)法完全吻合，需要進(jìn)一步通過(guò)精匹配，將點(diǎn)集之間的匹配結(jié)果達(dá)到最優(yōu)，從而實(shí)現(xiàn)船舶的高精度制造。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)數(shù)字化設(shè)計(jì)船舶線型和分艙構(gòu)造，可有效提高船舶設(shè)計(jì)的效率。利用分段測(cè)量數(shù)據(jù)匹配的方法可縮短船舶建造周期，降低船舶建造成本，實(shí)現(xiàn)高精度造船，從而推動(dòng)我國(guó)船舶制造行業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]管官.主船體數(shù)字化設(shè)計(jì)與分段測(cè)量數(shù)據(jù)匹配方法研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2013.

[2]張殿楨.船體超大型總段快速測(cè)量技術(shù)研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.

[3]管官，申玫，林焰.船體分段測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)與CAD模型自動(dòng)匹配方法研究[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，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