船體分段測量數據配準技術研究與應用

陳波

摘 要：船體分段測量數據配準是用于控制精度尺度的技術，用于船體分段建造過程，十分實用。船舶制造質量的主要評價參數之一是配準偏差值，這個數值為后續的建造提供定量的數據。船舶制造的精度管理的目的主要是使用數據分析手段把被動的管理轉變為主動的管理。

關鍵詞：船舶制造；精度控制；配準技術；建造誤差

中圖分類號：U66 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）05-0037-02

1 船體分段測量數據配準技術的意義和作用

時代的發展對船舶制造提出來更高的要求，現在的船舶制造走向了快速制造，虛擬制造，綠色制造和精益制造的方向，因此，船體建造過程中必須嚴格控制精度。數字化是船舶制造業的基本方向 ，可以顯著提高制造的效益和生產的水平。通過現代的手段，船舶建造的精度控制可以把控在一個非常良好的范圍。

船舶制造的精度管理的目的主要是使用數據分析手段把被動的管理轉變為主動的管理，在船舶制造過程中，試圖提高使用的鋼材的利用率，盡量降低生產的成本，將建造的周期縮短，提高工作的效率。根據精度管理，可以修正船舶制造業的許多問題，比如船體分段建造的尺度誤差和材料變形問題，這些問題在實際生產中可能出現在下料，焊接以及裝配等過程中，最終目的是實現船舶實際生產過程的分度分段的無余量上船臺，準確把控誤差值，進行完整全面的精度控制，使信息直觀顯示，便于現場人員修正。

在配準技術中，由于坐標系的不同，通常要將數據進行轉化，把測量數據坐標系換為設計坐標系，最終得到點集坐標系，進行配準處理時，要將所有數據轉化在同一個坐標系里才能進行，得到誤差數據。

2 船體分段測量數據配準技術概述

2.1 船舶制造的誤差分析

在船舶的生產制造過程中有許多的工藝，比如切割，放樣，焊接等，整個流程中都出現誤差。為了提高船舶制造的質量，減少生產成本，提高施工速度，必須嚴格控制生產精度。因此船體分段測量數據配準技術十分重要。船舶制造與一般機械生產不一樣，有自己的特點，船舶制造的特殊性表現在以下幾個方面：①船體分段結構的尺度很大，因此會帶來很大的尺寸誤差。分段建造過程中，測量過程中，以及船體裝配過程中，都很難采集到有較高準確度的模型特征數據。除此之外，分段會導致材料因為剛度差而發生變形，在吊裝和運輸貯存過程中都有這樣的隱患，比如胎架位置擺放不對，分裝吊頂時位置選擇不良等等。②船舶制造業有基本的行業特點，一般都是小批量生產，生產加工的周期漫長，加工的流程復雜且經常發生改變，材料在多個工序處理之后會出現加工誤差，裝配誤差以及變形誤差。③在船舶制造中焊接技術的變形規律是不可控制的，數理統計的方法和經驗判斷都不是非常準確，比如火工作業可能使部分材料變形，焊接時發生熱收縮，焊接過程中順序發生錯亂等等，都會帶來嚴重的變形問題。④目前船舶制造依然依靠手工勞動為主要工作形式，尤其是在室外和高空中，完成后制造偏差不能通過經驗預料。⑤測量設備的精度不夠，也會導致嚴重誤差。分段建造過程中，儀器誤差是隨機變量，不符合基本的誤差統計規律。測量所得數據的坐標沒有嚴格制度的把控，科學的管理方法和豐富的經驗積累。

船體的分段測量數據配準技術，可以使用四點法計算，得到數據轉換的基本參數，按照施工現場的具體情況，以及后續的裝配情況，可以選定坐標變換的三類數據，分別是基準帶點，基準軸和基準面。最后通過迭代計算，就可以得出坐標偏差。

2.2 船體分段測量數據配準技術的精度控制

精度控制對于船舶制造業有巨大的作用，控制偏差在標準的精度范圍之內，才能有效保障船體的穩定性和安全性。

以幾何上的要素為分類的依據，可以將船舶制造的誤差分類分為四種，分別是尺寸誤差，形狀誤差，表面粗糙度誤差和位置誤差。①形狀誤差是指船體模型的實際形狀與理想形狀的變動量，一般包括水平度，分度制造垂直度等等。②尺寸誤差是指船體的零件實際尺寸與模型尺寸的變動量，一般包括肋骨間距偏差，同軸度以及主尺度偏差等等。③表面粗糙度誤差是指鋼材料經過加工處理后的表面凹凸不平程度，一般包括氣割加工后鋼板緣狀態。④位置誤差是指船體的關聯實體模型與位置基準量的偏差量，一般包括肋骨線與塢底線的吻合度偏差，構件安裝位置誤差，制造中心線誤差，接頭對接錯位誤差等等。

我們也可以將誤差分為三種：系統誤差、隨機誤差和草率性粗大誤差，這時是以生產過程中的特點來對誤差進行分類的。①系統誤差指在生產過程中會產生的固定不變的誤差，它有確定的規律變換，也叫做規律性誤差。一般包括測量儀器的系統誤差，焊接收縮產生的負誤差等等，但是船舶制造業的系統誤差一般很小。②隨機誤差是指大小和符號不可控制，只能估計不能修正的誤差，這樣的誤差也是服從一定的統計規律的。船舶制造業中，各種零部件在不同工藝加工后都會產生隨機誤差，誤差還會積累。③粗大誤差一般由操作過程中人員的錯誤造成，一般包括測量讀數錯誤、測量方法錯誤、測量儀器相對位置改變等等。這種誤差的測量結果明顯與實際不符

2.3 船舶制造的誤差分析

船舶建造精度控制標準。

（1）底邊艙分段。在這個階段中，舷側立體分段的剛性很大、結構十分復雜。需要對建造尺寸，安裝的位置與角度，內外板的水平度，主肋骨位置，構件裝配位置，外板端部的垂直度等因素進行測量。

（2） 艉部機艙分段。這是重點的精度控制分段，這個階段的主要特征是結構復雜，機艙分段的剛性差。需要測量的主要內容有以下：基準線的位置與直線度偏差、板的端部偏差，尺度偏差等。

2.4 船體分段測量數據配準技術的研究重點

船體分段測量數據配準技術要求的制造精度控制，是現代造船過程中的重要技術。它的研究重點誤差和偏差的修正。如果實際生產過程中出現這樣的誤差，會給分段船體的建造帶來很大的麻煩。

2.5 船體分段測量數據配準技術的數據可視化設計

測量數據的可視化設計是指利用現代的圖形化手段，將測量數據與實際的生產現場實際進行精度協調。而偏差可視化技術是指，用圖形手段表示船體分段制造的所生產的特征點坐標信息和尺度誤差信息，再利用數據分析工具對船體分段進行修正。

2.6 船體分段測量數據配準技術精度管理系統的開發目的

2.6.1 系統設計目標

船舶制造的分段精度管理系統應該以先進的船舶制造理念為基礎，采用可視化技術，計算機應用技術和三維測量技術，充分考量模型轉換和測量數據特點，解決船舶制造中分度建造的各種精度問題，可應用于各種實際的操作環境中，實現船體分段無余量建造的最終目標。

系統設計目標主要有：①對測量多得數據進行數學上的最優運算，分析評價實際產生的誤差。②完成制造偏差的可視化處理，簡單明了的為現場的生產管理提供支持。③儲存進行過的所有數據，為將來的船體建造提供依據。④可以對測量數據進行分析，考量儀器的基本特點，選擇較好的儀器進行工作，系統實用，準確，具有完整性和先進性，數據必須正確和精確，計算的結果必須可靠，并符合制造業的行業規范。⑤系統簡單，實用性高，方便操作。

2.6.2 系統設計原則

船體分段建造的程序復雜，要經過零件加工、焊接組裝、部件與分段裝配等基本工序，建造過程中會產生影響船舶的建造質量的各種形狀誤差和尺度誤差。具體的設計原則：①實際性：系統設計應該充分考慮企業的現有情況和生產狀態。②先進性：系統具有自主選擇性，主要是為了實現船舶制造的先進性。主要的工作是控制精度尺寸，進行坐標變換分析，進行數據配準。系統應該經常更新，替換，擴充，使用新的技術和方法。③數據可靠性：數據可靠性對系統而言非常重要，數據的準確性和精確度必須嚴格保證。④操作性：系統應具備較強的操作性，容易學會，操作簡單。

2.6.3 系統結構設計

船體分段測量數據配準技術精度管理系統的總目標是在對船體分段建造過程中嚴格控制并實時監控分段誤差，減低成本，減少經濟損失。

3 總結

船體分段測量數據配準技術在船舶制造業中十分重要。以船舶建造的質量參數和工藝精度指標為主要的標準參數，綜合考慮船舶制造的行業標準，國家質量檢驗要求和工廠的實際建造工藝，制定出具有極強實用性的精度標準。通過這樣的精度標準的實施，使分段船體的成產和裝配都有理論依據，最終實現船體無余量建造，提高船舶制造生產水平。

參考文獻：

[1]包利軍. 三維掃描技術在大壩變形監測中的應用探究[J]. 江西建材， 2016（3）：134-134.

[2]緱慧娟， 楊成龍. 基于控制測量的多視點云數據配準方法的研究[J]. 測繪與空間地理信息， 2016（9）：30-32.

[3]張瀚， 高飛. 一種點云配準新方法在隧道變形監測中的應用研究[J]. 信息通信， 2016（5）：21-23.

[4]王鳴翠， 張帥帥. 基于SVD法的經緯儀測量系統空間數據配準[J]. 測繪地理信息， 2016， 41（1）：31-33.

[5]揚凱， 羅意， 吳坤澤. 基于地面三維激光掃描數據配準方法研究[J]. 經緯天地， 2016（1）：40-43.