船舶合攏管測量制作新技術

段顯龍++夏文亞++蔡益++董啟鵬

摘 要：目前船舶建造過程中，合攏管測量制作基本依靠工人在船上手工打樣后，回車間制作好合攏管后再上船安裝。這種傳統的作業方法存在效率低、精度差、返工多、浪費打樣材料等問題。針對這些問題，通過應用一種合攏管測量及再現裝置，形成了一種船舶合攏管測量制作新技術，能有效避免傳統作業方法存在的不足，達到節能降耗、降本增效的作用。

關鍵詞：合攏管；新技術；降本增效

中圖分類號：U664.85 文獻標識碼：A

A New Technology for Measuring And Manufacturing of Ship Closure Tube

DUAN Xianlong ， XIA Wenya， CAI Yi， DONG Qipeng

（CCSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.，Ltd.， Guangzhou 510715）

Abstract： At present， in the shipbuilding process， procedures for measuring and manufacturing of closure tube include manual proofing in ship， manufacturing in workshop and fitting in ship. There would be much problems such as low efficiency， poor accuracy， reworking， depending on the level of workers， and material-wasting. In order to solve these problems， a new technology for measuring and manufacturing of ship closure pipe is developed， by using a device for measuring and reproducing closed tube to effectively avoid the shortcomings of the traditional operation method， achieve energy saving and cost reduction.

Key words： Closure tube； New technology； TQCM

1 前言

當前，造船市場有效需求不足，原材料和設備價格上漲，勞動力成本不斷上升，整個造船行業面臨日益劇增的壓力，各造船企業都在大力尋求降本增效途徑。

對于船舶合攏管制作方面，傳統的作業方法是依靠工人在船上打樣后，再回到內場進行合攏管的制作，最后回到船上進行安裝。這種傳統的作業方式主要存在以下問題：依賴工人技能、經驗水平；打樣管需經多次轉運工序，期間還需等待起重工的協助；手工打樣精度較差，可能造成現場改樣及返工；現場打樣用的角鋼、法蘭等材料浪費較多。

因此，為有效避免傳統作業方法存在的不足，有必要通過船舶合攏管測量制作新技術完成合攏管的制作安裝，達到節能降耗、降本增效的作用。

2 傳統的作業方式

目前，船廠傳統的合攏管測量制作作業流程如下：（1）外場安裝車間的管子工在現場用管子、角鋼、法蘭、螺栓等進行靠模、打樣（圖1）。對于小的、輕的管子，直接將管子和法蘭在船上點焊好后送去管子加工車間；對于大的、重的管子，用角鋼等代替管子再和法蘭點焊好，在外場安裝車間依據模型對管子反復修割至與法蘭相匹配，然后送去管子加工車間；（2）管子加工車間按工藝要求完成焊接；（3）由外場安裝車間管子工領用加工車間焊接好的管子，上船進行回裝。

圖1 現場靠模取樣圖

3 合攏管測量制作新技術

船舶合攏管測量制作新技術是基于現場測量裝置、數據處理軟件系統、法蘭位置再現裝置三大部分共同實現的：現場測量裝置用于測量現場合攏管兩端法蘭空間位置，并將測量數據保存下來；數據處理軟件系統根據測量數據，結合合攏管放樣圖自行擬合生成，加上人工調整得到最終合攏管加工圖；法蘭位置再現裝置，經導入測量數據可以自動走位，最終還原船上法蘭的空間位置，以保證合攏管的精度準確性。

3.1現場測量數據的獲取

現場測量有兩種技術手段：一是利用拉線式傳感器裝置進行測量，以得到法蘭空間位置數據；二是利用攝影測量相機對現場法蘭面進行拍照，得到法蘭螺栓孔的坐標位置。

（1）拉線式傳感器裝置

拉線式傳感器裝置由測量本體、測量頭、手持式移動數據終端 PDA組成。通過六點拉線傳感器測量，記錄合攏管配合法蘭在船上的實際空間位置，并保存測量數據。

測量本體內裝有三個按等邊三角形布置的傳感器，作為基準面裝在合攏管某一端的法蘭面上，用于確定合攏管一端的法蘭所在平面及相應螺栓孔位置。測量頭裝在合攏管另一端法蘭的螺栓孔上，然后通過分別拉取測量本體上三個傳感器上的傳感繩掛到測量頭上，得到法蘭孔相對三個傳感器的空間位置數據。如此，盡量對稱均勻的選擇6個點，并重復進行測量操作，得到另一個法蘭上6個螺栓孔相對三個傳感器的空間位置，并將測量數據都保存在PDA中。這樣，合攏管兩法蘭空間位置數據就通過合攏管測量裝置測量完成并得到保存。

（2）攝影測量相機拍照測量裝置

攝影測量相機拍照測量裝置由攝影測量相機、專用可伸縮工裝、長度基準尺、測量標志點組成。在每個法蘭上對稱選擇四個法蘭孔，并將專用可伸縮工裝裝在孔內，在所測管子附近合適位置固定長度基準尺，在存在干涉等情況管子上貼上測量標志點，然后用相機進行拍照并保存照片，以便后續用軟件擬合出管子。endprint

3.2 數據處理擬合模型

不管用哪種測量方式測得并保存的數據，必須導入到相應的處理軟件系統內，根據船廠各自的情況，選定相應的法蘭、管子以及彎頭等標準。軟件先自動計算生成合攏管，并進行三維圖形顯示（圖2）；人工再參考合攏管原放樣圖紙，進行管路的形狀、走向、彎位等的比照，對軟件自動計算的合攏管結果進行人工調整，形成最終合攏管圖樣，確定后自動生成小票圖，并保存成CAD格式，可以打印供現場進行合攏管制作。

圖3 擬合的三維模型圖

3.3 法蘭空間位置再現裝置

將測量數據轉移到法蘭位置再現裝置的控制電腦中，操作電腦控制軟件直接調用數據，法蘭位置再現裝置實現自動走位，將船上測量的法蘭空間位置還原出來，為后續合攏管的裝配工作提供便利條件，并能保證制作出的合攏管的精度，使合攏管能夠成功回裝。法蘭位置再現裝置擁有兩種形式：一種是7軸數控定位車床；另一種是6軸定位機器人。

（1）7軸數控定位車床

主要由頭架、尾架、移動導軌及電控部分等組成。各個軸的運動都是自動控制，可以自動行走也可以實現點動操作；頭架和尾架的工作臺都能±45°回轉，并能在0～95°范圍內實現翻轉和復位；頭架和尾架的整體支架能在±95°回轉，且尾架可在導軌上行走，以此來實現各種要求的法蘭空間位置的再現。此車床的尺寸、承重能力都較大，比較適用于再現大管徑的管子法蘭位置，并進行之后的裝配，如圖3所示。

圖5 定位車床再現法蘭位置及管子裝配圖

（2）6軸定位機器人

主要由機器人本體、基準固定裝置、電控部分等組成。基準固定裝置上固定一端法蘭作為基準，機器人本體上的6 個軸都是可以旋轉軸的，固定另一端法蘭后按照數據各軸進行旋轉走位，以此來實現各種要求的法蘭空間位置的再現。機器人的尺寸、承重能力相對較小，適用于再現小管徑的管子法蘭位置，并進行之后的裝配，如圖4所示。

圖6 機器人再現法蘭位置及管子裝配圖

4 應用及總結

我司已制訂相關作業流程，采用此技術進行部分合攏管的制作安裝，目前已達到約150條/月的物量。

工效、質量對比表

作業方法 單根平均測量打樣時間

（分鐘） 單根平均管子制作時間

（分鐘） 返工率

傳統作業方式 45 75 約40%

新技術作業方式 10 50 ≤5%

船舶合攏管測量制作新技術解決了傳統制作方法存在的主要弊端，實現了自動化測量、直接出小票圖、再現船上法蘭位置，為合攏管制作提供了極大便利。經試驗應用，每根合攏管的測量制作時間平均減少50%左右，并可提高合攏管的制作質量，減少返工率約35%。同時，還能夠節約輔助材料、減少等候時間、提高制作精度、改善外觀質量、大幅降低勞動強度、減少制作工種和焊機設備、大幅度提高工時利用率。endprint