模擬試箱技術(shù)在2500TEU集裝箱船上的應(yīng)用

胡長(zhǎng)太，范清金

(中外運(yùn)長(zhǎng)航集團(tuán)南京金陵船廠，江蘇 南京 210015)

模擬試箱技術(shù)在2500TEU集裝箱船上的應(yīng)用

胡長(zhǎng)太，范清金

(中外運(yùn)長(zhǎng)航集團(tuán)南京金陵船廠，江蘇 南京 210015)

由于采用現(xiàn)場(chǎng)試箱工藝進(jìn)行集裝箱貨艙精度的檢驗(yàn)對(duì)企業(yè)的成本、人員安全、生產(chǎn)周期產(chǎn)生不利影響，開(kāi)發(fā)模擬試箱軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)集裝箱尺寸與箱位空間的匹配模擬。以2 500 TEU集裝箱船為例主要介紹采用全站儀三維測(cè)量與分析方法，結(jié)合模擬搭載的思想，實(shí)現(xiàn)模擬試箱，并成功在5 000 TEU集裝箱船、2 500 TEU集裝箱船上應(yīng)用。

集裝箱船；精度管理；模擬試箱

0 引言

集裝箱船是所有船型中對(duì)精度要求最高的船型，其建造最大的技術(shù)難點(diǎn)在于精度控制，尤其是貨艙艙容精度的控制。2 500 TEU集裝箱船貨艙無(wú)連續(xù)甲板，由橫艙壁將船體隔成5個(gè)大貨艙。橫艙壁上布置導(dǎo)向、固定集裝箱的導(dǎo)頭、導(dǎo)軌架；艙底根據(jù)箱位布置，有堆錐墊板、水平調(diào)節(jié)板、堆錐以及導(dǎo)向器等集裝箱附件；貨艙艙口圍板上設(shè)置活動(dòng)艙口蓋。為保證裝載集裝箱后，集裝箱在艙內(nèi)和甲板上的牢固性、安全性，設(shè)計(jì)上對(duì)于貨艙區(qū)的尺寸精度要求很高，內(nèi)底水平精度為±5 mm，導(dǎo)軌縱向公差為-6～+2 mm，橫向公差為-2～+3 mm。

集裝箱船貨艙結(jié)構(gòu)的建造精度與質(zhì)量是船舶建造過(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，貨艙的精度控制是保證船舶營(yíng)運(yùn)過(guò)程中艙內(nèi)和艙外裝箱的重要因素。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試箱進(jìn)行貨艙精度的檢驗(yàn)一直是船廠采用的傳統(tǒng)做法，但對(duì)企業(yè)的成本、人員安全、周期等產(chǎn)生不利影響。因此，研究開(kāi)發(fā)出模擬試箱技術(shù)用于集裝箱船的貨艙精度檢驗(yàn)，可以大幅提升效率，改善作業(yè)環(huán)境。

本文介紹的模擬試箱方法是在全站儀三維測(cè)量與分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合模擬搭載的思想，自主開(kāi)發(fā)的模擬試箱軟件，用于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱尺寸與箱位空間進(jìn)行匹配模擬，實(shí)現(xiàn)模擬試箱。

1 建造過(guò)程精度控制

模擬試箱是對(duì)貨艙精度的檢驗(yàn)。為了保證模擬試箱有良好的結(jié)果，最大限度地減少返工，應(yīng)重視建造過(guò)程的精度控制。

1.1導(dǎo)軌預(yù)制精度控制

(1)導(dǎo)軌制作工位應(yīng)有專門的作業(yè)平臺(tái)。在導(dǎo)軌制作前對(duì)平臺(tái)水平及卡板直線度進(jìn)行控制和檢查，滿足±1 mm精度要求后再進(jìn)行施工。

(2)制作專用的拉鋼絲的工裝。對(duì)每根導(dǎo)軌進(jìn)行檢驗(yàn)，保證導(dǎo)軌完工后直線度精度滿足±2 mm的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2分段階段導(dǎo)軌安裝精度控制

(1)導(dǎo)軌在橫艙壁安裝時(shí)的定位原則。定位的關(guān)鍵是選擇正確的基準(zhǔn)，選擇的基準(zhǔn)要與合攏定位的基準(zhǔn)相統(tǒng)一。以橫向艙口圍板的頂板為基準(zhǔn)，畫(huà)出高度方向的基準(zhǔn)線，在距離合攏口最近的導(dǎo)軌位置，畫(huà)出與高度基準(zhǔn)線相互垂直的第1根導(dǎo)軌位置線，并且復(fù)查第1根導(dǎo)軌線到合攏的距離，將第1根導(dǎo)軌線作為基準(zhǔn)放出其他導(dǎo)軌線。

(2)單面導(dǎo)軌安裝結(jié)束后，分段進(jìn)行翻身安裝反面的導(dǎo)軌。翻身前要將導(dǎo)軌的基準(zhǔn)線反撥到另一面，通過(guò)已經(jīng)安裝好的導(dǎo)軌，吊鉛錘進(jìn)行反撥。

(3)導(dǎo)軌在橫艙壁上定位后，進(jìn)行焊前的精度測(cè)量。導(dǎo)軌水平精度要求為±3 mm，導(dǎo)軌間距要求為±2 mm，確認(rèn)合格后進(jìn)行施焊。

1.3合攏階段艙壁導(dǎo)軌定位精度控制

(1)橫艙壁中合攏的精度控制，控制重點(diǎn)是整體寬度和靠合攏口導(dǎo)軌間距。用水平儀或全站儀測(cè)量導(dǎo)軌整體水平；拉鋼絲控制艙口頂板直線度，直線度精度要求為4 mm。

(2)橫艙壁大合攏定位的精度控制。定位要以艙口圍板的頂板為基準(zhǔn)控制高度，頂板左右水平度控制在±3 mm以內(nèi)；控制橫艙壁的中心線對(duì)中精度及橫艙壁垂直度。橫艙壁頂板水平的控制為連續(xù)水平控制，注意控制相鄰橫艙壁頂板水平度。合攏定位示意圖如圖1所示。

2 測(cè)量小車制作與模擬試箱軟件開(kāi)發(fā)

艙室形成后，需要對(duì)整艙的每個(gè)箱位進(jìn)行測(cè)量。為保證測(cè)量工作準(zhǔn)確、順利進(jìn)行，制作了測(cè)量小車。數(shù)據(jù)采集后，為了高效處理大量的數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)了模擬試箱軟件。

2.1測(cè)量小車的設(shè)計(jì)與制作

貨艙形成后，利用全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)需要測(cè)量每根導(dǎo)軌同等高度位置的三維數(shù)據(jù)，而做到這一點(diǎn)必須借助相應(yīng)的測(cè)量工裝。通過(guò)不斷的探索與改進(jìn)，綜合考慮測(cè)量精度、可操作性、安全性等因素，制作完成了導(dǎo)軌測(cè)量專用小車，其外形圖見(jiàn)圖2。

測(cè)量小車的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

(1)考慮到操作的便捷性及安全性，采用手搖式收放的方式。

(2)考慮測(cè)量角度造成的測(cè)量偏差，進(jìn)行了不同角度的3個(gè)靶片設(shè)置。

(3)考慮小車在軌道上滑行過(guò)程中，既要能夠與導(dǎo)軌貼合，又要能夠順利滑動(dòng)，對(duì)小車背部磁鐵與導(dǎo)軌間距和吸力進(jìn)行平衡設(shè)計(jì)。

2.2模擬試箱軟件的開(kāi)發(fā)

模擬試箱就是通過(guò)將1個(gè)由4根導(dǎo)軌構(gòu)成的箱位空間，按照不同的高度分成多個(gè)截面，通過(guò)對(duì)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析，計(jì)算出箱位實(shí)際空間尺寸。劃分截面的數(shù)量越多，模擬試箱的結(jié)果也就越準(zhǔn)確。

每一貨艙需要測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)有上百個(gè)之多，通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的模擬試箱軟件可以快速進(jìn)行箱位數(shù)據(jù)的計(jì)算與模擬，并生成報(bào)表，得到模擬試箱的結(jié)果數(shù)據(jù)。模擬試箱的軟件界面如圖3所示。

模擬試箱軟件是基于Delphi可視化集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用面向?qū)ο骎CL技術(shù)和基于部件的結(jié)構(gòu)框架，快速獲取各分段的三維信息，多文件的輸入與輸出，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算與返寫(xiě)。在數(shù)據(jù)處理上，采用差值計(jì)算的方式，保證了數(shù)據(jù)在同一高度。通過(guò)驗(yàn)證，該軟件可以高效、準(zhǔn)確地完成數(shù)據(jù)處理工作。

3 模擬試箱技術(shù)的應(yīng)用

2 500 TEU集裝箱船全船設(shè)5個(gè)貨艙、10個(gè)艙口，可裝載6.096 m(20 ft)、12.192 m(40 ft)集裝箱。根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度情況，按順序進(jìn)行了10個(gè)艙室的模擬試箱工作。模擬試箱的實(shí)施流程如圖4所示。

3.1測(cè)量工具的準(zhǔn)備

模擬試箱測(cè)量工作開(kāi)始前，需要對(duì)測(cè)量設(shè)備及測(cè)量附件進(jìn)行檢查，以保證測(cè)量精度及安全性。測(cè)量工具包括：全站儀、PDA、測(cè)量小車等。

3.2測(cè)量表的制作

測(cè)量表相當(dāng)于模擬試箱的策劃方案，每個(gè)艙室都需要1個(gè)測(cè)量表，包含了艙室前后壁導(dǎo)軌上所需測(cè)量位置點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)理論值，同時(shí)規(guī)定了箱位截面的數(shù)量、編號(hào)等信息。測(cè)量表也是數(shù)據(jù)分析的輸入文件，需要保存為DXF格式，相應(yīng)的數(shù)據(jù)文本格式要一致。

3.3模擬試箱軟件配置

針對(duì)不同船型，需要定義導(dǎo)軌距中理論尺寸、截面距基高度、小車厚度等信息，這些配置是進(jìn)行模擬試箱數(shù)據(jù)分析的前提。

3.4數(shù)據(jù)采集

導(dǎo)軌數(shù)據(jù)采集需要2人配合：1人操作全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)，1人操控測(cè)量小車。選擇內(nèi)底板上的船體中心線為測(cè)量基準(zhǔn)，將測(cè)量小車放置在導(dǎo)軌中間；小車貼附導(dǎo)軌上下滑動(dòng)，通過(guò)鋼絲繩上設(shè)置的標(biāo)記，讓小車準(zhǔn)確到達(dá)截面位置，小車停穩(wěn)后進(jìn)行測(cè)量。

3.5模擬試箱數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，通過(guò)模擬試箱軟件進(jìn)行分析。首先將測(cè)量數(shù)據(jù)與測(cè)量表中的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行差值計(jì)算，計(jì)算出前后壁導(dǎo)軌測(cè)量點(diǎn)的誤差值；然后將前后壁數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬分析，得到箱位數(shù)據(jù)報(bào)表。

數(shù)據(jù)報(bào)表中包含了各個(gè)截面的箱位誤差數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，判斷導(dǎo)軌之間長(zhǎng)度、寬度、對(duì)角線等數(shù)據(jù)是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。1個(gè)箱位的模擬數(shù)據(jù)報(bào)表見(jiàn)表1。

表1 模擬試箱箱位數(shù)據(jù)報(bào)表

3.6實(shí)施情況

此模擬試箱技術(shù)對(duì)2 500 TEU集裝箱船的104個(gè)艙內(nèi)箱位進(jìn)行了模擬試箱分析，代替了船廠的預(yù)試箱工作，直接向船東進(jìn)行試箱報(bào)檢。通過(guò)跟蹤比對(duì)，模擬試箱結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試箱結(jié)果是相吻合的，試箱報(bào)檢均一次通過(guò)。

4 結(jié)語(yǔ)

模擬試箱可以有效縮短船塢周期，減少吊車、人力等資源的使用，同時(shí)也可以降低作業(yè)安全隱患。模擬試箱技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)船廠都在積極探索的一項(xiàng)精度測(cè)量技術(shù)。本文介紹的模擬試箱技術(shù)是在全站儀三維測(cè)量的基礎(chǔ)上，自主開(kāi)發(fā)測(cè)量工裝及軟件，探索出的一種新方法、新技術(shù)，并在多個(gè)項(xiàng)目上成功應(yīng)用，為船廠結(jié)合自身實(shí)際情況推進(jìn)模擬試箱工作提供了參考。

[1] 余勇華.4 250 TEU集裝箱船的船體特點(diǎn)和現(xiàn)代建造工藝[J].江蘇船舶,2011，28(3)：37-38.

[2] 趙成治.大型集裝箱船建造項(xiàng)目船體精度質(zhì)量管理研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2007.

U671.99

A

2017-03-09

胡長(zhǎng)太(1976—),男，工程師，從事船舶質(zhì)量管理。