數字化造船之船塢三維搭載技術研究

程遠龍 嚴海馬 劉振宇

摘? ? 要：數字化造船是應用模塊化建造技術、協同制造技術、仿真建造技術，實現船舶殼、舾、涂一體化。本項目是在融合數字化造船技術的基礎上，將設計模型的理論坐標與船塢搭載的虛擬坐標進行統一，在空間上形成三維搭載坐標系。運用TRIBON建模技術、DACS精度分析技術、全站儀對船舶建造進行精度策劃、數據收集、數據分析，建立完善的精度數據庫，從而有效的應用于船塢三維搭載，實現了分段的精確控制和無余量搭載;分段搭載由傳統的二維手工測量提升至三維立體精確測量，達到分段搭載快速定位、吊裝時間減少、建造精度明顯提高的目的。

關鍵詞：數字化造船;坐標系;三維搭載;精度

中圖分類號：U671.4? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： Digital Shipbuilding is the application of modular construction technology， collaborative manufacturing technology， simulation construction technology to achieve the integration of hull construction， outfitting and painting. Based on the integration of digital shipbuilding technology， this paper unifies the theoretical coordinates of the design model with the virtual coordinates of the dock erection， and forms a three-dimensional erection coordinate system in space. TRIBON modeling technology， DACS precision analysis technology and total station instrument are used for precision planning， data collection， data analysis and establishment of a perfect precision database， so as to be effectively applied to the three-dimensional dock erection， to achieve the accurate control and zero-allowance erection of blocks. Block erection is improved from the traditional two-dimensional manual measurement to three-dimensional precision measurement， to achieve the purpose of rapid positioning of block erection， lifting time reduction， construction accuracy significantly improved.

Key words： Digital shipbuiding;? Coordinate system;? 3D erection;? Precision

1? ? 前言

《中國制造 2025》明確了海洋工程裝備和高技術船舶是十大重點發展領域之一，造船業為國家戰略性裝備制造業的代表，我國船舶工業已形成了較強國際競爭力的基礎優勢。2016年船舶行業進入寒冬，造船市場的競爭日趨激烈，諸多民營和國營造船企業倒閉，船舶行業前景堪憂。航運市場慘淡，船東對航運市場及船舶建造持觀望態度，對于已經建造的船舶實行違約、棄船、延遲交付等策略，以抵消經濟危機對航運業的影響。危機即是機遇，我司以此為契機，結合自身實際情況，開展相關提高效益研究。

數字化造船是應用模塊化建造、協同制造、仿真建造和裝配，實現船舶殼、舾、涂一體化制造，達到船舶產品快速制造和精益建造的一種技術。數字化造船技術涵蓋的范圍非常廣泛，本項目主要研究數字化造船之船塢三維搭載技術。

船塢三維搭載技術是在融合數字化造船技術的基礎上，從設計策劃、分段建造全過程測量到模擬分析、模擬總組、模擬搭載分析，結合船塢實際搭載，利用三維智能化等技術，創立創新的一種新型造船技術。

2? ? ?船塢三維搭載坐標系建立

2.1? ?船塢二維坐標系的現狀及缺點

如圖1所示：船塢搭載原先使用是二維平面搭載坐標系，通過拉激光經緯儀及大尺測量高度、吊線錘測量半寬及平齊度，操作過程繁瑣、效率低下、搭載精度不高且不安全，達不到快速造船、精益造船的要求。

2.2? ?船塢三維搭載坐標系建立

如圖2所示：在船塢兩邊設置坐標系標桿及360°旋轉標靶，使船塢搭載的三維坐標X、Y、Z值分別與坐標系的標靶對應，建立起搭載階段的空間坐標系。

為使實際搭載應用的三維坐標系與船體理論模型的三維坐標系關聯統一起來，需借助TRIBON建模技術確定分段基準的理論三維坐標，轉化到船塢塢邊的坐標系標靶上進行一一對應，從而建立起理論與實際應用統一的三維坐標系，便于全面測量監控船舶搭載精度和其他相關產品數據，達到操作簡便、快速、高效、精準的效果。

2.3? ?船塢三維搭載坐標系應用工藝流程

船塢三維搭載坐標系建立后，需制定相應的工藝流程，指導規范施工、合理操作、高效運行。在分段階段進行全面的測量收集數據，進行模擬搭載仿真分析，提供相應的數據在船塢實際搭載中使用。船塢過程中全面測量相關數據，一次移船到船舶成型出塢，收集過程中的相關數據及優化后續使用，如圖3所示。

3? ? ?船塢三維搭載坐標系應用效果

3.1? ?船塢搭載由平面二維空間提升到三維立體空間

傳統的船塢搭載坐標系由二維手工測量提升到智能化的三維立體測量，由二維平面的多次測量才可以測全的數據轉化到一次測量即可實現的三維數據，如圖4所示。

3.2? ?建立了造船精度數據庫

對分段各過程的精度狀況進行數據收集、分析及優化，改進后續建造方式，提高了建造質量和施工效率，建立了精度數據庫，便于對船塢三維搭載進行數據輸出和指導，如圖5所示。

3.3? ?造船四大精度指標明顯改善

分段無余量制造率、分段無余量搭載率、搭載修割率、搭載開刀率，是反映一個造船企業技術水平最直觀的表現。開展船塢三維搭載的研究，就是為了提高造船四大精度指標。我司采用模塊集成化建造方式，單船共94個分段在車間進行建造，然后在300 t龍門吊下面進行總組形成33個總段，最后吊裝到船塢進行塔式搭載;受工藝及精度控制水平影響，之前較多分段含余量進行建造及搭載，建造及搭載過程中存在大量的切割和開刀，工作效率低下、耗時長、四大指標偏低，嚴重影響生產效率和建造質量。通過開展船塢三維搭載研究創新，各項指標明顯改善，其主要表現如下（見圖6）：

（1）分段無余量制造率：從2014年的52.15%提升到2019上半年的78.82%（備注：《船舶行業規范條件》要求不低于70%）;

（2）分段上船臺（進塢）無余量搭載率：從2014年的78.59%提升到2019上半年的94.68%（備注：《船舶行業規范條件》要求不低于80%）;

（3）搭載修割率：從2014年的18.2%降低到2019上半年的9.8%;

（4）搭載開刀率：從2014年的10.59%降低到2019上半年的3.26%;

3.4? ?船塢總段搭載吊裝時間顯著減少

通過建立船塢三維坐標系，能準確快速的確定分段搭載的三維數值，現場定位管理員可以通過三維數值，精確的給出龍門吊調整方案，較以前嘗試性的調整大大節省了吊車吊裝時間，如圖7所示。

4? ? ?結束語

隨著社會的進步及技術的發展，能源節約及環境保護也越來越受到重視，在船舶行業將會越來越重視科研創新的研究。本項目應用于船塢建造精度控制時，在提高產品質量、生產效率、改善施工環境、縮短船塢周期、減少修割、開刀率、節約建造成本等方面均取得了較好效果。

參考文獻

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