船體分段測(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)研究與應(yīng)用

陳波

摘 要：船體分段測(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)是用于控制精度尺度的技術(shù)，用于船體分段建造過(guò)程，十分實(shí)用。船舶制造質(zhì)量的主要評(píng)價(jià)參數(shù)之一是配準(zhǔn)偏差值，這個(gè)數(shù)值為后續(xù)的建造提供定量的數(shù)據(jù)。船舶制造的精度管理的目的主要是使用數(shù)據(jù)分析手段把被動(dòng)的管理轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的管理。

關(guān)鍵詞：船舶制造；精度控制；配準(zhǔn)技術(shù)；建造誤差

中圖分類號(hào)：U66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）05-0037-02

1 船體分段測(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)的意義和作用

時(shí)代的發(fā)展對(duì)船舶制造提出來(lái)更高的要求，現(xiàn)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(guò)程中必須嚴(yán)格控制精度。數(shù)字化是船舶制造業(yè)的基本方向 ，可以顯著提高制造的效益和生產(chǎn)的水平。通過(guò)現(xiàn)代的手段，船舶建造的精度控制可以把控在一個(gè)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(shù)據(jù)分析手段把被動(dòng)的管理轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的管理，在船舶制造過(guò)程中，試圖提高使用的鋼材的利用率，盡量降低生產(chǎn)的成本，將建造的周期縮短，提高工作的效率。根據(jù)精度管理，可以修正船舶制造業(yè)的許多問(wèn)題，比如船體分段建造的尺度誤差和材料變形問(wèn)題，這些問(wèn)題在實(shí)際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)在下料，焊接以及裝配等過(guò)程中，最終目的是實(shí)現(xiàn)船舶實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的分度分段的無(wú)余量上船臺(tái)，準(zhǔn)確把控誤差值，進(jìn)行完整全面的精度控制，使信息直觀顯示，便于現(xiàn)場(chǎng)人員修正。

在配準(zhǔn)技術(shù)中，由于坐標(biāo)系的不同，通常要將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，把測(cè)量數(shù)據(jù)坐標(biāo)系換為設(shè)計(jì)坐標(biāo)系，最終得到點(diǎn)集坐標(biāo)系，進(jìn)行配準(zhǔn)處理時(shí)，要將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化在同一個(gè)坐標(biāo)系里才能進(jìn)行，得到誤差數(shù)據(jù)。

2 船體分段測(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)概述

2.1 船舶制造的誤差分析

在船舶的生產(chǎn)制造過(guò)程中有許多的工藝，比如切割，放樣，焊接等，整個(gè)流程中都出現(xiàn)誤差。為了提高船舶制造的質(zhì)量，減少生產(chǎn)成本，提高施工速度，必須嚴(yán)格控制生產(chǎn)精度。因此船體分段測(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)十分重要。船舶制造與一般機(jī)械生產(chǎn)不一樣，有自己的特點(diǎn)，船舶制造的特殊性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①船體分段結(jié)構(gòu)的尺度很大，因此會(huì)帶來(lái)很大的尺寸誤差。分段建造過(guò)程中，測(cè)量過(guò)程中，以及船體裝配過(guò)程中，都很難采集到有較高準(zhǔn)確度的模型特征數(shù)據(jù)。除此之外，分段會(huì)導(dǎo)致材料因?yàn)閯偠炔疃l(fā)生變形，在吊裝和運(yùn)輸貯存過(guò)程中都有這樣的隱患，比如胎架位置擺放不對(duì)，分裝吊頂時(shí)位置選擇不良等等。②船舶制造業(yè)有基本的行業(yè)特點(diǎn)，一般都是小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)加工的周期漫長(zhǎng)，加工的流程復(fù)雜且經(jīng)常發(fā)生改變，材料在多個(gè)工序處理之后會(huì)出現(xiàn)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(shù)的變形規(guī)律是不可控制的，數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法和經(jīng)驗(yàn)判斷都不是非常準(zhǔn)確，比如火工作業(yè)可能使部分材料變形，焊接時(shí)發(fā)生熱收縮，焊接過(guò)程中順序發(fā)生錯(cuò)亂等等，都會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的變形問(wèn)題。④目前船舶制造依然依靠手工勞動(dòng)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(guò)經(jīng)驗(yàn)預(yù)料。⑤測(cè)量設(shè)備的精度不夠，也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重誤差。分段建造過(guò)程中，儀器誤差是隨機(jī)變量，不符合基本的誤差統(tǒng)計(jì)規(guī)律。測(cè)量所得數(shù)據(jù)的坐標(biāo)沒有嚴(yán)格制度的把控，科學(xué)的管理方法和豐富的經(jīng)驗(yàn)積累。

船體的分段測(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)，可以使用四點(diǎn)法計(jì)算，得到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的基本參數(shù)，按照施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，以及后續(xù)的裝配情況，可以選定坐標(biāo)變換的三類數(shù)據(jù)，分別是基準(zhǔn)帶點(diǎn)，基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)面。最后通過(guò)迭代計(jì)算，就可以得出坐標(biāo)偏差。

2.2 船體分段測(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)的精度控制

精度控制對(duì)于船舶制造業(yè)有巨大的作用，控制偏差在標(biāo)準(zhǔn)的精度范圍之內(nèi)，才能有效保障船體的穩(wěn)定性和安全性。

以幾何上的要素為分類的依據(jù)，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(shí)際形狀與理想形狀的變動(dòng)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(shí)際尺寸與模型尺寸的變動(dòng)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(jīng)過(guò)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(tài)。④位置誤差是指船體的關(guān)聯(lián)實(shí)體模型與位置基準(zhǔn)量的偏差量，一般包括肋骨線與塢底線的吻合度偏差，構(gòu)件安裝位置誤差，制造中心線誤差，接頭對(duì)接錯(cuò)位誤差等等。

我們也可以將誤差分為三種：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和草率性粗大誤差，這時(shí)是以生產(chǎn)過(guò)程中的特點(diǎn)來(lái)對(duì)誤差進(jìn)行分類的。①系統(tǒng)誤差指在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的固定不變的誤差，它有確定的規(guī)律變換，也叫做規(guī)律性誤差。一般包括測(cè)量?jī)x器的系統(tǒng)誤差，焊接收縮產(chǎn)生的負(fù)誤差等等，但是船舶制造業(yè)的系統(tǒng)誤差一般很小。②隨機(jī)誤差是指大小和符號(hào)不可控制，只能估計(jì)不能修正的誤差，這樣的誤差也是服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的。船舶制造業(yè)中，各種零部件在不同工藝加工后都會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)誤差，誤差還會(huì)積累。③粗大誤差一般由操作過(guò)程中人員的錯(cuò)誤造成，一般包括測(cè)量讀數(shù)錯(cuò)誤、測(cè)量方法錯(cuò)誤、測(cè)量?jī)x器相對(duì)位置改變等等。這種誤差的測(cè)量結(jié)果明顯與實(shí)際不符

2.3 船舶制造的誤差分析

船舶建造精度控制標(biāo)準(zhǔn)。

（1）底邊艙分段。在這個(gè)階段中，舷側(cè)立體分段的剛性很大、結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。需要對(duì)建造尺寸，安裝的位置與角度，內(nèi)外板的水平度，主肋骨位置，構(gòu)件裝配位置，外板端部的垂直度等因素進(jìn)行測(cè)量。

（2） 艉部機(jī)艙分段。這是重點(diǎn)的精度控制分段，這個(gè)階段的主要特征是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)艙分段的剛性差。需要測(cè)量的主要內(nèi)容有以下：基準(zhǔn)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(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)的研究重點(diǎn)

船體分段測(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)要求的制造精度控制，是現(xiàn)代造船過(guò)程中的重要技術(shù)。它的研究重點(diǎn)誤差和偏差的修正。如果實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)這樣的誤差，會(huì)給分段船體的建造帶來(lái)很大的麻煩。

2.5 船體分段測(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)的數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)

測(cè)量數(shù)據(jù)的可視化設(shè)計(jì)是指利用現(xiàn)代的圖形化手段，將測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行精度協(xié)調(diào)。而偏差可視化技術(shù)是指，用圖形手段表示船體分段制造的所生產(chǎn)的特征點(diǎn)坐標(biāo)信息和尺度誤差信息，再利用數(shù)據(jù)分析工具對(duì)船體分段進(jìn)行修正。

2.6 船體分段測(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)精度管理系統(tǒng)的開發(fā)目的

2.6.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

船舶制造的分段精度管理系統(tǒng)應(yīng)該以先進(jìn)的船舶制造理念為基礎(chǔ)，采用可視化技術(shù)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和三維測(cè)量技術(shù)，充分考量模型轉(zhuǎn)換和測(cè)量數(shù)據(jù)特點(diǎn)，解決船舶制造中分度建造的各種精度問(wèn)題，可應(yīng)用于各種實(shí)際的操作環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)船體分段無(wú)余量建造的最終目標(biāo)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)主要有：①對(duì)測(cè)量多得數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)上的最優(yōu)運(yùn)算，分析評(píng)價(jià)實(shí)際產(chǎn)生的誤差。②完成制造偏差的可視化處理，簡(jiǎn)單明了的為現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)管理提供支持。③儲(chǔ)存進(jìn)行過(guò)的所有數(shù)據(jù)，為將來(lái)的船體建造提供依據(jù)。④可以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，考量?jī)x器的基本特點(diǎn)，選擇較好的儀器進(jìn)行工作，系統(tǒng)實(shí)用，準(zhǔn)確，具有完整性和先進(jìn)性，數(shù)據(jù)必須正確和精確，計(jì)算的結(jié)果必須可靠，并符合制造業(yè)的行業(yè)規(guī)范。⑤系統(tǒng)簡(jiǎn)單，實(shí)用性高，方便操作。

2.6.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

船體分段建造的程序復(fù)雜，要經(jīng)過(guò)零件加工、焊接組裝、部件與分段裝配等基本工序，建造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生影響船舶的建造質(zhì)量的各種形狀誤差和尺度誤差。具體的設(shè)計(jì)原則：①實(shí)際性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮企業(yè)的現(xiàn)有情況和生產(chǎn)狀態(tài)。②先進(jìn)性：系統(tǒng)具有自主選擇性，主要是為了實(shí)現(xiàn)船舶制造的先進(jìn)性。主要的工作是控制精度尺寸，進(jìn)行坐標(biāo)變換分析，進(jìn)行數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。系統(tǒng)應(yīng)該經(jīng)常更新，替換，擴(kuò)充，使用新的技術(shù)和方法。③數(shù)據(jù)可靠性：數(shù)據(jù)可靠性對(duì)系統(tǒng)而言非常重要，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確度必須嚴(yán)格保證。④操作性：系統(tǒng)應(yīng)具備較強(qiáng)的操作性，容易學(xué)會(huì)，操作簡(jiǎn)單。

2.6.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

船體分段測(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)精度管理系統(tǒng)的總目標(biāo)是在對(duì)船體分段建造過(guò)程中嚴(yán)格控制并實(shí)時(shí)監(jiān)控分段誤差，減低成本，減少經(jīng)濟(jì)損失。

3 總結(jié)

船體分段測(cè)量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)在船舶制造業(yè)中十分重要。以船舶建造的質(zhì)量參數(shù)和工藝精度指標(biāo)為主要的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，綜合考慮船舶制造的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家質(zhì)量檢驗(yàn)要求和工廠的實(shí)際建造工藝，制定出具有極強(qiáng)實(shí)用性的精度標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)這樣的精度標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，使分段船體的成產(chǎn)和裝配都有理論依據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)船體無(wú)余量建造，提高船舶制造生產(chǎn)水平。

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