彭茂清+程遠(yuǎn)龍+周海生

（江門市南洋船舶工程有限公司，江門529145）

摘 要：本文介紹在船體建造過(guò)程中，利用全站儀對(duì)各工序產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量，借助精度管理軟件將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論模型進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并提前處理，同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)提供給后道工序做參考控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各工序產(chǎn)品進(jìn)行全過(guò)程精度管理與控制。另外，將所測(cè)數(shù)據(jù)建立精度數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析，為后續(xù)改進(jìn)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：造船；精度管理；全站儀；軟件；過(guò)程控制

中圖分類號(hào)：U671.99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

在船體建造過(guò)程中，受切割、加工、裝配、焊接、火工矯正和吊運(yùn)等因素影響，船體零件、組件、分段、總段和船體主尺度不可避免地會(huì)產(chǎn)生實(shí)際尺寸偏差和形狀偏差。為了控制這些偏差在公差范圍內(nèi)，船廠要采取一系列的精度管理與控制措施，如加放余量或補(bǔ)償量、過(guò)程測(cè)量控制、分析、預(yù)修整等。

在沒有全站儀以前，測(cè)量控制幾乎全部為拉大尺、吊線錘、靠樣等傳統(tǒng)的手工測(cè)量，其存在的問題是：要用手工記錄，不便與現(xiàn)代的造船設(shè)計(jì)軟件及數(shù)據(jù)處理分析方法相結(jié)合，不利于形成有效的數(shù)據(jù)庫(kù)；對(duì)大型結(jié)構(gòu)件及曲面結(jié)構(gòu)無(wú)法完成準(zhǔn)確的測(cè)量；數(shù)據(jù)報(bào)表需要人工計(jì)算，不便于與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接對(duì)比；數(shù)據(jù)采集需要的人員較多，測(cè)量精度不高，工作效率低下等。

全站儀是一種把電子測(cè)距、電子測(cè)角和微處理有機(jī)結(jié)合成一體，能自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)并具備某些固定計(jì)算程序的電子速測(cè)儀。它在一個(gè)測(cè)站點(diǎn)能快速進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)量、定位和自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)等工作，較完善地實(shí)現(xiàn)了測(cè)量和數(shù)據(jù)處理過(guò)程的電子化和一體化。

造船精度管理軟件是基于電子測(cè)量?jī)x器結(jié)合造船設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用、造船建模推廣之后而應(yīng)市而生的，用于船舶制造過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)尺寸檢查、幾何量檢查、三維精度控制、分段精度數(shù)據(jù)分析、分段模擬搭載、分段吊裝定位測(cè)量、形成精度檢查表等的專用系統(tǒng)。它以系統(tǒng)軟件為核心，集成現(xiàn)代高精度全站儀及各種附件于一體，能夠快速、精確、自動(dòng)的對(duì)各種零部件、船體分段、船體合攏進(jìn)行精度檢查及控制。該軟件系統(tǒng)主要功能包括：現(xiàn)場(chǎng)分段測(cè)量及分析、分段精度管理分析、分段或總段模擬搭載、分段或總段搭載現(xiàn)場(chǎng)定位測(cè)量、數(shù)據(jù)庫(kù)等。

2 全站儀及精度管理軟件在船體建造過(guò)程中的應(yīng)用

2.1 作用及應(yīng)用要求

全站儀及精度管理軟件可對(duì)船體分段的中間產(chǎn)品及分段成品制作過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控和指導(dǎo)，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行構(gòu)件、中組件等裝配精度測(cè)量，可有效的將問題解決在萌芽階段，以保證后續(xù)建造精度。其主要應(yīng)用是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、分析和室內(nèi)數(shù)據(jù)分析與管理。

分段測(cè)量及分析軟件的組成有：全站儀、PDA、室內(nèi)電腦和裝在PDA和電腦中的軟件系統(tǒng)，如圖1所示。

（1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與分析

主要是用裝有測(cè)量軟件的PDA連接全站儀進(jìn)行，可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)查看和分析，包括組立件、片體、框架、分段及總段的測(cè)量與分析，以及大型設(shè)備、設(shè)施檢測(cè)及安裝調(diào)試等?？蓪?duì)分段總組或搭載定位進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量，判斷和糾正定位精度。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法及注意事項(xiàng)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度選擇相應(yīng)的溫度參數(shù)，儀器可根據(jù)溫度進(jìn)行糾正誤差，儀器架設(shè)與測(cè)量點(diǎn)的角度要大于30o；盡量減少轉(zhuǎn)站次數(shù)，轉(zhuǎn)站點(diǎn)的選取要在分段外圍；減少隱蔽桿的使用，選用不同的隱蔽桿時(shí)要設(shè)置好對(duì)應(yīng)的參數(shù)；儀器在使用時(shí)要避免爆曬或雨淋等。

（2）數(shù)據(jù)分析與管理

運(yùn)行于室內(nèi)電腦的精度管理軟件主要有分段精度管理分析模塊、分段或總段模擬搭載模塊和作業(yè)管理與數(shù)據(jù)庫(kù)模塊等。可讀取大型設(shè)計(jì)軟件Tribon、CATIA等設(shè)計(jì)模型，并將讀取的模型數(shù)據(jù)載入到PDA中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和分析，方便對(duì)各個(gè)階段的精度進(jìn)行管控。

2.2 在小、中組立階段的應(yīng)用

由于小、中組件的制作大多在地面平臺(tái)進(jìn)行，基本上都是任意放置而不可能是水平狀態(tài)，傳統(tǒng)的手工拉尺方法較難測(cè)量其整體精度狀態(tài)。全站儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任意擺放狀態(tài)的測(cè)量，可以對(duì)小組件和中組件的變形、裝配精度進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控，及時(shí)糾正偏差，避免后道工序返工。同時(shí)，可收集相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收縮量統(tǒng)計(jì)分析、變形量統(tǒng)計(jì)分析等。

可以對(duì)重要的小組件、大拼板件、中組框架的劃線、結(jié)構(gòu)裝配焊前及焊后進(jìn)行精度測(cè)量，得出劃線偏差、裝配偏差、收縮量及變形量等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程的數(shù)據(jù)收集及精度管理與控制。并對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出規(guī)律并制定改進(jìn)、預(yù)防措施。

在大型中組框架建造過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行主要尺寸的測(cè)量，可以檢驗(yàn)構(gòu)件的裝配偏差、合攏口對(duì)齊度、扭曲變形等傳統(tǒng)手工拉尺不易測(cè)量或無(wú)法測(cè)量的精度項(xiàng)目。

2.3 在分段階段精度管理的應(yīng)用

分段階段精度管理主要指分段從上胎架到下胎架這一階段的過(guò)程精度管理與控制，包括胎架精度監(jiān)測(cè)、曲面胎架板精度測(cè)量與控制、分段裝配過(guò)程精度測(cè)量與控制、分段完工精度測(cè)量與控制等。

（1）胎架制作精度控制

該精度管理軟件具有胎架數(shù)據(jù)功能，根據(jù)胎架數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)某組件安裝時(shí)的定位作出指導(dǎo)，使生產(chǎn)過(guò)程中的精度控制工作更加輕松。同樣，也可以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)部門給出的胎架數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。

（2）曲面胎架板、斜切胎架分段的精度測(cè)量與控制

為了有效保證曲面胎架外板線型，在鋪設(shè)胎架板后，可單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量模擬，以查看布胎情況及外板線型吻合情況。利用系統(tǒng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，可以將船體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成胎架坐標(biāo)系，即以胎架平面為基準(zhǔn)的平面坐標(biāo)系。將設(shè)計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)狀態(tài)，可以根據(jù)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)進(jìn)行建造過(guò)程中的尺寸控制，現(xiàn)場(chǎng)可以直接用簡(jiǎn)單的拉尺、吊線錘等方法進(jìn)行測(cè)量和整改，方便胎架的整改和檢驗(yàn)。另外，還可以用以檢測(cè)內(nèi)場(chǎng)數(shù)控下料板件及拼板的方正度和主要尺寸、板邊直線度、冷彎肋骨的線型、曲板加工線型等。

（3）分段建造過(guò)程精度測(cè)量與控制

主要是PDA與全站儀連接配合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)需要自由設(shè)定基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)面等進(jìn)行測(cè)量，可立刻顯示分段建造的長(zhǎng)度、平面度、對(duì)角線、垂直度等。測(cè)量時(shí)在PDA中選擇確定測(cè)量基準(zhǔn)后，可從PDA中查看現(xiàn)場(chǎng)精度測(cè)量點(diǎn)的精度偏差，實(shí)時(shí)確定各精度測(cè)量點(diǎn)的誤差值，提出整改意見。主要用于雙斜切的舷側(cè)階梯形分段、機(jī)艙分段、首尾分段等重點(diǎn)分段或復(fù)雜分段的現(xiàn)場(chǎng)裝配監(jiān)測(cè)。

（4）分段完工精度測(cè)量與控制

對(duì)已完工的分段進(jìn)行精度檢測(cè)、分析，了解分段整體的精度狀態(tài)，并且所測(cè)數(shù)據(jù)可以直接用于模擬搭載分析。主要應(yīng)用是分段精度管理分析模塊，將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦后，在設(shè)計(jì)模型上標(biāo)注對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)號(hào)，系統(tǒng)可自動(dòng)提取測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與設(shè)計(jì)模型可自動(dòng)匹配計(jì)算三維誤差?？煞治鲇?jì)算合攏口余量值、構(gòu)件的錯(cuò)位量、變形量、弧長(zhǎng)值、線型偏差值等。可將所測(cè)量分段的分析結(jié)果生成三維立體圖示報(bào)表、電子報(bào)表等，包括合攏口平齊度圖、結(jié)構(gòu)錯(cuò)位量圖、線型偏差圖等，并可以存檔和打印。

現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)測(cè)量分析結(jié)果，對(duì)于超差的精度點(diǎn)在涂裝前進(jìn)行整改，避免搭載時(shí)整改對(duì)涂層的破壞，有利于保護(hù)涂層和減少搭載階段的修改工作量。如圖2為分段完工精度測(cè)量分析數(shù)據(jù)，從圖中的數(shù)據(jù)可清晰的判斷分段各測(cè)量點(diǎn)的三維精度偏差情況。如圖3為該分段的線型偏差圖，從圖中可以一目了然的看出分段外板線型及斜壁板的精度偏差。

（5）典型分段不同階段變形情況調(diào)研

分段從下胎架到搭載之間還有一定的時(shí)間段，在這一時(shí)間段內(nèi)分段會(huì)經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、局部火調(diào)、局部焊接、翻身、預(yù)舾裝、堆放、沖砂及涂裝等作業(yè)過(guò)程。在這些作業(yè)過(guò)程中，分段會(huì)產(chǎn)生怎樣的變形及如何預(yù)防，是各船廠的調(diào)研課題。特別是結(jié)構(gòu)剛性較弱的分段，在上述作業(yè)過(guò)程后會(huì)產(chǎn)生較大的變形，給總組或搭載定位帶來(lái)較大的整改工作量。由于各階段分段的堆放狀態(tài)不一致，傳統(tǒng)的測(cè)量方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，有了全站儀及精度管理軟件后，可以很方便的進(jìn)行不同階段的測(cè)量調(diào)研，了解分段的變化情況。

每個(gè)階段的測(cè)量，均要記錄分段的狀態(tài)：分段的作業(yè)情況、堆放時(shí)布墩的數(shù)量和位置、火調(diào)量的大小等。每次的測(cè)量點(diǎn)要統(tǒng)一，且測(cè)量點(diǎn)的選取要具有代表性，能分析出變形的情況。將各階段的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出分段的變形情況及趨勢(shì)，并制定預(yù)防和控制措施。

2.4 在總組及搭載階段的應(yīng)用

（1）分段或總段模擬總組或搭載

模擬搭載系統(tǒng)運(yùn)行于室內(nèi)電腦，可以進(jìn)行兩個(gè)或多個(gè)分段/總段之間的模擬搭載。

將現(xiàn)場(chǎng)分段或總段的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，參考三維設(shè)計(jì)模型，對(duì)分段或總段的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬搭載，通過(guò)旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等功能，精確分析搭載狀態(tài)，即分析分段合攏口的余量、錯(cuò)位量、主尺寸偏差值、線型偏差等，并生成模擬搭載預(yù)測(cè)結(jié)果報(bào)告書，報(bào)告書包括搭載定位基準(zhǔn)圖、余量切割圖、錯(cuò)位量圖、線型偏差圖等，可直接用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)整改和現(xiàn)場(chǎng)搭載定位施工。

圖4為分段模擬分析后的搭載定位基準(zhǔn)圖，假設(shè)該分段X正方向和Y的正方向?yàn)楹蠑n口，則圖中A、B、C、D四點(diǎn)為定位基準(zhǔn)點(diǎn)，提供了定位的半寬值（Y值）和高度值（Z值）做參考，并提供了A、D、E、F兩個(gè)合攏口各兩個(gè)點(diǎn)的合攏口間隙參考值。現(xiàn)場(chǎng)施工人員根據(jù)該圖即能將分段按模擬結(jié)果定位，保證定位精度，避免后續(xù)分段產(chǎn)生更大的偏差。多分段模擬搭載，后面分段的模擬以前面分段模擬處理后的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，從而保證模擬的準(zhǔn)確性。模擬總組或模擬搭載的精度分析結(jié)果均是指實(shí)測(cè)分段之間的實(shí)際偏差。

（2）分段或總段搭載定位測(cè)量、水尺堪劃等

分段或總段搭載定位測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)行于掌上電腦PDA，在船臺(tái)或船塢使用PDA連接全站儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量，判斷和糾正定位精度。

使用此軟件可解決傳統(tǒng)船臺(tái)或船塢定位測(cè)量的不方便或無(wú)法測(cè)量等問題，包括可以解決船臺(tái)斜率問題，根據(jù)設(shè)置的船臺(tái)斜率自動(dòng)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；可進(jìn)行準(zhǔn)確的船首或船尾定向，保證測(cè)量坐標(biāo)的統(tǒng)一性；可對(duì)測(cè)量的任意點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)置零，以檢查其他點(diǎn)相對(duì)置零點(diǎn)的方向增量等。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，先進(jìn)行測(cè)量坐標(biāo)系設(shè)置，如長(zhǎng)度偏移、中心線偏移、高度基準(zhǔn)偏移、船臺(tái)斜率等；坐標(biāo)系設(shè)置好后，測(cè)量所顯示數(shù)據(jù)即為以所設(shè)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的偏差值。與傳統(tǒng)的手工拉尺相比，可以實(shí)現(xiàn)手工無(wú)法測(cè)量的點(diǎn)，不用人工計(jì)算船臺(tái)斜率，測(cè)量精度高、速度快、節(jié)省人力等優(yōu)勢(shì)，并且與模擬搭載提供的定位參考點(diǎn)對(duì)應(yīng)，對(duì)比檢驗(yàn)?zāi)M搭載情況。

3 精度數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及分析應(yīng)用

造船精度管理是數(shù)據(jù)鏈的管理，數(shù)據(jù)的收集是基礎(chǔ)，技術(shù)關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)的積累、統(tǒng)計(jì)分析、制定改進(jìn)及預(yù)防措施，核心是建立精度補(bǔ)償量體系。該模塊主要是提供作業(yè)計(jì)劃管理及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析平臺(tái)，相關(guān)人員可以通過(guò)該模塊實(shí)現(xiàn)精度生產(chǎn)的全過(guò)程管理，并能對(duì)精度數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)。在測(cè)量工作開始時(shí)建立好信息資料，包括工程名稱、開工時(shí)間、工位、施工隊(duì)、問題類型等。該軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)精度數(shù)據(jù)的收集、分析和處理，可以對(duì)采集到的精度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出零件、小中組件、分段、總段及搭載等各個(gè)工序或階段的變形數(shù)據(jù)、收縮數(shù)據(jù)等，為制定或改進(jìn)精度提供依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前精度管理軟件還存在一些不完善的地方，包括要具有與船廠其它軟件系統(tǒng)對(duì)接功能，能與船廠的工時(shí)物量系統(tǒng)、造船仿真系統(tǒng)等互聯(lián)，并為其提供相關(guān)的數(shù)據(jù)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)真正的精度造船。

參考文獻(xiàn)

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