数字化造船之船坞三维搭载技术研究
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作者:程远龙 严海马 刘振宇
摘 要：数字化造船是应用模块化建造技术、协同制造技术、仿真建造技术，实现船舶壳、舾、涂一体化。本项目是在融合数字化造船技术的基础上，将设计模型的理论坐标与船坞搭载的虚拟坐标进行统一，在空间上形成三维搭载坐标系。运用TRIBON建模技术、DACS精度分析技术、全站仪对船舶建造进行精度策划、数据收集、数据分析，建立完善的精度数据库，从而有效的应用于船坞三维搭载，实现了分段的精确控制和无余量搭载;分段搭载由传统的二维手工测量提升至三维立体精确测量，达到分段搭载快速定位、吊装时间减少、建造精度明显提高的目的。
关键词：数字化造船;坐标系;三维搭载;精度
中图分类号：U671.4 文献标识码：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
《中国制造 2025》明确了海洋工程装备和高技术船舶是十大重点发展领域之一，造船业为国家战略性装备制造业的代表，我国船舶工业已形成了较强国际竞争力的基础優势。2016年船舶行业进入寒冬，造船市场的竞争日趋激烈，诸多民营和国营造船企业倒闭，船舶行业前景堪忧。航运市场惨淡，船东对航运市场及船舶建造持观望态度，对于已经建造的船舶实行违约、弃船、延迟交付等策略，以抵消经济危机对航运业的影响。危机即是机遇，我司以此为契机，结合自身实际情况，开展相关提高效益研究。
数字化造船是应用模块化建造、协同制造、仿真建造和装配，实现船舶壳、舾、涂一体化制造，达到船舶产品快速制造和精益建造的一种技术。数字化造船技术涵盖的范围非常广泛，本项目主要研究数字化造船之船坞三维搭载技术。
船坞三维搭载技术是在融合数字化造船技术的基础上，从设计策划、分段建造全过程测量到模拟分析、模拟总组、模拟搭载分析，结合船坞实际搭载，利用三维智能化等技术，创立创新的一种新型造船技术。
2 船坞三维搭载坐标系建立
2.1 船坞二维坐标系的现状及缺点
如图1所示：船坞搭载原先使用是二维平面搭载坐标系，通过拉激光经纬仪及大尺测量高度、吊线锤测量半宽及平齐度，操作过程繁琐、效率低下、搭载精度不高且不安全，达不到快速造船、精益造船的要求。
2.2 船坞三维搭载坐标系建立
如图2所示：在船坞两边设置坐标系标杆及360°旋转标靶，使船坞搭载的三维坐标X、Y、Z值分别与坐标系的标靶对应，建立起搭载阶段的空间坐标系。
为使实际搭载应用的三维坐标系与船体理论模型的三维坐标系关联统一起来，需借助TRIBON建模技术确定分段基准的理论三维坐标，转化到船坞坞边的坐标系标靶上进行一一对应，从而建立起理论与实际应用统一的三维坐标系，便于全面测量监控船舶搭载精度和其他相关产品数据，达到操作简便、快速、高效、精准的效果。 2.3 船坞三维搭载坐标系应用工艺流程
船坞三维搭载坐标系建立后，需制定相应的工藝流程，指导规范施工、合理操作、高效运行。在分段阶段进行全面的测量收集数据，进行模拟搭载仿真分析，提供相应的数据在船坞实际搭载中使用。船坞过程中全面测量相关数据，一次移船到船舶成型出坞，收集过程中的相关数据及优化后续使用，如图3所示。
3 船坞三维搭载坐标系应用效果
3.1 船坞搭载由平面二维空间提升到三维立体空间
传统的船坞搭载坐标系由二维手工测量提升到智能化的三维立体测量，由二维平面的多次测量才可以测全的数据转化到一次测量即可实现的三维数据，如图4所示。
3.2 建立了造船精度数据库
对分段各过程的精度状况进行数据收集、分析及优化，改进后续建造方式，提高了建造质量和施工效率，建立了精度数据库，便于对船坞三维搭载进行数据输出和指导，如图5所示。
3.3 造船四大精度指标明显改善
分段无余量制造率、分段无余量搭载率、搭载修割率、搭载开刀率，是反映一个造船企业技术水平最直观的表现。开展船坞三维搭载的研究，就是为了提高造船四大精度指标。我司采用模块集成化建造方式，单船共94个分段在车间进行建造，然后在300 t龙门吊下面进行总组形成33个总段，最后吊装到船坞进行塔式搭载;受工艺及精度控制水平影响，之前较多分段含余量进行建造及搭载，建造及搭载过程中存在大量的切割和开刀，工作效率低下、耗时长、四大指标偏低，严重影响生产效率和建造质量。通过开展船坞三维搭载研究创新，各项指标明显改善，其主要表现如下（见图6）：
（1）分段无余量制造率：从2014年的52.15%提升到2019上半年的78.82%（备注：《船舶行业规范条件》要求不低于70%）;
（2）分段上船台（进坞）无余量搭载率：从2014年的78.59%提升到2019上半年的94.68%（备注：《船舶行业规范条件》要求不低于80%）;
（3）搭载修割率：从2014年的18.2%降低到2019上半年的9.8%;
（4）搭载开刀率：从2014年的10.59%降低到2019上半年的3.26%;
3.4 船坞总段搭载吊装时间显著减少
通过建立船坞三维坐标系，能准确快速的确定分段搭载的三维数值，现场定位管理员可以通过三维数值，精确的给出龙门吊调整方案，较以前尝试性的调整大大节省了吊车吊装时间，如图7所示。
4 结束语
随着社会的进步及技术的发展，能源节约及环境保护也越来越受到重视，在船舶行业将会越来越重视科研创新的研究。本项目应用于船坞建造精度控制时，在提高产品质量、生产效率、改善施工环境、缩短船坞周期、减少修割、开刀率、节约建造成本等方面均取得了较好效果。
参考文献
[1] 赵东，周宏.数字化造船系统研究[J].船舶工程，2006，28（3）.
[2] 黄谆茫.中小船企数字化造船的实施与应用[J].“苏浙闽粤桂沪”航海学会学术研讨会，2013.
[3] 杨振.基于精益造船的数字化船坞研究与应用[M]，2013.
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