船塢數(shù)字化作業(yè)及測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用

彭 冬

（貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng)550004）

1 數(shù)字化船塢原理與架構(gòu)

從內(nèi)涵來講，船塢的數(shù)字化作業(yè)就是以傳統(tǒng)的造船過程為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)建立模型模擬搭載，把信息技術(shù)應(yīng)用到造船的全過程中，最終完成船舶的制造。數(shù)字化包含以下五個(gè)方面：船舶設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造數(shù)字化、管理控制數(shù)字化、經(jīng)營(yíng)決策數(shù)字化以及船舶維護(hù)［1］。

船塢的數(shù)字化作業(yè)就是利用船塢周圍設(shè)立的旋轉(zhuǎn)標(biāo)靶，完成船塢周邊的管理網(wǎng)，在船進(jìn)入船塢之后馬上按照總段在控制網(wǎng)的定位，依照船塢周圍的標(biāo)靶形成的管理網(wǎng)完成船塢的搭載過程。進(jìn)而完成船塢的仿真化，在機(jī)器中對(duì)現(xiàn)實(shí)中的船塢作業(yè)進(jìn)行建模仿真，結(jié)合DES文件和仿真結(jié)果，達(dá)到船塢作業(yè)仿真化、數(shù)字化的目的。

船塢的數(shù)字化作業(yè)集中表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：

1.1船舶總段的精度數(shù)據(jù)的采集、分析。此過程是利用全站儀采集船舶總段的精度數(shù)據(jù)，使用電腦分析數(shù)據(jù)，能夠利用數(shù)字化做到數(shù)據(jù)的傳輸、分析和儲(chǔ)存，與多用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分享。

1.2使用DES文件。DES文件是指提前設(shè)置完成船舶總段控制點(diǎn)的坐標(biāo)，并且以DES文件格式輸出導(dǎo)入到全站儀，利用測(cè)量基準(zhǔn)坐標(biāo)完成和船體總段控制點(diǎn)的坐標(biāo)的統(tǒng)一，以便快速響應(yīng)、仿真船塢。所以，DES文件是船塢數(shù)字化作業(yè)當(dāng)中不可或缺的重要組成部分。

1.3使用模擬搭載。建造船舶時(shí)，從加工到最后完成，每個(gè)過程都不可避免地出現(xiàn)各種系統(tǒng)誤差。其中，船塢搭載出現(xiàn)的誤差最大，這將嚴(yán)重影響船塢的周期。模擬搭載指的是事先弄清楚需要搭載的總段和船塢內(nèi)基準(zhǔn)總段的精度偏差值，在計(jì)算機(jī)內(nèi)模擬仿真，解析得出有效地?cái)?shù)據(jù)，然后切割修正達(dá)到吊裝階段的精確度，并在此基礎(chǔ)上完成下一次定位。利用此種辦法來提升總段搭載定位精度，提升吊裝速率，減少搭載周期。

船塢的數(shù)字化作業(yè)基于利用計(jì)算機(jī)數(shù)字化進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)分析，也就是說船塢的數(shù)字化作業(yè)所使用的數(shù)據(jù)全部都是利用數(shù)字化的數(shù)據(jù)檢測(cè)辦法進(jìn)行采集得到的。因?yàn)榇瑝]的數(shù)字化作業(yè)是為提升搭載的成功率而提出的，溫度的改變很大程度上益影響船舶總段的精確度，所以探究溫度改變引起的總段變形是船塢數(shù)字化作業(yè)的基礎(chǔ)。需要基于上面兩點(diǎn)，進(jìn)行船塢的數(shù)字化搭載研究。

2 船塢數(shù)字化作業(yè)的發(fā)展

總段搭載測(cè)量的重點(diǎn)是保證每個(gè)部件位置的精確度，測(cè)量階段更應(yīng)該注重控制各個(gè)構(gòu)件的偏差。應(yīng)控制每個(gè)點(diǎn)的偏差都在要求的范圍之內(nèi)，這樣檢測(cè)驗(yàn)收之后，可以確保船塢的搭載精度。

想要確保船塢搭載按照設(shè)計(jì)規(guī)劃準(zhǔn)確定位，吊裝總段階段需要采取數(shù)字化的技術(shù)，也就是完全采用數(shù)字化的測(cè)量技術(shù)采集數(shù)據(jù)，而且搭載總段階段吊裝時(shí)信息反饋要及時(shí)。在此基礎(chǔ)上，可以完成船塢的數(shù)字化作業(yè)。

利用船塢的數(shù)字化作業(yè)進(jìn)行船舶的制造，這種理念的發(fā)展大概分為三個(gè)時(shí)期。

2.1全站儀得到大范圍的使用以前，利用經(jīng)緯儀、長(zhǎng)尺等傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)設(shè)立船塢的基準(zhǔn)線，進(jìn)行總段定位。然而因?yàn)闇y(cè)量工具以及測(cè)量技術(shù)的約束，無法做三維坐標(biāo)的測(cè)量，應(yīng)用受到很大的約束。

2.2全站儀大范圍使用之后，船廠開始利用全站儀進(jìn)行樣線的開設(shè)、總段的定位。然而因?yàn)榇?、船舶的?biāo)準(zhǔn)不同，基準(zhǔn)線、點(diǎn)不統(tǒng)一，極易導(dǎo)致總段定位出現(xiàn)偏差。而且，因?yàn)榇瑝]作業(yè)的復(fù)雜環(huán)境，時(shí)常出現(xiàn)再次開設(shè)樣線等重復(fù)工作，效率提高受到很大的限制。

2.3基于全站儀的使用，逐步出現(xiàn)了船塢的數(shù)字化作業(yè)體系，采用DES文件實(shí)現(xiàn)船塢的定位。在這個(gè)過程中利用設(shè)立在周圍的標(biāo)靶，利用Marine G2的系統(tǒng)，輸出DES文件，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快捷地定位。因此極大地提高了定位的效率，極大地減少了搭載周期，提高了吊裝效率。

隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，世界上各大船企想要提升競(jìng)爭(zhēng)力就要對(duì)船企的信息化、建造模式和數(shù)字化作業(yè)技術(shù)進(jìn)行研究。全球各大船企都在積極開展造船數(shù)字化作業(yè)體系的研究，特別是韓國(guó)船企，建立了配合造船CAD等軟件的誤差控制措施，整個(gè)過程采取現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，模型之間的數(shù)據(jù)互相傳輸，反饋準(zhǔn)確，并行操作，減少了總段變形分析處理時(shí)間，可以數(shù)字化地控制精度，這是控制船塢精度的新方向。特別是利用船塢的數(shù)字化作業(yè)體系配合造船軟件，大大地提升了吊裝速率，減少了搭載周期。

對(duì)于確保船舶的質(zhì)量、提升吊裝效率、減少船塢周期、降低成本、增加效益等，船塢的數(shù)字化作業(yè)有著極其重要的意義。在造船大國(guó)這些技術(shù)的應(yīng)用都較為廣泛，但是在我國(guó)的使用仍很少，僅僅處于探索階段。引進(jìn)先進(jìn)的造船技術(shù)、采用船塢的數(shù)字化作業(yè)模式，是造船業(yè)的發(fā)展方向。

3 船塢數(shù)字化作業(yè)基本原理

船塢的數(shù)字化作業(yè)的重點(diǎn)是測(cè)量分析方法的數(shù)字化、DES文件的建立和使用、船塢的仿真模擬搭載的使用。

3.1測(cè)量分析方法的數(shù)字化是船塢數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)工作，本文詳盡地闡述了數(shù)字化測(cè)量的工作原理。使用數(shù)字化的測(cè)量工具及軟件，配合完成總段和搭載的數(shù)字化測(cè)量，能夠即時(shí)記錄處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行修正。

3.2船塢的數(shù)字化作業(yè)是為了提升吊裝效率、減少船塢周期而研制的操作體系，然而溫度改變會(huì)嚴(yán)重影響到船舶總段的變形，也會(huì)對(duì)定位的一次成功率造成極大的影響。為提升定位的一次成功率，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的相關(guān)理論知識(shí)，利用抽樣的辦法，詳盡地闡述了溫度改變對(duì)總段變形的影響，并得到了總段變形的基礎(chǔ)結(jié)論，搭載的仿真過程也有了詳細(xì)的定位參照數(shù)據(jù)。

3.3 DES文件和搭載仿真模型是船塢的數(shù)字化作業(yè)中極為重要的階段。本文詳盡講述了兩者的原理和操作方法。

4 數(shù)字化船塢測(cè)量系統(tǒng)

4.1 數(shù)字化船塢測(cè)量系統(tǒng)的原理

船塢的數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)利用三維坐標(biāo)來測(cè)量、表示、分析各個(gè)精度控制點(diǎn)，參照生產(chǎn)模型，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算得到總段設(shè)計(jì)參數(shù)以及偏差、變形量，進(jìn)而快速有效地反饋數(shù)據(jù)，制定修正方案［2］。

以全站儀為基礎(chǔ)的三維測(cè)量系統(tǒng)的基本原理是從軟件系統(tǒng)中得出總段的控制點(diǎn)（控制點(diǎn)是總段主要部件的理論數(shù)據(jù)），將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量操作得出的數(shù)據(jù)和理論值進(jìn)行對(duì)照。

4.2 數(shù)字化測(cè)量方法的優(yōu)越性

在電腦中仿真模擬總段的測(cè)量，能夠得出總段的實(shí)際狀況，而且對(duì)基準(zhǔn)精度控制，例如水平、變形、偏差等，進(jìn)行詳細(xì)記錄。再用數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)分析，得出全面地測(cè)量數(shù)據(jù)。全過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，效率很高。相對(duì)于傳統(tǒng)方式，數(shù)字化有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：高效性、精確性、安全性、適用性。

綜上所述，本文闡述了船塢的數(shù)字化作業(yè)以及數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用?，F(xiàn)代化的高精度數(shù)字化測(cè)量?jī)x器可以極大地改善造船業(yè)的精度控制、數(shù)據(jù)采集處理速率，精度檢測(cè)速率也有較大的提升。在管理階段，因?yàn)橹苯訌哪Ｐ瞳@取總段信息，得出三維數(shù)據(jù)坐標(biāo)的模式，大大提升了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。利用現(xiàn)代化的精密測(cè)量?jī)x器，結(jié)合專業(yè)的軟件，可以大大提升數(shù)據(jù)的可信性、準(zhǔn)確性，同時(shí)提供良好的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。

［1］趙東.數(shù)字化造船系統(tǒng)研究［J］.船舶工程，2006.

［2］葉家瑋.船體建造測(cè)量及數(shù)據(jù)處理技術(shù)［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001.