顧永鳳，謝　榮

(江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 南京 211170)

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船舶工業(yè)4.0模式下智能化柔性胎架系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

顧永鳳，謝榮

(江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 南京 211170)

結(jié)合現(xiàn)代精密工程測(cè)量技術(shù)，針對(duì)快速發(fā)展的船舶工業(yè)對(duì)數(shù)字化先進(jìn)造船設(shè)備提出的要求，通過(guò)將自主開(kāi)發(fā)的柔性胎架系統(tǒng)與造船精度控制技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，借助三維數(shù)據(jù)模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化、螺桿高度調(diào)節(jié)的自動(dòng)化，船舶分段高空吊運(yùn)模式平地軌道化，從而建立真正意義上的“空間分道、時(shí)間有序”的順暢工藝流水線，對(duì)構(gòu)建現(xiàn)代造船工藝流程有著較深刻的實(shí)際意義。

工業(yè)4.0；柔性胎架；工裝設(shè)備；精度造船

0　引言

近年來(lái)，造船業(yè)遭遇發(fā)展瓶頸。作為第一造船大國(guó)，卻面臨井噴式增長(zhǎng)后的發(fā)展瓶頸?？刂圃齑杀荆岣弋a(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力是保證船舶企業(yè)立于不敗之地的主要有效手段。提高造船精度，實(shí)現(xiàn)造船信息化是大勢(shì)所趨，此關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)將給智能船舶工業(yè)4.0發(fā)展提供更多的技術(shù)支撐。

現(xiàn)代化精密工程測(cè)量技術(shù)在船舶分段搭載中得到初步的應(yīng)用，但在分段建造過(guò)程中，信息化技術(shù)、柔性胎架與現(xiàn)代化精度控制技術(shù)還沒(méi)有進(jìn)行結(jié)合，把原本上胎以后才能發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提前得到解決，在提高造船精度的前提下成功地將高空作業(yè)轉(zhuǎn)變成平地作業(yè)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)代化測(cè)量設(shè)備(全站儀)和軟件(EcoMarine)的應(yīng)用研究，為柔性胎架各螺桿的布陣提供數(shù)字化三維精度控制方案，使得在螺桿快速自動(dòng)定位的前提下建造分段與胎架更貼合，代替了傳統(tǒng)管式胎架插銷式的粗調(diào)方式，從而大幅度減少備胎時(shí)間，大大提高船舶分段的建造質(zhì)量和效率。

1　柔性胎架系統(tǒng)的創(chuàng)新

1.1柔性胎架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

本文針對(duì)傳統(tǒng)胎架適用分段單一、外板變形較大，并使得船舶的建造呈離散式，分析了現(xiàn)代造船生產(chǎn)空間組織方式，通過(guò)對(duì)數(shù)字化柔性胎架系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，建立“空間分道、時(shí)間有序”的順暢工藝流水線，對(duì)構(gòu)建現(xiàn)代造船工藝流程有著深刻的實(shí)際意義。柔性胎架系統(tǒng)的仿真渲染如圖1所示。

1.導(dǎo)軌　2.滾輪組　3.剛性環(huán)孔　4.胎架底座　5.胎架面　6.滑槽　7.電流控制器　8.電線　9.螺桿　10.螺桿高度調(diào)節(jié)器　11.360°旋轉(zhuǎn)頭　12.電磁鐵　13.加強(qiáng)肘板　14.胎架底座支柱

具體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新表現(xiàn)在：

(1)通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿(圖1中9)的高度滿足不同船體曲線的變化。

(2)采用電磁式弧形托板(圖1中11)支撐船體，改點(diǎn)接觸為面接觸，使得船體變形小，磁力大小可隨著船舶分段的不斷完善進(jìn)行調(diào)整。

(3)胎架在指定的軌道上移動(dòng)代替了傳統(tǒng)利用大型拖車或吊車吊運(yùn)模式，可節(jié)省大型拖車、吊車的投入，減少高空作業(yè)，有利于船舶分段的套造。

1.2柔性胎架系統(tǒng)的方法創(chuàng)新

本集成系統(tǒng)以造船工業(yè)為背景，綜合運(yùn)用TSV-BLS力學(xué)分析系統(tǒng)和Eco MES精度測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)TSV-BLS力學(xué)分析系統(tǒng)對(duì)柔性胎架進(jìn)行強(qiáng)度校核，確定胎架螺桿的直徑、布置方案、滾輪的數(shù)量等，優(yōu)化柔性胎架結(jié)構(gòu)。借助Eco MES精度測(cè)量系統(tǒng)完成螺桿高度的自動(dòng)測(cè)量及信息反饋，通過(guò)并比對(duì)實(shí)物胎架的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，及時(shí)快速精確調(diào)整螺桿至合適位置，以適應(yīng)支撐的船舶分段，滿足不同分段的曲度要求。

具體過(guò)程：根據(jù)柔性胎架適配的船舶分段的大小確定螺桿的個(gè)數(shù)、布陣、所需的磁場(chǎng)大??；再通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)控的電磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)磁鐵對(duì)船體外板的吸附，隨著分段的不斷完善，適時(shí)的調(diào)整電磁場(chǎng)；當(dāng)分段完成后，經(jīng)過(guò)軌道拖曳至下一道合攏區(qū)域，此時(shí)關(guān)閉磁場(chǎng)，完成卸載。這種工藝模式打破了原來(lái)的離散式造船，使得造船適當(dāng)流水化。柔性胎架系統(tǒng)的技術(shù)方案如圖2所示。

圖2　柔性胎架系統(tǒng)的技術(shù)方案

2　智能化柔性胎架系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1胎架的數(shù)據(jù)采集

造船精度控制是船舶制造過(guò)程中一項(xiàng)重要的內(nèi)容，應(yīng)用高精度全站儀的測(cè)量系統(tǒng)可為精度控制提供坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集及輔助計(jì)算與分析功能，以達(dá)到提高造船質(zhì)量與效率的目的。Eco MES是一款基于PDA的軟件，它可以和全站儀進(jìn)行連接，將測(cè)量所得的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物胎架的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

胎架的數(shù)據(jù)采集是通過(guò)攜帶Eco MES軟件的PDA與全站儀及附件組成。PDA與全站儀通過(guò)數(shù)據(jù)線或藍(lán)牙等相連，全站儀測(cè)量得到的實(shí)際數(shù)據(jù)直接顯示在PDA上，通過(guò)對(duì)比螺桿高度測(cè)量的實(shí)際數(shù)據(jù)與其分段貼合處理論高度值，正確指導(dǎo)螺桿高度調(diào)整范圍，將原本上胎后才發(fā)現(xiàn)的高度問(wèn)題在分段上胎前得以解決。柔性胎架系統(tǒng)的自動(dòng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)如圖3所示。

圖3　柔性胎架系統(tǒng)的自動(dòng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

2.2胎架的數(shù)據(jù)分析

三維精度管理軟件Eco BLOCK是以三維CAD為基礎(chǔ)，在三維空間與設(shè)計(jì)值對(duì)比，進(jìn)行分析/轉(zhuǎn)換/計(jì)算等作業(yè)，然后進(jìn)行管理、分析生產(chǎn)胎架的精度數(shù)據(jù)，使用繪圖/模板功能制作2D檢測(cè)表格。具體實(shí)施方案如下：

(1)將PDA(Eco MES)上的實(shí)物胎架測(cè)量文件發(fā)送到電腦里(Eco BLOCK)。

(2)讀取胎架設(shè)計(jì)模型文件，生成管理點(diǎn)。

(3)打開(kāi)實(shí)物胎架測(cè)量文件，鏈接測(cè)定點(diǎn)和設(shè)計(jì)點(diǎn)。以胎架某處為基準(zhǔn)，調(diào)整胎架的最優(yōu)狀態(tài)，并確定胎架的精度偏差，使偏差主要集中在Z方向。

(4)最后輸出三維校對(duì)表格，以此為依據(jù)進(jìn)行修正，最大限度減少一道工序的休整量。

原理示意如圖3所示。

2.3胎架與分段的模擬搭載

Eco OTS是一款三維模擬搭載軟件,它對(duì)搭載過(guò)程中可能出現(xiàn)的構(gòu)件干涉/段差不良等問(wèn)題提前進(jìn)行預(yù)測(cè)并處理，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)一次性定位。模擬搭載就是預(yù)先了解要與胎架切合的船體分段精度偏差值及作為基準(zhǔn)的胎架的精度偏差值，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬演示并分析偏差原因，提出有效的修正方案，在平臺(tái)上進(jìn)行切割修正，實(shí)現(xiàn)吊裝過(guò)程在確保精度情況下一次定位。

3　結(jié)語(yǔ)

造船設(shè)備的陳舊一定程度上抑制了現(xiàn)代造船工業(yè)的發(fā)展，本文將自主開(kāi)發(fā)的柔性胎架系統(tǒng)與造船精度控制新技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了造船工裝設(shè)備柔性胎架系統(tǒng)的信息集成，使得胎架系統(tǒng)能夠自動(dòng)精度調(diào)整適應(yīng)不同曲度的分段。該造船技術(shù)將推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級(jí)，對(duì)提高造船精度、降低造船成本、改善工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、緩解我國(guó)的高能耗造船、推動(dòng)綠色造船以及對(duì)貫徹和實(shí)施船舶技術(shù)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化將有深刻的實(shí)際意義。

[1]管官.主船體數(shù)字化設(shè)計(jì)與分段測(cè)量數(shù)據(jù)匹配方法研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2013.

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2016-02-20

江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題“基于TSV-BLS的造船工裝‘柔性胎架’集成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)”(2015KJYB-04)、江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院千帆項(xiàng)目“船舶柴油機(jī)尾氣處理技術(shù)研究”階段性成果之一。

顧永鳳(1981—)，女，碩士，講師，從事數(shù)字化造船方面的教學(xué)與研究。

U671.99

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