船體裝配關(guān)鍵技術(shù)研究

李　濤

（中國船級社實業(yè)公司重慶分公司，重慶 400011）

船體裝配關(guān)鍵技術(shù)研究

李濤

（中國船級社實業(yè)公司重慶分公司，重慶 400011）

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，我國船舶制造行業(yè)進入了新的發(fā)展階段，船體裝配技術(shù)的應(yīng)用更是呈現(xiàn)出了新的特點。船體裝配過程中，構(gòu)件組裝與分段裝配是影響整體工藝水平與效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中涉及的影響因素較多，需要采取系統(tǒng)性的技術(shù)應(yīng)用流程才能保證船體裝配的正常進行。在當(dāng)前的船體裝配過程中，引入數(shù)字信息化的建模、設(shè)計、裝配以及模擬功能，通過仿真系統(tǒng)實現(xiàn)了高效的船體裝配技術(shù)應(yīng)用。本文以船體裝配技術(shù)工藝要點展開論述，探討分析了數(shù)字化平臺上船體裝配關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，旨在提供一定的參考與借鑒。

船體；裝配；設(shè)計；模擬

船舶是一個龐大的系統(tǒng)，在建造過程中需要較多的步驟協(xié)同完成。其中，船舶構(gòu)件裝配作為船舶建造的基礎(chǔ)，基于計算機和信息技術(shù)的裝配仿真技術(shù)在這一環(huán)節(jié)中應(yīng)用較為廣泛。該技術(shù)通過數(shù)字化設(shè)計平臺來構(gòu)建產(chǎn)品模型，對仿真環(huán)境中顯示的產(chǎn)品進行操作和分析，實現(xiàn)裝配過程和測試過程的仿真處理?？梢姡芯糠治龃w裝配工藝，對相應(yīng)的虛擬裝配技術(shù)進行分析研究，對于提升船體裝配技術(shù)應(yīng)用水平具有重要的現(xiàn)實意義。

1.船體裝配的工藝探討

1.1船體裝配基本流程

（1）部件裝配：將標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的船體零件通過焊接組合的方式形成相應(yīng)的組件，完成部件裝配流程。

（2）分段裝配：在完成部件裝配環(huán)節(jié)后，將相應(yīng)部件根據(jù)船體分段結(jié)構(gòu)進行焊接組合，形成分段船體，完成分段裝配流程。

（3）分段總組：在船體分段裝配完成后，根據(jù)曲面分段等標(biāo)準(zhǔn)進行組裝，完成船體主體結(jié)構(gòu)拼裝焊接。

（4）總裝合攏：將船體分段總組部分在船臺進行整體焊接組裝形成完成船體。

其中，船體分段制造方法包含以下幾種：

放射法：首先進行船體縱骨的安裝，然后以縱骨為中心進行船體肋板與間斷桁材的安裝，板材間交叉安裝，最后進行桁材吊中。

插入法：首先進行船體間斷桁材的安裝，然后進行肋板安裝，最后進行桁材吊中，該制造方法適用于橫骨架或中型船。

框架法：根據(jù)船體分段標(biāo)準(zhǔn)進行劃線與鋪板焊接，在船體胎架上進行框架搭建，最終通過分段焊接完成船體裝配。該方法是當(dāng)前船體裝配工藝應(yīng)用較為普遍的形式。

1.2船體裝配分段劃分及編碼方法

船體裝配分段劃分首先應(yīng)滿足裝配工藝可行性標(biāo)準(zhǔn)，按照船體裝配流程與進度進行分段劃分，保證生產(chǎn)的連續(xù)性與各段船體裝配的均衡性。根據(jù)裝配對象船體特征進行分段，保證結(jié)構(gòu)對接強度要求。

具體要求包含以下幾個方面：

（1）船體分段劃分應(yīng)保證相應(yīng)自動化裝配焊接設(shè)備的展開與應(yīng)用。

（2）分段位置應(yīng)保證一定的接縫裕度，控制結(jié)構(gòu)整體合理性，便于進行裝配操作。

（3）分段結(jié)構(gòu)接頭部位形式應(yīng)與裝配工藝相匹配，船體板材與骨架相錯開，間距維持在一檔肋距水平范圍。

（4）船體分段劃分應(yīng)充分考慮鋼材長度與規(guī)格等材料條件，確保同一分段內(nèi)材料的統(tǒng)一性。

1.3船體裝配胎架的劃分

（1）正切胎架。該類型胎架基準(zhǔn)面與船體肋骨剖面相垂直，呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)正切特點。該類型胎架結(jié)構(gòu)簡單，便于制作，能夠充分簡化船體裝配中的劃線、安裝、檢測等多個環(huán)節(jié)的操作，在部分線形較小船體裝配中較為適用。

（2）單斜切胎架。該類型胎架基準(zhǔn)面與船體肋骨剖面相垂直，同時與船體基面成一傾角，呈現(xiàn)斜切特征。該類型胎架便于制作，以斜板為基準(zhǔn)側(cè)造易于操作。

（3）正斜切胎架。該類型胎架基準(zhǔn)面與船體基線面相垂直，同時與肋骨剖面成一個傾角，適用于首尾部較大分段船體裝配。

（4）雙斜切胎架。該類型胎架與船體基準(zhǔn)面成一傾角，且不垂直肋骨剖面。這種胎架形式能夠有效降低胎架高度，但制造、劃線、安裝等操作環(huán)節(jié)復(fù)雜，適用于線型變化較大的舷側(cè)分段船體。

2.船體裝配模型應(yīng)用分析

2.1分段構(gòu)件模型的建立

在船體裝配分段構(gòu)件模型建立過程中，相關(guān)構(gòu)件主要分為與船體曲面形狀相關(guān)和不相關(guān)兩類。就與船體曲面形狀相關(guān)的構(gòu)件而言，模型構(gòu)建的主要對象為肋骨、肋板等，需要結(jié)合船體整體曲面設(shè)計需求進行模型建立。該類構(gòu)件模型的建立通常借助相關(guān)船體設(shè)計數(shù)據(jù)庫展開，由數(shù)據(jù)庫內(nèi)部構(gòu)件編號進行船體曲面形狀設(shè)計判斷，在相關(guān)的情況下，可通過數(shù)據(jù)庫打開曲面文件顯示構(gòu)件和船體的放樣剖面，從而進行構(gòu)件與船體交線的計算，以此獲得構(gòu)件輪廓模型。相關(guān)腳線長度信息可作為焊接裝配參數(shù)使用。在獲得構(gòu)件輪廓交線后，在線形位置添加相關(guān)控制點，對構(gòu)件曲面擬合度進行控制，相應(yīng)控制點坐標(biāo)即為模型內(nèi)部排序條件，再以此為基礎(chǔ)創(chuàng)建文件，通過坐標(biāo)信息完成模型構(gòu)建。

2.2分段模型的裝配設(shè)計

分段裝配模型設(shè)計主要是對上述模型內(nèi)部參數(shù)的調(diào)整與修改。模型文件內(nèi)部裝配模塊通過參數(shù)的調(diào)整實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)的優(yōu)化，將各構(gòu)件模型按照分段裝配要求進行組裝，按照順序形成較大模塊，進而實現(xiàn)分段裝配、分段總組、總裝合攏等操作，最終形成整船模型。分段模型裝配設(shè)計過程中，相關(guān)構(gòu)件的裝配信息為參數(shù)化編號，可采用構(gòu)件裝配、分組裝配和分段裝配等形式進行設(shè)計驗證。設(shè)計人員在進行裝配設(shè)計的過程中可以選擇單個構(gòu)件進行瀏覽，也可以選擇一組構(gòu)件進行裝配，裝配時出現(xiàn)重疊情況會顯示紅色，點擊干涉檢查后會列出相應(yīng)構(gòu)件信息。裝配后的配合關(guān)系被分成組放入名為“配合”的配合組中，裝配后的信息被保存在裝配表中，模型被保存為裝配體。

2.3分段裝配模型的管理

船體分段模型管理是保證整體設(shè)計合理性與構(gòu)件擬合度的關(guān)鍵，同時也是保證設(shè)計過程標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范性的重要基礎(chǔ)。在進行模型修改的過程中，其他相關(guān)構(gòu)件的修改可根據(jù)相關(guān)性進行方便改動，如艙壁和艙壁上的縱骨的修改。對應(yīng)構(gòu)件的關(guān)聯(lián)修改只需修改主構(gòu)件的設(shè)計參數(shù)便可完成，設(shè)計系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián)修改模塊將自動完成配合性的修改匹配，設(shè)計人員進行設(shè)計刷新后便可獲得新的模型設(shè)計方案。裝配體采用樹狀結(jié)構(gòu)來記錄裝配過程中的構(gòu)件特征及與之相關(guān)的特征，將各種參數(shù)保存在數(shù)據(jù)庫中，可輸出所建構(gòu)件的生產(chǎn)信息及主要設(shè)計參數(shù)。

2.4分段裝配順序顯示

分段裝配順序的顯示對于裝配操作的順利進行有著關(guān)鍵的影響，同時對于船體裝配成本與效率有著決定性的影響。當(dāng)前，分段裝配顯示主要依托于CAD設(shè)計軟件內(nèi)部的計算程序來實現(xiàn)，對于多步驟裝配操作進行合理地顯示。同時，船體裝配設(shè)計參數(shù)與信息在虛擬裝配平臺內(nèi)部能夠?qū)ρb配顯示進行一定的規(guī)范，從而對裝配流程的合理性進行檢驗。在相關(guān)裝配步驟間存在干擾的情況下，系統(tǒng)能夠進行提示，提醒設(shè)計人員進行裝配順序修改，直至形成完整合理的裝配流程。在此過程中，設(shè)計人員能夠?qū)ρb配方案進行全過程模擬演示，通過碰撞檢測可以發(fā)現(xiàn)構(gòu)件重疊的地方。

3.船體裝配檢驗與優(yōu)化研究

3.1工藝標(biāo)準(zhǔn)檢驗

船體裝配工藝應(yīng)滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）船體中心線位置對稱構(gòu)件應(yīng)與鋼板厚度中間值相同，如中底桁、甲板中桁材等。

（2）封閉型對稱型材裝配應(yīng)與所在結(jié)構(gòu)對稱軸相一致，如組合型材和軋制型材等。

（3）船體艙口圍板、主機基座等位置桁材裝配應(yīng)與自身中心線相吻合，位于船體中心線外側(cè)的結(jié)構(gòu)應(yīng)靠近自身中心線一側(cè)。

（4）邊水艙縱艙壁板取背中心線，邊水艙的縱艙壁板及頂邊水艙的斜傍板以背離中心線的一邊為理論線。

3.2運行模擬檢驗

船體裝配后的模擬運行是檢驗其裝配質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。具體是，將裝配后的船體通過軟件模擬其實際運行，通過運行過程對其實際使用效果進行檢驗，從而發(fā)現(xiàn)質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)或裝配不合理的地方，從而根據(jù)模擬結(jié)果對模型設(shè)計以及裝配進行調(diào)整，實現(xiàn)相關(guān)模型的修成與裝配優(yōu)化。當(dāng)前借助軟件平臺進行的船體裝配運行模擬，通常采用逐次約束與條件作用相配合的形式進行，單次運行模擬結(jié)果并非最優(yōu)結(jié)果，需要進行多次的調(diào)整與優(yōu)化并借助多次仿真模擬才能充分體現(xiàn)船體在實際水域中的運行狀態(tài)。另外，優(yōu)化后的造船生產(chǎn)作業(yè)流程也不是一成不變的，需要在應(yīng)用過程中經(jīng)過反復(fù)修正并通過實踐檢驗后，才能更好地加以實踐應(yīng)用。

結(jié)語

綜上所述，本文針對目前所使用的虛擬分段裝配相關(guān)內(nèi)容進行了研究，對船舶制造過程中結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)件進行了分析，并針對分段裝配中模型的管理、信息的管理等內(nèi)容進行了論述。本文詳細分析了船舶分段裝配首先需要將虛擬裝配信息存入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中，并驗證可能生成的裝配路徑、順序，繼而對裝配路徑、信息進行規(guī)劃，從而實現(xiàn)虛擬干涉檢查以及裝配，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，為船舶數(shù)據(jù)產(chǎn)品模型的信息化集成設(shè)計與管理奠定了基礎(chǔ)。

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