關(guān)于取樣管快速測(cè)量出圖裝置的應(yīng)用研究

魏永法，鄧志慶，汪家政

（舟山長(zhǎng)宏國(guó)際船舶修造有限公司，浙江舟山 316000）

關(guān)于取樣管快速測(cè)量出圖裝置的應(yīng)用研究

魏永法，鄧志慶，汪家政

（舟山長(zhǎng)宏國(guó)際船舶修造有限公司，浙江舟山 316000）

管舾裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于考慮到分段合攏、設(shè)備定位、預(yù)裝管本身制作安裝等方面精度原因，需要設(shè)置現(xiàn)校管。為加快推進(jìn)現(xiàn)代數(shù)字化造船模式，盡可能消除現(xiàn)場(chǎng)校管，實(shí)現(xiàn)無(wú)余量造船，節(jié)約造船成本，引進(jìn)了上海船舶工藝研究所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的取樣管快速測(cè)量出圖裝置。

分段合攏；設(shè)備定位；現(xiàn)校管；現(xiàn)代造船模式；快速測(cè)量；船舶修理

0 引言

當(dāng)今船舶行業(yè)的發(fā)展方向是信息化，其主要的表現(xiàn)形式是數(shù)字化。在全面使用三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的背景下，多數(shù)物量及加工信息都了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，可直接進(jìn)行數(shù)控加工，數(shù)控加工的零件成型好、精度高。然而在管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，由于船體結(jié)構(gòu)制作裝配和合攏、設(shè)備的制作安裝、管子的制造、安裝尺寸都存在允許誤差，這些誤差積累起來(lái)，導(dǎo)致管系與管系、管系與設(shè)備之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)余量連接，為此在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中設(shè)置了調(diào)整管。但是當(dāng)不可控因素過(guò)多時(shí)，調(diào)整管也無(wú)法滿足，所以由現(xiàn)場(chǎng)制作一段嵌補(bǔ)管或封閉管作為補(bǔ)償。嵌補(bǔ)管和封閉管的取樣，可在現(xiàn)場(chǎng)制作樣棒或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪管子零件圖，彎好管子再現(xiàn)場(chǎng)校管；也可以在船上定制樣板，使校管工作在內(nèi)場(chǎng)完成[1]。這類嵌補(bǔ)管或封閉管被稱為現(xiàn)校管、合攏管、現(xiàn)場(chǎng)取樣管。

1 船舶管系嵌補(bǔ)管、封閉管發(fā)展歷程

管系安裝最初是從上船逐根取樣、內(nèi)場(chǎng)制造、上船安裝，到設(shè)計(jì)放樣、內(nèi)場(chǎng)預(yù)制、單件成品上船安裝，發(fā)展到分段預(yù)舾裝、單元模塊組裝、盆舾裝等形式，使大量管系安裝工作和船體建造平行作業(yè)，大量的外場(chǎng)安裝作業(yè)轉(zhuǎn)移到內(nèi)場(chǎng)施工[1]，大大加快了數(shù)字化造船進(jìn)程。但是嵌補(bǔ)管、封閉管的制作安裝還是處于相對(duì)落后的層次，一直以來(lái)都是設(shè)計(jì)人員努力攻關(guān)的重點(diǎn)。

1）逐根上船取樣作業(yè)。通常是由有經(jīng)驗(yàn)的管工師傅到現(xiàn)場(chǎng)用樣棒采樣，并依據(jù)獲得的管形數(shù)據(jù)在車間內(nèi)場(chǎng)進(jìn)行彎管、焊接等工序，然后將加工的彎管拿到船上進(jìn)行試裝并點(diǎn)焊裝配法蘭，再到車間焊接，最后運(yùn)送到船上安裝，完成管系作業(yè)[2]。樣棒取樣存在物資運(yùn)輸和勞動(dòng)力浪費(fèi)，人工計(jì)算不準(zhǔn)確及交叉立體作業(yè)危險(xiǎn)性高等缺點(diǎn)。

2）樣桿取樣數(shù)據(jù)化。使用電子全站儀的坐標(biāo)測(cè)量功能對(duì)船舶管子樣桿進(jìn)行測(cè)量、獲取管形的工藝方法，并配套開(kāi)發(fā)了船舶管子樣桿光測(cè)計(jì)算系統(tǒng)軟件；根據(jù)電子全站儀測(cè)量的數(shù)據(jù)，使用該軟件進(jìn)行計(jì)算，得到該樣桿的管形數(shù)據(jù)，為管子加工提供數(shù)學(xué)依據(jù)[3]。車間內(nèi)場(chǎng)只需按照數(shù)據(jù)彎管、焊接等工序后，上船現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整法蘭轉(zhuǎn)角后焊接法蘭，經(jīng)過(guò)表面處理，最后上船安裝。該工藝方法主要避免樣桿在運(yùn)輸過(guò)程中的變形，保證取樣數(shù)據(jù)的精度，在一定程度上也減少了來(lái)回裝運(yùn)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使取樣管零件化。隨著船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)的逐漸成熟，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的深入，各專業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì)，將實(shí)船以數(shù)字模型的形式展現(xiàn)，精度越來(lái)越高。我公司已經(jīng)在圖紙中實(shí)現(xiàn)將管口與管口、管口與設(shè)備接口進(jìn)行無(wú)縫連接，將連接的那根管件按照調(diào)整管出圖（圖面上注明管件兩端法蘭點(diǎn)焊，并且兩端各留約50 mm的余量）；車間內(nèi)場(chǎng)按照?qǐng)D紙制作留足余量，管件上的所有連接附件點(diǎn)焊，包括彎頭、異徑接頭等附件（如圖1）；外場(chǎng)管工領(lǐng)取調(diào)整管，上船現(xiàn)場(chǎng)校管、附件定位焊接、修割余量后送回內(nèi)場(chǎng)；車間內(nèi)場(chǎng)完成焊接，表面處理后交由外場(chǎng)上船安裝。

但是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的合攏管基本為直管，而隨著安裝進(jìn)程加深，積累誤差會(huì)越來(lái)越大。有的是合攏處上下左右存在的誤差稱為軸向偏差，有的是法蘭安裝存在角度稱為曲折偏差。在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定允許軸向偏差在1.5 mm內(nèi)，曲折偏差在3 mm內(nèi)，如圖2所示[4]，部分誤差積累過(guò)多的管段，必定導(dǎo)致該部分直管不能直接取用，還需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際偏差，增加彎頭等部件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校管。有些合攏管可能直接報(bào)廢，需要現(xiàn)場(chǎng)重新取樣，制作該合攏管。相對(duì)于前述兩種工藝，該工藝緩解了過(guò)去繁瑣的現(xiàn)場(chǎng)取樣工作，工時(shí)及材料浪費(fèi)都有所減少，這也是現(xiàn)今主流的工藝方法。

圖1　現(xiàn)校管實(shí)例

圖2　允許尺寸偏差（mm）

2 取樣管快速測(cè)量出圖裝置的應(yīng)用

取樣管快速測(cè)量出圖裝置的應(yīng)用使取樣管成品化。由上海船舶工藝研究所提出的一種測(cè)量裝置，該裝置可以快速測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)取樣管法蘭的空間相對(duì)位置及法蘭轉(zhuǎn)角等數(shù)據(jù)，并提供現(xiàn)場(chǎng)取樣管的三維模型以及配套的加工示意圖。使取樣管成品化，作業(yè)環(huán)境得以改善，安裝工人的勞動(dòng)強(qiáng)度得以降低，碼頭和車間的往返次數(shù)得以減少，工作效率得以提高；有效地對(duì)舾裝質(zhì)量進(jìn)行控制，作業(yè)的安全也得到保障[5]。

該裝置包括測(cè)量底座、拉線位移傳感器、PDA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和配套的軟件。測(cè)量底座固定在第一待合攏管法蘭端面上，拉線位移傳感器固定在測(cè)量底座上，由線頭卡爪將線頭取三點(diǎn)固定于第二待合攏管法蘭端面上。分別利用位移傳感器拉線測(cè)量第二待合攏管法蘭端面三個(gè)固定點(diǎn)（如圖3所示），通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入配套的軟件，最終通過(guò)相關(guān)軟件計(jì)算后生成模型并出圖。

2.1 前期準(zhǔn)備工作

為減少用戶在現(xiàn)場(chǎng)的輸入工作，進(jìn)行管子測(cè)量前用戶可按以下程序操作：

圖3　測(cè)量裝置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量實(shí)例

1）預(yù)先將需要測(cè)量的管子名、外徑、壁厚、材料、首端連接件、末端連接件、首連接號(hào)、末連接號(hào)管子信息輸入《數(shù)據(jù)格式表》，其中首、末連接號(hào)可以空白，如填寫在船上測(cè)量時(shí)，測(cè)量裝置必須固定在相應(yīng)的首端。

2）將文件另存為.csv，以其他文件名保存。再用寫字板格式打開(kāi)保存的CSV文件，另存為txt格式文本文檔。

3）將txt文件拷貝至PDA的[D35Flash][法蘭測(cè)量程序]或[Flanmeas][Data]文件夾里。

4）測(cè)量時(shí)可直接打開(kāi)相應(yīng)的txt文件，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.2 測(cè)量工作

1）將測(cè)量裝置固定于管子任意端（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整）。在另一端法蘭上同時(shí)安裝三個(gè)法蘭轉(zhuǎn)接塊和緊固螺母。

2）拉線前套上手腕口。依次拉線確認(rèn)，記錄儲(chǔ)存相應(yīng)數(shù)據(jù)。

2.3 計(jì)算出圖工作

1）導(dǎo)出PDA在[D35Flash][法蘭測(cè)量程序]或[Flanmeas][Data]文件夾里相應(yīng)的文本文檔至用戶終端。

2）在D:foldpipefoldpipestandard_p.mdp數(shù)據(jù)庫(kù)中，添加、修改相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)（SYS、PSTAD等信息）。

3）打開(kāi)AutoCAD 2010，輸入netload命令，加載D:foldpipefoldpipe（總程序）FoldpipeinRelease內(nèi)Foldpipe.dll，見(jiàn)圖4。

4）導(dǎo)入3.4.1導(dǎo)出的文本文檔，保存后計(jì)算、出圖，見(jiàn)圖5。

3 優(yōu)點(diǎn)分析

1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)蓚€(gè)法蘭之間空間距離，配套移動(dòng)終端同時(shí)自動(dòng)存儲(chǔ)分析測(cè)量數(shù)據(jù)。

圖4　管路計(jì)算實(shí)例

圖5　數(shù)據(jù)處理流程

2）快速生成管子三維模型及管子加工圖，還可以根據(jù)特殊需求調(diào)整管線走向。

3）靈活。整體重量?jī)H為6 kg，一個(gè)人即可完成測(cè)量工作，適合于各種現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。

4）快捷。采取三點(diǎn)測(cè)量法，每根管子測(cè)量?jī)H需3 min；移動(dòng)終端信息導(dǎo)入設(shè)備配套軟件系統(tǒng)，軟件自動(dòng)生成管件制作小票，完成管件生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙，平均單根管子數(shù)據(jù)處理到生成圖形僅需2 min。

5）精確。繪制的管子加工數(shù)據(jù)長(zhǎng)度精確到±1 mm/m，角度精確到±0.1°，車間按照?qǐng)D紙進(jìn)行無(wú)余量加工、表面處理，船上可以直接安裝，避免調(diào)整管的設(shè)置。按照生成的圖紙信息和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)加工的管子，滿足造船質(zhì)量和生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求[4]。

6）船上校管改成內(nèi)場(chǎng)校管，改善工人作業(yè)環(huán)境，同時(shí)有效減少來(lái)回轉(zhuǎn)運(yùn)工時(shí)損耗，直接節(jié)約造船成本。

7）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，可為后續(xù)系列船提供精度控制參考。

4 結(jié)論

該裝置可以快速測(cè)量待聯(lián)接法蘭的空間相對(duì)位置，并提供嵌補(bǔ)管的三位模型以及配套的加工示意圖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操作方便靈活、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確且能夠自動(dòng)出圖。實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化測(cè)量與數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的有效銜接，克服了現(xiàn)有的嵌補(bǔ)管人工現(xiàn)場(chǎng)取樣、經(jīng)驗(yàn)制管、現(xiàn)場(chǎng)試裝的低效模式。由于采用數(shù)字化測(cè)量和數(shù)字化設(shè)計(jì)制造，因此大大提高了制造精度和成品率，從而縮短了制造周期，節(jié)約制造成本[5]。特別是用于船舶修理中管道更換和維修，將大大的縮短修理周期，提高修理質(zhì)量。然而目前該裝置只能適用法蘭連接件且不帶支管的嵌補(bǔ)管，還需要繼續(xù)改進(jìn)。

[1]陳寧.計(jì)算機(jī)輔助船舶舾裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2006.

[2]胡勇,劉光武,王呈方.船舶嵌補(bǔ)管測(cè)量制造系統(tǒng)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2005,29(1):8-11.

[3]胡勇,劉光武,王呈方.船舶制造中現(xiàn)場(chǎng)取樣管人工樣桿的數(shù)字化[J].船海工程,2004,(6):36-38.

[4]CB/T 4000-2005.中國(guó)造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].2005.

[5]中國(guó)船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)(輪機(jī)分冊(cè))[S].北京:國(guó)防大學(xué)出版社,1997.

Study on Application of Quick Measuring Device of Sampling Pipe

Wei Yong-fa,Deng Zhi-qing,Wang Jia-zheng

(Zhoushan Changhong International Shipbuilding Co.Ltd.,Zhejiang Zhoushan 316000,China)

During the production design of pipe outfitting,in consideration of the precision of block erection,equipment location and fabrication and installation of pre-pipe,the on-site adjustment pipe is necessary.In order to accelerate the development of modern digital shipbuilding mode,the on-site adjustment pipe should be eliminated as far as possible to achieve no margin shipbuilding and save the cost of shipbuilding.The quick measuring device of the sampling tube which is designed and developed by Shanghai Ship Technology Research Institute is introduced.

block erection; equipment location; on-site adjustment pipe; modern shipbuilding mode; quick measuring; ship repairing

為：U662.2

A DOI：10.14141/j.31-1981.2016.05.010

魏永法（1987—），男，工程師，研究方向：船舶管系深化設(shè)計(jì)。