六點定位原理在船舶分段定位中的應用

陳健恒 孫德一

摘 要：本文結合船舶分段類型及定位特點，按照六點定位理論依次定位面、線、點快速約束立體剛體空間自由度的思路，闡述船舶分段的數據處理方法、分段定位流程以及精度控制要領，旨在通過合理運用六點定位理論，完善定位工藝，提高分段定位的效率。

關鍵詞：六點定位 三基面 船舶分段

1.前言

眾所周知，公差與配合是機械制造中的一項重要技術，而船舶分段快速定位也一直是船廠提升效率、縮短吊裝周期的重要課題。船舶分段一般長則十幾米，重則幾百噸，合攏時需要定位至幾毫米的公差范圍以內，難度非常大。目前船舶分段定位技術相對成熟，但在效率方面還有更大提升空間。本文結合廣泛應用于機械制造中的六點定位原理闡述船舶分段定位的優先原則，從而減少無效作業，實現快速搭載。

2.六點定位原理

分段為立體剛體，在空間直角坐標系中，有六個自由度，分別為X、Y、Z軸方向的移動，繞X、Y、Z軸方向的轉動，定位即限制自由度。六點定位理論提出用六個合理分布的支承點即可限制該六個自由度。船舶分段定位同樣運用三基面體系，原理相同，手段卻稍有區別。定位一般采用測量控制局部點線面坐標數據來約束自由度，具體用圖示說明（見圖1）：K1、K2、K3三個點確定主定位面A，限制X、Y方向的旋轉自由度和Z方向的移動自由度； K4、K5兩個點確定定位線B，限制Y方向的移動自由度和Z方向的旋轉自由度； K6點確定定位點C，限制X方向的移動自由度。

目前分段普遍采用全站儀進行測量定位，理論上，確定不在一條直線上的三個點即可確定立體狀態。理論上可行，但實際上分段存在變形及建造偏差，僅僅以三個點來定位將會有較大誤差。傳統的三基面（中線面、基線面、中站面）定位采取“過定位”的方式，且對定位基面的主次順序未做明確要求。這就需要經驗豐富的定位人員進行判斷，避免以短定長，反復調整等問題。

六點定位遵循依次約束面、線、點的思路，最簡單有效地限制自由度，有利于快速定位。至于如何合理分配公差，則可在六點的基礎上，補充相應校核點，局部微調分段位置。

3.數據處理方法

全站儀對分段進行全方位三維測量后，其數據導入數據處理系統，與理論數據模型進行匹配擬合，用于分析分段精度狀況和模擬搭載。這就涉及到如何選取基準匹配的問題，完全可遵循六點定位原理進行處理。

船體設計建模已建立坐標系，其中X軸正向指向船艏，Y軸正向指向左舷，Z軸正向指向平臺往上，坐標原點在FR0與船體中心線及基線的交點。

分段從設計、制作、合攏、檢驗，全部遵循該坐標系，并體現在分段基準線上，即船體中心線（縱剖線）、肋檢線、水線。數據處理選取的基準點應盡量相同，便于現場操作。

水平基準（即面基準）：一般首先用三個點來調平分段的整體狀態，這三個點就是水平基準點。

角尺基準（即定向基準）：一個分段的水平基準確定后，即限制了X、Y兩個軸向上的旋轉，但要約束在Z軸的旋轉還須至少在XOY面確定一條線的方向，而這條線一般取分段上的縱橫基準線（即肋檢線或中心線、縱剖線）。

角尺基準主要應參照該分段的三線基準，其次可參照大板的板邊平齊度，二者結合定向。

“0”基準：一個分段的水平基準和角尺基準確定后，約束了分段三個方向的旋轉自由度，但對分段在X、Y、Z三個方向的移動自由度仍沒有約束，因此需要在坐標系里確定三個方向的“0”基準，一般情況下三個方向上的“0”基準不能取同一點。Z方向0基準以現場體態情況作參考，X方向0基準以肋檢線或肋位等橫向結構為參考，Y方向0基準則以縱剖線或縱向結構為參考。

4.分段定位流程

4.1建立定位基準坐標系

分段定位實際上是在構造的坐標系里分別將分段按原建模坐標進行重組。

在船塢地面分別劃出船體中心線、縱剖線、肋檢線、高度基準線，建立分段定位基準坐標系。

將分段吊裝到達定位坐標系預定位置，然后進行定位。下面以雙層底分段為例進行說明。

4.2確定主定位面

通常的做法是先測量分段水平和高度（約束X、Y兩個軸向的轉動、約束Z向移動）。從分段類型來看，雙層底分段長寬尺寸遠大于其高度，確定水平和高度后，后續若進行位置微調，對水平數據的影響也將較小。從施工角度來看，定水平是最易操作的，龍門吊或液壓定位小車方便調整水平，測水平的工具也簡便多樣，水平管、經緯儀均可。因此定水平和高度是分段定位確定主定位面的首選。

由于分段建造難免出現精度偏差，比如中拱、局部平面度差等，往往會增加至6個測量點，并選取強結構位置測量，保證數據最能反映分段的水平狀態。

4.3確定定位線

定中心線（約束Z軸向的轉動和Y向的移動），對正首尾中心線。雙層底分段一般反造，并以內底板中心線為基準。因此定中心線時也應以內底板中心線為基準吊垂線對正地面中心線，同時校核外底板中心線的偏差。如果外底中心線偏差較大（標準≤3mm），那么則需要分段繞X軸稍微轉動調整。此時將影響已確定的定位面數據，由于高度遠小于寬度，對其影響也將較小（水平偏差標準≤8mm），保證公差分配合理。

4.4確定定位點

定肋檢線（約束X向的移動），同樣，從內底板肋檢線吊垂線對正地面肋檢線，校核外底板肋檢線偏差，若偏差較大可適當繞Y軸微調。

分段類型不同，上述面線點的選擇會有所不同。可按以下基本原則進行判斷：

（1）主定位面一般選擇最大或最重要的平面，或者分段建造基面，定位線則選擇分段基準線。

（2）先定最利于調整或者測量的面，可利用與相鄰分段的相關數據進行約束。

（3）公差范圍大的數據可先粗定，避免后續位置微調時影響到先定位的數據，反復調整。

5.精度控制要領

船舶分段具有一定的特殊性，本身在建造過程中存在尺寸偏差、變形、扭曲等，因此分段在定位時不但要確定其位置，還要將分段精度偏差適當通過定位來彌補，盡可能減少修整工作量。

由于分/總段類型非常復雜，且形式多樣，本文中僅就“13000噸雙相不銹鋼化學品船”幾個典型分段定位的精度控制要領進行簡要說明。

底部段：底部段是確定全船主尺度的基礎，也是其他段定位參考的基準。底部段側重于中心線和角尺（指端面平齊度）。一般先定水平面，對中心線，視肋檢線和合攏口焊接間隙，調整分段前后位置，若上下角尺偏差則微調分段水平。

艙壁段：若按主定位面選擇最大平面的原則，則應先測艙壁垂直度，但這不利于測量和調整，上端為軟檔，就定位而言公差范圍較大。因此可先對正肋位結構，由于是小平面定位，其誤差對長軸影響較大，因此需要最后復核垂直度。對正肋位結構后，定船體中心線（包括艙壁上口，然后確定高度。從調整順序來講，高度可以先粗定，因為吊機無法微調高度，否則最后高度值調整較大時將影響中心線等數據。

舷側段：側重于半寬值，分段下口與底部段對接，實際約束下口左右方向移動，可先測量分段上口半寬值，以舷側外板面（分段建造基面）為主定位面。其次測量高度值，以水線為定位線，考慮到水線測量的難度，可測后合攏口甲板高度，而前合攏口靠相鄰分段數據限制高度，此時應清楚已搭載分段的高度偏差，合理調整避免產生累積誤差。校核甲板水平（一般有梁拱，精度難保證，數據可作參考）。根據肋檢線定前后位置，結合肋位結構對正情況和合攏口間隙進行調整。

甲板段：甲板段與雙層底段定位類似。

機艙段：半立體分段長寬高尺寸相當，一般以平臺為主定位面測水平及高度，帶主機座的分段則可先粗定平臺面，再補充測量主機座水平。然后定中心線或縱剖線，最后定前后位置。

首尾段：以艙壁為基面建造的首尾段，建議先測壁板垂直度和平臺高度，如果考慮測量方便，也可先測水平，再定中心線（軸舵系分段還需測軸舵線），然后定前后位置。

以上主要針對分段初定位，至于復位則更簡單點，以合攏口為約束快速定位，針對性地復核數據再局部微調即可。在此不贅述。

6.總結

六點定位原理普遍適用于船舶各類型分段的定位，但應結合分段類型及定位特點做出主次選擇，方可實現快速定位和其精度控制的要求。

參考文獻：

[1]王志玲.三基面體系與六點定位規則[J]，江蘇機械.1988.