船舶精度控制在實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用與研究

喻霽

摘要：船舶精度控制能夠提高船舶建造質(zhì)量，提高建造效率，并有效降低成本。船舶精度控制技術(shù)已成為現(xiàn)代化船廠不可或缺的技術(shù)之一。通過有效的實(shí)訓(xùn)教學(xué)培養(yǎng)船舶專業(yè)學(xué)生的精度控制技能，是值得探索和分析的。

關(guān)鍵詞：船舶精度控制;全站儀;ACDC

Abstract： Ship accuracy control can improve the quality of shipbuilding， improve construction efficiency， and reduce costs. Ship accuracy control technology has become an indispensable technology in modern shipyard. It is worth exploring and researching to develop the accuracy control skill of ship majors through effective training.

Key words： ship accuracy control;total station;ACDC

0? 引言

隨著船舶的規(guī)模越來越大，對船舶建造精度的要求也越來越高，如果在分段建造時的誤差無法得到及時修正，那么在總段合攏時，可能會出現(xiàn)較大偏差而無法順利進(jìn)行分段對接，如果在起吊后再進(jìn)行調(diào)整，既影響進(jìn)度，又要花費(fèi)大量人力財力。所以大量船廠都引入了基于全站儀和計算機(jī)三維分析軟件的精度控制方法[1]，使得精度控制能在分段起吊之前進(jìn)行，以此為基礎(chǔ)，對全船的質(zhì)量進(jìn)行精度管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速裝配，船塢模擬搭載等先進(jìn)的生產(chǎn)模式。如今大型船廠都設(shè)有專門的精度管理部門，需要大量的精度控制技能人才。

對于船舶工程技術(shù)專業(yè)的學(xué)生來說，掌握精度控制的技能十分符合市場需求。而傳統(tǒng)的精度實(shí)訓(xùn)大多以理論講解和視頻觀摩為主，效果不佳。在國內(nèi)，僅有江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院[2]等少數(shù)院校采用了全站儀及配套分析軟件進(jìn)行教學(xué)。而在2016年，武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院精度控制實(shí)訓(xùn)中心正式完工并投入使用，該中心采用與主流船廠同樣先進(jìn)的設(shè)備及軟件用于教學(xué)，作為第一批參與該實(shí)訓(xùn)教學(xué)的教師，筆者認(rèn)為該實(shí)訓(xùn)對船舶專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)具有重要意義，十分值得推廣和分析。

1? 船舶精度控制測量流程

船舶精度控制實(shí)訓(xùn)的測量對象為集裝箱船局部分段模型，如圖1所示。采用全站儀進(jìn)行測量。采集數(shù)據(jù)后，通過分析軟件ACDC進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。教師全程示范，學(xué)生按5到8人一組進(jìn)行測量，記錄數(shù)據(jù)，用于之后在電腦上的數(shù)據(jù)分析使用。

1.1 數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)備工作? 測量的主要工具是全站儀，在進(jìn)行測量之前，首先需要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)對儀器的保護(hù)問題，同時由于設(shè)備有限，需要分組依次進(jìn)行。在選擇全站儀位置時，盡量選擇視野較好，光線較佳的點(diǎn)，同時注意支架不能隨意滑動，然后進(jìn)行調(diào)平工作，調(diào)平與否直接決定了后面采集的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，是測量的重點(diǎn)之一。

調(diào)平先通過移動支架的腳進(jìn)行粗調(diào)，使得調(diào)準(zhǔn)氣泡大致在中心，然后通過調(diào)整腳螺旋和微調(diào)手輪來進(jìn)行微調(diào)。由于實(shí)訓(xùn)采用的全站儀集成了PDA的功能，十分方便，可以直接通過內(nèi)置的操作屏進(jìn)行電子調(diào)平。

從學(xué)生實(shí)踐的情況看，該步驟完成較好，但調(diào)準(zhǔn)的時間差距不小，若能掌握老師教的一些技巧，相信能夠?qū)σ院蟮墓ぷ饔忻黠@幫助。

在進(jìn)行測量時，需要使用反射片作為標(biāo)靶來定位測量點(diǎn)，實(shí)訓(xùn)主要使用半反射片和帶支座的全反射片兩種，如圖1所示，根據(jù)待測量點(diǎn)的位置特點(diǎn)來設(shè)置。

1.2 確定坐標(biāo)系? 測量之前需要確定坐標(biāo)系，確定坐標(biāo)系有很多方法，比較常用的是先確定X軸（第1-2點(diǎn)）和Y軸（第3點(diǎn)），具體方法是：第一測定點(diǎn)為原點(diǎn)，第二測定點(diǎn)與第一測定點(diǎn)的連線為X軸（YZ平面確定），第三測定點(diǎn)與第一測定點(diǎn)的連線為Y軸（如該連線不在YZ平面上，則該連線在YZ平面上的投影為Y軸）。其后所測定的點(diǎn)將自動按照先前生成的坐標(biāo)系顯示坐標(biāo)。

在這個階段，因?yàn)榇_定坐標(biāo)系的方法有很多種，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，一般能掌握一到兩種方式，對于引用投影的方法理解起來有些困難，所以建議主要學(xué)習(xí)以上方法，其他方法作為擴(kuò)展內(nèi)容。

1.3 搬站? 由于在測量的過程中，全站儀只能看到待測結(jié)構(gòu)的一部分，所以需要將全站儀移動到另一側(cè)，完成剩下來的測量，如圖2所示，而此時需要將坐標(biāo)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使用統(tǒng)一的絕對坐標(biāo)系。這個轉(zhuǎn)換的過程稱為搬站。在正式的建造過程中，根據(jù)船舶的規(guī)模，往往需要進(jìn)行多次搬站，才能測量出所有點(diǎn)的位置。

搬站作為測量任務(wù)的一個難點(diǎn)，是實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要反復(fù)強(qiáng)調(diào)的部分，有以下要點(diǎn)：一是每次搬站后需要重新調(diào)整全站儀水平，這點(diǎn)學(xué)生很容易遺忘;二是作為標(biāo)靶的反射片在搬站前后不能移動，都能被全站儀看到，與其夾角要在60度到120度之間;三是搬站后誤差要小于0.5mm，否則需要重測;四是平地上常用兩點(diǎn)搬站，在晃動的環(huán)境下，如船上，則需要三點(diǎn)搬站，這也是需要學(xué)生了解的。搬站完成后，才能正式進(jìn)行測量工作。

1.4 測量數(shù)據(jù)采集? 在以上步驟順利完成之后，就可以進(jìn)行測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，這部分反而難度不大，由于全站儀集成了許多簡單的數(shù)據(jù)處理的功能，在實(shí)訓(xùn)的過程當(dāng)中可以讓學(xué)生邊操作邊體會。

2? 測量結(jié)果分析與精度控制

收集完測量數(shù)據(jù)之后，就可以讓學(xué)生進(jìn)行上機(jī)分析，用于全站儀配套的ACDC軟件進(jìn)行精度分析，并編寫施工方案。以學(xué)生實(shí)際任務(wù)的完成度及提交方案的合理性來給定最終成績。

2.1 導(dǎo)入設(shè)計模型數(shù)據(jù)? 精度控制需要將設(shè)計圖中關(guān)鍵點(diǎn)的理論位置與實(shí)際測量點(diǎn)的實(shí)際位置進(jìn)行比較，所以首先通過ACDC軟件導(dǎo)入圖紙的數(shù)據(jù)，格式為dxf，可以由CAD軟件得到。

2.2 生成管理點(diǎn)? 在模型中，將測量點(diǎn)的位置標(biāo)示出來，生成管理點(diǎn)，一般多是頂點(diǎn)，線和面，線和線的交點(diǎn)。這一步驟難度不大，但需要足夠細(xì)心，否則會影響后面所有的分析。

2.3 導(dǎo)入測量數(shù)據(jù)，生成三維誤差? 接下來就可以將所有測量數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，數(shù)據(jù)格式為mes，導(dǎo)入后可得到理論值和實(shí)際測量值的對比圖，如圖3所示。前面為理論值，后面括號里為實(shí)際測量值與理論值的偏差。

2.4 精度分析? 精度分析環(huán)節(jié)是本實(shí)訓(xùn)第二個重難點(diǎn)，因?yàn)榇蟛糠值臏y量點(diǎn)都會與理論值有偏差，偏差值如果小于10mm，可以不用處理，大于該值則需要進(jìn)行修整。那么如何調(diào)整，以求盡量多的點(diǎn)的偏差都在許可范圍以內(nèi)，使得人工修正的工作量相對較少，這就需要通過不斷調(diào)整理論坐標(biāo)系和實(shí)測坐標(biāo)系的相對位置來實(shí)現(xiàn)。

首先，我們需要選取三個CM點(diǎn)，分別選在首尾斜板與內(nèi)底板交線端點(diǎn)處，以及尾部與外板交線端點(diǎn)處，如圖4中黃圈所示，這三點(diǎn)都是剛度較大，難以調(diào)整的點(diǎn)，所以需要以他們?yōu)榛鶞?zhǔn)點(diǎn)。

接著就可以通過一點(diǎn)位移法，二點(diǎn)位移法，整體位移法來調(diào)整理論值與實(shí)際值的相對位置。這里需要大量的經(jīng)驗(yàn)，才能較快的獲得較合理的分析結(jié)果。

在實(shí)訓(xùn)的過程中，學(xué)生主要的問題主要集中在以下幾點(diǎn)：一是對相對坐標(biāo)的意義不明確，很難體會到這項(xiàng)工作的重要作用;二是調(diào)整坐標(biāo)時較隨意，很難做到每次調(diào)整都有改善，思路不夠清晰;三是空間想象能力不足，一些基本變換方式選擇有誤，需要老師重點(diǎn)講解。

2.5 計算報告? 在精度分析完成以后，需要編寫施工方案，指出需要進(jìn)行獨(dú)立修整的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過ACDC軟件的報告生成功能能夠很方便的得到2D的數(shù)據(jù)報告，此報告能夠清楚的反應(yīng)出工作任務(wù)，以及精度分析人員所做方案的優(yōu)劣。此報告將作為學(xué)生實(shí)訓(xùn)的作業(yè)計入實(shí)訓(xùn)成績，因?yàn)槊總€人所做的坐標(biāo)調(diào)整都不可能完全一致，所以最終的結(jié)果理應(yīng)是每個同學(xué)都不一樣，可以杜絕抄襲現(xiàn)象。

3? 結(jié)語

船舶精度控制作為近年來較為先進(jìn)的船舶建造技術(shù)[3]，必定會越來越受到造船企業(yè)[4]和科研部門的重視，該船舶精度控制實(shí)訓(xùn)完整的重現(xiàn)了整個船舶精度控制的流程，包括測量與分析，能使得學(xué)生對精度控制有較全面的認(rèn)識，初步掌握精度管理的重要技能。所以該實(shí)訓(xùn)對船舶工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)有重要意義，值得推廣和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳濤.大船重工VLCC艏艉兩端對接項(xiàng)目精度管理研究 [D].碩士論文，2013：11-45.

[2]楊文林，高遠(yuǎn)航.船體精度控制實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計研究[J].船舶職業(yè)教育，2016.2：30-33.

[3]鮑彤，曹志兵.船舶總組搭載精度控制研究[A].中國造船工程學(xué)會2009年優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文集[C].中國，2010：23-36.

[4]吉玉龍.船體建造精度控制技術(shù)分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016，5：220-221.