CN113844611A - 一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法，包括：数据采集步骤；实物模型构建步骤；连续模拟搭载分析步骤：以搭载基准段和多个待搭载总段中的第一个搭载总段为基础实现首个相邻环段模拟得到第一模拟搭载结果，将该模拟搭载结果导入多个待搭载总段的第二个搭载总段进行模拟搭载比对得到第二模拟搭载结果，并重复上述步骤直到完成最后一个搭载总段的模拟搭载比对；模拟报告编制及预修步骤；搭载步骤。本发明实现多个总段连续模拟吊装搭载，通过多个总段模拟搭载可以同进直观分析多个总段搭载状态；对于可能出现问题提前对多个总段搭载方案进行联动调整，模拟精度大幅提升。

Description

一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法

技术领域

本发明涉及船舶建造技术领域，尤其涉及一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法。

背景技术

船坞作为船厂的核心资源，其使用效率决定了船舶的建造质量和生产效率，对船企的经济效益起到至关重要的作用.快速搭载是提高船坞效率的主要手段之一，以往船坞搭载都是原先使用是二维平面搭载坐标系，通过分别测量高度、测量半宽及平齐度，操作过程繁琐、效率低下、搭载精度不高且不安全，达不到快速造船、精益造船的要求。

现有专利申请号为2020106618906的中国专利公开了一种能快速搭载的造船方法，具体包括：建立实际搭载的船坞三维坐标系；船舶理论三维坐标系与搭载的船坞三维坐标系相关联；进行分段无余量建造；将分段设计模型与实测分段三维数据对比分析，对问题数据进行整改；分段理论三维坐标系与分段实测三维坐标系相关联；将整改好的数据导入DACS软件中进行模拟搭载分析，提前处理合拢口余量与结构对合错位；根据三维搭载定位数据进行实际搭载；本发明通过运用船坞三维坐标系，达到了快速搭载、精益造船的目的；但是，该方法是通过对分段分别进行实际和理论模型的模拟分析，然后实现分段的搭载，就像拉枪栓单发的步枪一样，每个分段的误差的累加将会导致最后整体误差的增加，分段之间没有连续模拟分析，各个分段模拟误差不能通过与下一段模拟分析时有效的消除，即采用现有这种方法精确度不高，而且因为是分段分别进行模拟搭载分析也会降低整体的效率；因此，如何解决现有技术存在的问题，是现阶段需要考虑的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法，解决了现有技术中存在的不足。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法，所述的造船方法包括：

数据采集步骤：采集搭载基准段和多个待搭载总总段的数据；

实物模型构建步骤：将搭载基准段和多个待搭载总段的实测数据和理论模型进行关联和三维分析，构建各自的实物模型；

连续模拟搭载分析步骤：以搭载基准段和多个待搭载总段中的第一个搭载总段为基础实现首个相邻环段模拟得到第一模拟搭载结果，将该模拟搭载结果导入待搭载总段的第二个搭载总段进行模拟搭载比对得到第二模拟搭载结果，并重复上述步骤直到完成最后一个搭载总段的模拟搭载比对；

模拟报告编制及预修步骤：编制搭载基准段和待搭载总段实物模型之间的模拟搭载报告，并根据报告提前按照相关工艺处理待搭载总段预修方案；

搭载步骤：根据预修后的模拟报告确定定位工艺要求进行实际搭载。

所述连续模拟搭载分析步骤具体包括：

首个相邻段模拟：导入基准段实物模型作为基座，再导入待搭载总段中的第一个搭载总段实物模型，通过数字化船坞三维坐标系进行关联，实施基准段和第一个搭载总段实测模型模拟搭载比对，得出两者搭载后出现的精度不良点，并确定预修工艺方案和定位方案，得到第一个搭载总段的坞内缺口；

后续段模拟搭载：以第一个搭载总段的坞内缺口实物模型为基准再导入待搭载总段中的第二搭载总段实物模型进行模拟搭载比对，得出两者搭载后出现的精度不良点，并确定预修工艺方案和定位方案，得到第二搭载总段的坞内缺口；重复上述步骤，直到待搭载总段中的所有搭载总段全部模拟搭载分析完成。

所述搭载基准段实物模型构建包括：

通过相应软件打开测量文件中的工程项，添加合成坞内缺口的理论三维模型和数字化船坞模型，根据现场采集的实际情况按照点说明的看线方向拾取理论点，显示其三维坐标值，实现模型中的坐标选取；

通过选择直测点中三点对应方式实现点的初对应，其中两点为数字化船坞测量标靶，第三点为坞内缺口段的特征点，并显示所有测量点和实测点的三维偏差值；

通过数字化船坞采集现有船坞状态，以记录的标靶三维坐标值为分析依据调整至现场缺口实际状态，从而创建现场缺口实物模型，此时坞内缺口各点的三维偏差即为实际偏差；

判断坞内缺口的偏差情况，根据结构错位、线型偏差和位置偏差进行X、Y和Z三个维度上的平移调整，保证坞内缺口始终是与对平面平行并保存。

所述待搭载总段的实物模型构建包括：

通过相应软件打开测量文件中的工程项，添加合成待搭载总段的理论三维模型，根据现场采集的实际情况按照点说明的看线方向拾取理论点，显示其三维坐标值，实现模型中的坐标选取；

选择直测点中的三点对应方式实现点的初对应，三点选择时需要满足在三个维度上最大限度的覆盖待搭载总段；

通过软件中一点平移和一点距离功能综合评估主尺度、结构错位、线型偏差，自由调整待搭载总段姿态，将待搭载总段状态调整至最佳并保存。

所述首个相邻段模拟具体包括：

导入基准段实物模型作为基座，再导入待搭载总段中的第一个搭载总段实物模型，通过数字化船坞三维坐标系进行关联，实施基准段和第一个搭载总段实测模型模拟搭载比对，得出两者搭载后出现的精度不良点，并确定预修工艺方案和定位方案，得到第一个搭载总段的坞内缺口；

打开分析完成的坞内缺口，添加相邻的搭载总段，并将坞内缺口设置为基准，通过软件中的按距对齐功能显示出匹配间距范围内两个搭载总段对应实测点之间的三维偏差值，未能显示的测量点位通过放大匹配间距手动选择搭载总段和坞内缺口上需要对应的点，补足所有测量点的相对偏差值，实现初步模拟；

根据显示的各点三维偏差值，判断待搭载总段的搭载状态，通过平移和旋转对待搭载总段进行调整，以减小三维偏差和端口余量的修割实现精调整，最后进行保存。

所述造船方法还包括依次执行的船坞三维测控网安装调试步骤和船坞数字化模型设计步骤；所述船坞三维测控网安装调试步骤和船坞数字化模型设计步骤执行与所述数据采集步骤之前。

本发明具有以下优点：一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法，同时采集多个总段数据，通过与设计管理模型比对分析同时创建多个实物模型，在精度分析软件以数字化船坞三维坐标为基准，分别导入实物模型进行模拟搭载，得出各自相邻实物模型两者搭载后可能出现的精度不良点，提前确定预修工艺方案和定位方案；实现多个总段连续模拟吊装搭载，通过多个总段模拟搭载可以同进直观分析多个总段搭载状态；对于可能出现问题提前对多个总段搭载方案进行联动调整，模拟精度大幅提升，大大完善之前模拟搭载技术只能确定两邻总段之间可以出现的精度不良点的缺点；多总段连续模拟搭载，可以实现了多总段的同时测量、一次模拟。得出多个总段预修工艺方案和定位方案，模拟效率成倍提升。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示，本发明具体涉及一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法，其具体包括以下内容：

S1、船坞三维测控网的安装调试；

将船坞作为一个作业平台，根据船坞搭载实际和全站仪测量习惯。建立以左手坐标系为基准的船坞坐标，通过在船坞坞墙上设立17个测量标杆将船坞分成14个相关连刻度格子，搭载定位的时候至少有两个基准点处于可视位置，适用于所有总段的搭载定位。

按工艺图纸要求制作测量标杆，精度要求为：高度≤2mm，面板水平≤1mm；

根据船坞中心线，引出一条平行线(据船坞中心线50米)在东西坞墻上，并根据控制点位置坐标，进行勘划安装十字线，竖立测量标杆，调整好相应的调节平台的中心点基准后，完成标杆下方的焊接固定工作。

测量标杆定位安装完毕后，为保证测量基准的准确性，控制点整体网型精度必须满足如下要求：

标靶可顺时针旋转360度，底部轴承同心度偏差小于0.5mm，上部标靶可上下360度旋转，上部轴承同心度偏差小于0.5mm；

刻度标尺误差小于1mm，(如刻度中心线、刻度对角线等)，底部轴中心线垂直与上部轴中心线90度；

要求全站仪在50M测量范围内，标靶经旋转后反射数据误差范围小于0.5mm；150m测量范围内，标靶经旋转后反射数据误差范围小于1mm。

S2、船坞数字化模型的设计；

测控网安装调试后，再次修正中心线和基准线。测量标杆三维坐标数据测量采集。

以船坞测控网中心线为基准，使用全站仪对测控网测量标杆数据采集，单根测量一个点。为保证测量精度仪器转站次数不得多于2次。

根据全站仪采集的测控网三维数据，应用船舶设计软件建立船坞及测控网1：1三维模型。并将此测控网三维模型导入精度分析软件，保存各标靶的三维坐标值。

S3、数据采集；

S31、搭载基准段A(坞内缺口)的数据采集：根据船坞内搭载实际情况，以通视条件良好、跨度覆盖足够大的2-3个数字化船坞测量标靶为基准，使用1″级精度等级以上的全站仪，将坞内搭载基准段和上述标靶在同一坐标系下完成采集，采集点位需包含坞内基准段的主尺度点、肋检线、纵剖线、水线、强结构点、端差点和其它关键项目点。

S32、多个待搭载总段B/C/D的数据采集：当待搭载总段成型并完成主要的焊接工作后，即可使用全站仪进行总段的数据采集。采集点位需包含待搭载段的主尺度点、肋检线、纵剖线、水线、强结构点、端差点和其它关键项目点。该测量属于常规测量工作，只需注意尽量减少测量过程中的转站作业和控制转站误差。

S4、实物模型创建：搭载基准段A(坞内缺口)、待搭载总段(B\C\D)实测数据与理论模型关联的三维分析，形成各自实物模型A/B/C/D；

S41、基准段A实物模型创建：

将上步全站仪中的测量文件导出至内部电脑，并使用SPPro读取测量文件，并另存为.SXD格式的文件。

使用SP.Master，打开相应的工程项，添加、合成坞内缺口的理论三维模型和数字化船坞模型。

“导入结果”-将.SXD文件以“乱序测量导入”；

模型中的坐标选取-根据现场采集的实际情况，按照点说明的看线方向拾取理论点，并显示其三维坐标值。

初对应-选择“直测点”中的三点对应，其中两点为数字化船坞测量标靶，第三点为坞内缺口段的特征点，显示所有测量点和实测点的三维偏差值。

初调整-将现有船坞状态以数字化船坞建立时采集、记录的标靶三维坐标值为分析依据，调整至二者为同一状态。此时坞内缺口各点的三维偏差即实际偏差情况。

精调整-判断坞内缺口的偏差情况，根据结构错位、线型偏差和位置偏差进行X\Y\Z三个维度上的平移调整，保证坞内缺口始终是大地水平状态。同时，上述偏差在一个较为理想的区间并保存。

S42、待搭载总段(B/C/D)的实物模型创建：

将上步全站仪中的测量文件导出至内部电脑，并使用SPPro读取测量文件，并另存为.SXD格式的文件。

使用SP.Master，打开相应的工程项，添加、合成待搭载总段的理论三维模型。

“导入结果”-将.SXD文件以“乱序测量导入”；

模型中的坐标选取-根据现场采集的实际情况，按照点说明的看线方向拾取理论点，并显示其三维坐标值。

初对应-选择“直测点”中的三点对应，三点选择时需注意其在三个维度上最大限度的覆盖总段。

调整-使用“一点平移”和“一点距离”功能，综合评估其主尺度、结构错位、线型偏差等因素，自由调整总段姿态，将总段状态调整至最佳并保存。

S5、连续模拟分析；

S51、首个相邻段模拟；

导入A(坞内缺口)段实物模型做为基准，再导入待搭载段B实物模型，数字化船坞三维坐标系关联，实施A与B段实测模型模拟搭载比对，得出两者搭载后可能出现的精度不良点，提前确定预修工艺方案和定位方案。B段模拟搭载后形成新的坞内缺口B1；

初模拟—打开分析完成的坞内缺口，添加相邻的待搭载总段，并将坞内缺口设置为“基准”，使用SP.Master中总组界面的“按距对齐”，显示出匹配间距范围内两个总段对应实测点之间的三维偏差值，该三维偏差分别代表合拢重叠(间隙)值、结构错位值和线型错位值。其它未能显示的测量点位，通过放大匹配间距，手动选择总段和坞内缺口上需要对应的点，补足所有测量点的相对偏差值。

精调整—根据前者显示的各点三维偏差值，判断总段搭载状态，并使用平移和旋转等多种手段对待搭载总段进行调整。尽量减小三维偏差的同时，减少端口余量的修割。最后保存为“产品船-总段号模拟搭载”。

S52、后续段模拟搭载；

坞内缺口B1实物模型为基准再导入待搭载段C实物模型,模拟搭载比对。重复步骤S51实施连续模拟分析，C段搭载搭载后形成新的坞内缺口C1；坞内缺口C1实物模型为基准导入待搭载段D,模拟搭载比对。重复步骤S51实施连续模拟分析；

后续环段模拟搭载时，打开已分析好的待搭载总段，并设置为基准段，随后添加已模拟完的总段。按照模拟搭载分析的方法进行调整，但需注意的是连续模拟时基准段的变更；

导致所有的三维偏差均是相反的。此外，连续模拟分析时，已完成模拟搭载的分总段默认为已按分析状态搭载到位，故其姿态不可调整。

S6、连续模拟搭载报告的编制；

根据模拟分析的状态，将各个搭载合拢口截图保存，作为现场修割余量的依据。

同时，告知现场搭载后的三维偏差情况，提前判断合拢间隙、错位情况。

重点展示数字化船坞标靶和待搭载总段基准点的三维数据，指导现场修正总段基准点和定位指示。

S7、搭载总段的连续预修：按照连续模拟搭载报告修割各端口余量，修正各处基准线的偏差。

S8、连续搭载：架设全站仪，以数字化船坞标靶点为基准，测量待搭载各个总段的基准线点，调整总段位置至理论位置，保证各点偏差与报告偏差在±3mm以内，同时确认合拢间隙和错位情况。

本发明通过软件设计出数字化船坞各标靶的理论模型，同时在SP.Master精度软件中添加数字化船坞和船体理论总段模型。坞内以数字化船坞标靶为基准采集搭载缺口数据，总组场地采集待搭载各个总段的实际数据。

后续在SP.Master软件中以数字化船坞为基准，搭载基准段A(坞内缺口)、待搭载总段(B\C\D)实测数据与理论模型关联的三维分析，创建各自实物模型A/B/C/D；再将待搭载总段实物模型依次与各自缺口的实物模型进行进行协同连续模拟分析，计算出二者实测值的相对偏差，对合拢口的结构错位情况进行优化调整并指导提前修割余量，完成总段搭载前的高精度处理。

以数字化船坞为基准，实现了测量、分析、定位各工序的基准统一，同时规避了总段搭载对模拟分析的制约，实现了多总段的连续测量、一次模拟、高效搭载。确保实际搭载状态和SP.Master精度软件的模拟状态一致，达到了高效搭载、精益造船的目的，可以实现多个总段的连续吊装，无余量修割、结构错位超差和需要吊机复位的现象。

本发明的连续模拟搭载与常规模拟搭载技术效率好比连发自动步枪和栓拉自步枪的区别；连续模拟搭载与常规模拟搭载技术模拟精度好比带瞄准镜步枪和机械瞄准步枪的区别。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法，其特征在于：所述的造船方法包括：

数据采集步骤：采集搭载基准段和多个待搭载总段的数据；

实物模型构建步骤：将搭载基准段和多个待搭载总段的实测数据和理论模型进行关联和三维分析，构建各自的实物模型；

连续模拟搭载分析步骤：以搭载基准段和多个待搭载总段中的第一个搭载总段为基础实现首个相邻环段模拟得到第一模拟搭载结果，将该模拟搭载结果导入多个待搭载总段的第二个搭载总段进行模拟搭载比对得到第二模拟搭载结果，并重复上述步骤直到完成最后一个搭载总段的模拟搭载比对；

模拟报告编制及预修步骤：编制搭载基准段和多个待搭载总段实物模型之间的模拟搭载报告，并根据报告提前按照相关工艺处理多个待搭载总段预修方案；

搭载步骤：根据预修后的模拟报告确定定位工艺要求进行实际搭载。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法，其特征在于：所述连续模拟搭载分析步骤具体包括：

首个相邻段模拟：导入基准段实物模型作为基座，再导入多个待搭载总段中的第一个搭载总段实物模型，通过数字化船坞三维坐标系进行关联，实施基准段和第一个搭载总段实测模型模拟搭载比对，得出两者搭载后出现的精度不良点，并确定预修工艺方案和定位方案，得到第一个搭载总段的坞内缺口；

后续段模拟搭载：以第一个搭载总段的坞内缺口实物模型为基准再导入多个待搭载总段中的第二搭载总段实物模型进行模拟搭载比对，得出两者搭载后出现的精度不良点，并确定预修工艺方案和定位方案，得到第二搭载总段的坞内缺口；重复上述步骤，直到待搭载总段中的所有搭载总段全部模拟搭载分析完成。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法，其特征在于：所述搭载基准段实物模型构建包括：

通过相应软件打开测量文件中的工程项，添加合成坞内缺口的理论三维模型和数字化船坞模型，根据现场采集的实际情况按照点说明的看线方向拾取理论点，显示其三维坐标值，实现模型中的坐标选取；

通过选择直测点中三点对应方式实现点的初对应，其中两点为数字化船坞测量标靶，第三点为坞内缺口段的特征点，并显示所有测量点和实测点的三维偏差值；

通过数字化船坞采集现有船坞状态，以记录的标靶三维坐标值为分析依据调整至现场缺口实际状态，从而创建现场缺口实物模型，此时坞内缺口各点的三维偏差即为实际偏差；

判断坞内缺口的偏差情况，根据结构错位、线型偏差和位置偏差进行X、Y和Z三个维度上的平移调整，保证坞内缺口始终是与对平面平行并保存。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法，其特征在于：所述待搭载总段的实物模型构建包括：

通过相应软件打开测量文件中的工程项，添加合成多个待搭载总段的理论三维模型，根据现场采集的实际情况按照点说明的看线方向拾取理论点，显示其三维坐标值，实现模型中的坐标选取；

选择直测点中的三点对应方式实现点的初对应，三点选择时需要满足在三个维度上最大限度的覆盖待搭载总段；

通过软件中一点平移和一点距离功能综合评估主尺度、结构错位、线型偏差，自由调整待搭载总段姿态，将待搭载总段状态调整至最佳并保存。

5.根据权利要求2所述的一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法，其特征在于：所述首个相邻段模拟具体包括：

导入基准段实物模型作为基座，再导入待搭载总段中的第一个搭载总段实物模型，通过数字化船坞三维坐标系进行关联，实施基准段和第一个搭载总段实测模型模拟搭载比对，得出两者搭载后出现的精度不良点，并确定预修工艺方案和定位方案，得到第一个搭载总段的坞内缺口；

打开分析完成的坞内缺口，添加相邻的搭载总段，并将坞内缺口设置为基准，通过软件中的按距对齐功能显示出匹配间距范围内两个搭载总段对应实测点之间的三维偏差值，未能显示的测量点位通过放大匹配间距手动选择搭载总段和坞内缺口上需要对应的点，补足所有测量点的相对偏差值，实现初步模拟；

根据显示的各点三维偏差值，判断待搭载总段的搭载状态，通过平移和旋转对待搭载总段进行调整，以减小三维偏差和端口余量的修割实现精调整，最后进行保存。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种基于数字化船坞的连续模拟和快速搭载的造船方法，其特征在于：所述造船方法还包括依次执行的船坞三维测控网安装调试步骤和船坞数字化模型设计步骤；所述船坞三维测控网安装调试步骤和船坞数字化模型设计步骤执行与所述数据采集步骤之前。

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