船舶建造中的测量技术研究

首艘ＶＬＣＣ 油轮坞期实现了９０ ｄ 的目标，搭载合格 的精度数据主要以计测表的形式登记收集。从部材
率由２０１１ 年的３６％ 上升到２０１２ 年的９４％ ，保证了 切割开始，通过管理图监测控制钢板、型材等的下料
新工艺和工法的实施。但是目前国内大部分船厂还 精度。小组立作业阶段，要求将直线性、背烧效果、
了补偿系统，已做到所有船体分段无余量制作。日
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江苏船舶
第３６ 卷
立造船株式会社在建造大型船舶时，已经实现全流 立、外业等生产工序的精度标准和针对散货船、集装
程的以补偿量代替余量。目前无余量造船在日本已 箱船、油船、汽车运输船等不同船型的精度标准。
经普遍实现。
（２）要完善以中间产品为核心的精度管理标
不到设计的要求。
度，但在稍微离开的部分仍然处于常温，其温度分布
（２）精度测量和补偿等系统的自动化程度不够 每时每刻都在发生变化。受到高温加热的地方膨
高，速度也不够快。
胀，温度下降的地方收缩。像这样在焊接过程中，母
（３）相关精度检测技术及仪器还不够先进，尤 材会呈现非常复杂的不均匀温度分布；随着此期间
期的日韩两国造船设备水平，然而精度控制却不能 要加强切割、焊接过程中变形特征与机理研究，
与之达到同一水平，主要问题在于：
建立和扩充行业内通用数据池，积极展开在大数据
（１）船舶制造过程中每个中间产品没有形成精 支撑下的针对不同结构特点的补偿量施放自适应研
度管理标准，制造过程中的中间分段等尺寸控制达 究。在焊接部位由于电弧热而被加热到非常高的温
船舶分段建造过程中精度管理的重要因素包 量中间产品的几何尺寸和相应变形。芬兰研制出
括：精度管理计划制定、精度管理实施、精度管理过 程确认、精度改善。精度管理计划主要包括精度基
ＡＣＭＡＮ 精度控制管理系统，可以实现对船体零部 件、分段和总段、船体结构测量、吊装、工件上船台以
准的建立／ 更新计划、图面计划、现场工作计划。精 后的修整。瑞士联邦理工学院大地测量和摄影测量
计算机的三维环境中将其与分段的３Ｄ 设计模型进 的水平。韩国开发出了新型的测量系统，有效地解
行对比。相比较传统分段测量分析方法，其优势在 决了船舶建造过程中船体零部件、分段和总段、船体
于能快速、准确地分析船体分段建造误差，给出可靠 结构、吊装以及工件上船台以后的修整等三维测量
合理的建造精度评价。
问题。美国开发出的ＮＥＴ２３Ｄ 测量仪能够用于测
２０ 世纪９０ 年代开始，韩国基于日本模式发展 准，主要包括：研究中间产品精度控制标准的前后道
精益造船。韩国三星重工集团的巨型总段建造精度 关系，制定基于统一基准的船体基础作业标准；研究
已经达到很高的水平，５ ０００ ｔ 以内的巨型总段都能 船体建造过程中运输、吊运、搭载等工法与精度标准
够实现无余量坞内搭载。大宇船厂利用激光三维定 关系，并制定基于精度控制的船体建造辅助工法原
状零件成形工艺要领，为实现复杂零件加工成形全 建造率等指标可以看出，我国与日韩等国家还有较
面自动化夯实理论基础。
大差距，所以软硬件都需要进一步提升。
２． ４ 推进生产过程数字化和信息化
（１）硬件方面。近年来国内船厂通过先进设备
根据产品特点，逐步推进自动化装配、焊接设备 的引进，逐渐拉近与日韩等国的差距。但是，由于我
中控制分段划分、施放基准线，补偿量等精度参数， ｂａｉｄｕ． ｃｏｍ／ ｖｉｅｗ／ ｆ９６８ｆ６ｅ３ｅ００９５８１ｂ６ｂｄ９ｅｂ３ｃ． ｈｔｍｌ．
乎达到了分段１００％ 无余量搭载，相比于传统造船 段的精度测量行业标准。逐步着手舾装品生产和安
模式，极大地提升了造船质量、精度和进度。 装精度标准的建立，从而达到以中间产品为核心的
１． ２ 国内现状
“大精度”管理。
国内船厂从２０ 世纪７０ 年代开始就在探索精度 南通某合资造船企业自２０ 世纪９０ 年代引进日
成熟，而大型分段的测量精准度以及对后期变形量 等方面的分析还有较大误差，其结果对后续的分段
１
国内外精度测量技术发展现状
拼搭效率、占用船台和船坞的时间等均有较大影响。 １． １ 国外现状
目前船厂普遍采用的分段测量分析方法是：使用全 现代造船模式和数字化测量相互促进，国外造
站仪在船体分段建造的现场采集测量点坐标，再在 船业对中间产品及装配过程的测量已经达到了较高
偿，检索整个过程是否符合现有的精度基准体系；再 密测量装备、激光、视觉复合式测量装备的研制。
由生产设计将生产信息录入到现场用的工作图中。 同时要加强机械和水火成形、矫正技术研究，推
３
结论
进三维数控弯板技术的研究及应用，通过全行业大 精度控制作为船舶制造的核心技术之一，是各
量数据积累和数理分析及经验推导，总结出复杂形 个船厂保密内容之一。从钢材一次利用率和无余量
度管理实施主要包含精度标准／ 要求的分解、精度要 研究所已将数字摄影测量应用在船舶建造工程上。
领的制定、精度数据的收集及相关精度内容现场教 在理论方面，韩国大邱大学深入研究了船舶管
育。此外，还包括问题点调查、新工艺的研讨与实 系对接三维测量问题，设计了基于人工神经网络算
施、测量器具日常点检等。精度管理过程确认包括 法的测量算法及系统，取得了较好的应用效果。东
其是对不同船厂环境的适用性不够因地制宜。 发生的膨胀、收缩，焊接完成后，不可避免地要产生
２． ２ 完善精度标准
应力以及变形。
（１）根据船级规范及建造要求，规范企业层面 该企业通过各阶段大量采集倍尺、余量数据，对
的总体基准。例如：根据中国造船质量标准 数据进行整理、统计、分析，生成经验公式，并根据经
分段制作工艺与精度要领确认、生产信息跟踪与确 京大学研究了船体装配阶段的分段定位问题，对全
认、计测数据的整理与分析、问题点分析、精度巡检。 站仪测量和机器视觉测量技术在船舶建造方面的应
收稿日期：２０１９０３２８ 作者简介：徐宏伟（１９８０—），男，硕士，高级工程师，从事船舶与海洋 工程研究。
用进行了综合性研究。 基于此，日本石川岛播磨船厂用计算机开发出
第 卷第期 ３６ ６ 年 月 ２０１９ １２
江苏船舶
ＪＩＡＮＧＳＵ ＳＨＩＰ
Ｖｏｌ． ３６ Ｎｏ． ６ Ｄｅｃ． ２０１９
船舶建造中的测量技术研究
徐宏伟
（南通中远海运川崎船舶工程有限公司，江苏南通２２６００５）
摘 要：为了控制造船成本实现精益制造，研究了船舶建造中测量技术的发展现状，进行测量技术的技术分析
控制的方法。到２０ 世纪８０ 年代中后期，国内造船 本精度管控模式后，不断完善管理方法，建立了精度
业初步实现了货舱分段高精度建造、艏艉分段预修 控制班组，对影响造船精度的各种管理、工序及工艺
整后上船台、船坞快速搭载等，初步建立了精度管控 进行评估、改进和反馈，并制定精度补偿基准与精度
体制。船坞周期大幅缩短，新时代造船有限公司的 管理手册，综合管理精度与测量工作。其每天大量
和原理分析，阐述了中间过程管控的要素和未来发展方向。研究发现：精度控制需要从软硬件进行提升，提高精
度测量设备的本土化率，同时深入分析船舶制造的管理体系、材料性能、精度标准、测量改进及信息技术等，使精
度计算及高精度的测量手段数字化、分析智能化，逐步建立起符合我国船厂特点的管理体制。
关键词：船舶建造；测量技术；发展现状；技术分析；原理分析
造质量，而且降低了船舶制造的生产效率。
应的定位精度计测要求，对船舶建造全过程进行跟
２ 测量技术分析
踪控制。对每天收集的成百上千组数据进行抽样统 计分析，判断是否在精度管理标准区间范围内，为讨
２． １ 国内精度与测量急待解决的问题
论决策、实施改善提供依据。
目前我国船厂的设备水平已经远超２０ 世纪末 ２． ３ 加强精度控制关键因素研究
在中间产品建造过程中的应用，有效控制中间产品 国在船舶测量领域相关技术研究还相对落后，该类
的精度。优先将智能制造技术应用在分段加工前， 测量设备大部分只从欧洲、日本、韩国等国家进口，
在零件加工以及局部需要简单重复运转的工位采用 对我国船舶制造成本影响较大。据统计，韩国的船
数控加工设备。
舶测量设备本土化率约为９０％ ，而中国船舶制造业
位测量和后期精度管理分析技术也已经成熟，实现 则；研究船体建造从下料到搭载各阶段的精度标准
了软件模拟搭载分析。
和控制方法，形成完整的船体精度作业规范。
综上，日韩等造船国家已经形成了一整套精度 （３）要围绕船体建造精度控制标准以及船体精
控制体系，将精度控制管理贯穿于造船的全过程，几 度检测技术，研究制定部件、分段、总组加工等各阶
是在应用传统的测量技术。总体而言，我国在船舶 拼板后总长等数据填入计测表。在大组阶段，要求
制造“精度与测量”方面主要体现在精度管理方法 对主板划线、分段水平度、弯曲胎架上板材定位、完
不完善，生产过程数字化／ 信息化程度低，并且检测 工后余量切割精度等测量填写在相应的计测表内。
仪器精度较低。这些因素不仅降低了我国船舶的制 外业合拢、搭载时，每个分段、每个搭载单元都有相
析结果的实时反馈、跟踪和改善体制。精度管理系 测量手段数字化、智能化，建立起符合我国船厂特色
统软件应涵盖精度测量实时分析、前后道数据管理 的管理体制。
协同等功能。 系统能将各类加工过程中的变形数据及时反馈
给设计，实现从设计源头开始就能在三维模型数据
参考文献：
［１］ 中国船舶行业协会建模专家组办公室． 现代造船精度管理的 进展与实施［ ］ （ ）［ ］ ： ＥＢ ／ ＯＬ ． ２０１３０２０７ ２０１９０１３０ ． ｈｔｔｐｓ ／ ／ ｗｅｎｋｕ．
上述的合资企业将精度计算方法与测量数据集 的测量设备本土化率不足３０％，导致我国船舶制造
成到公司智能制造系统中，使数据引用和分析智能 业成本较高。长此以往，将会成为阻碍我国船舶产
化、模拟可视化。同时，引入船舶建造智能化设备， 业发展的重要制约因素。
包括下料、切割、组装等，以减少制造过程中人为误 由于大型船舶现场测量环境复杂，对测量仪器
（ＣＳＱＳ）、日本钢船工作法精度标准（ＪＳＱＳ）等，建立 验公式计算变化量＋ 阶段补偿量，在实际生产过程
公司级的建造标准，并将这些标准细化为内业、组 中不断跟踪、修正、完善。
第６ 期
徐宏伟：船舶建造中的测量技术研究
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设计图中，根据大组要领完成分段小组单元的 ２． ６ 推进精度检测仪器及技术研究
差，达到精度管理的各阶段可追溯性，为收缩量的加 的现场适用性及精度提出了严峻的考验，导致现有
放提供依据。
设备无法同时满足测量精度与效率的要求，因此研
２． ５ 推进精度检测和分析反馈智能化
究大型船舶精度检测技术与相关仪器开发是我国船
加强从零件加工开始到中间产品形成，直至搭 舶制造过程中急需解决的问题。
划分，记入基准边、基准线、板缝余量、部材倍尺、预 开展船体零部件加工、船体组装和装配等过程
变形施工、其他补充协议的内容等生产信息；在图面 中的几何测量、变形测量技术的研究，以及复杂环
上完成部材下料及加工、小组单元制作、分段制作、 境下蕴含大型船舶几何特征的清晰图像获取技术
分段拼接的图面模拟过程，对收缩量／ 变形量合理补 等，并逐步推动专业厂家积极开展船舶关键部位精
载完成，线上线下相结合全过程的精度检测。积极 （２）软件和管理方面。相较于硬件，软件应用
推进智能精度检测设备替代人工进行精度检测，构 和内部管理等方面仍旧存在不足，需要深入分析船
建精度测量实时分析数据管理平台，开发数据分析 舶制造的管理体系、材料性能、精度标准、测量改进
系统对测量数据进行数理化分析，构建以及完善分 及信息技术等各方面内容，使精度计算及高精度的
中图分类号：Ｕ６７１． ９９
文献标志码：Ａ
： ＤＯＩ １０． １９６４６ ／ ｊ． ｃｎｋｉ． ３２１２３０． ２０１９． ０６．善、图面计划相关改 善、问题点改善、精度跟踪会议、ＴＱＣ 等活动的开展。
随着现代造船模式的发展，钢材快速加工、分段 本文首先分析了国内外精度测量技术的发展现
快速合拢、单元快速搭载等对船舶中间产品的精度 状，指出了国内精度与测量技术急待解决的问题，并
要求明显提高。只有匹配上高精度的测量和控制， 提出从完善精度标准、加强精度关键因素的控制、生
才能缩短建造周期、降低建造成本以及管理成本。 产过程的数字化／ 信息化、推进分析反馈智能化、精
船舶建造过程中小型部件的精度控制已经相对 度检测仪器的适用化等方面的改善措施。