魏永法，鄧志慶，汪家政

（舟山長宏國際船舶修造有限公司，浙江舟山 316000）

關(guān)于取樣管快速測量出圖裝置的應用研究

魏永法，鄧志慶，汪家政

（舟山長宏國際船舶修造有限公司，浙江舟山 316000）

管舾裝生產(chǎn)設計過程中，由于考慮到分段合攏、設備定位、預裝管本身制作安裝等方面精度原因，需要設置現(xiàn)校管。為加快推進現(xiàn)代數(shù)字化造船模式，盡可能消除現(xiàn)場校管，實現(xiàn)無余量造船，節(jié)約造船成本，引進了上海船舶工藝研究所設計開發(fā)的取樣管快速測量出圖裝置。

分段合攏；設備定位；現(xiàn)校管；現(xiàn)代造船模式；快速測量；船舶修理

0 引言

當今船舶行業(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。在全面使用三維計算機輔助設計的背景下，多數(shù)物量及加工信息都了實現(xiàn)數(shù)字化，可直接進行數(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)設計中，由于船體結(jié)構(gòu)制作裝配和合攏、設備的制作安裝、管子的制造、安裝尺寸都存在允許誤差，這些誤差積累起來，導致管系與管系、管系與設備之間無法實現(xiàn)無余量連接，為此在生產(chǎn)設計中設置了調(diào)整管。但是當不可控因素過多時，調(diào)整管也無法滿足，所以由現(xiàn)場制作一段嵌補管或封閉管作為補償。嵌補管和封閉管的取樣，可在現(xiàn)場制作樣棒或現(xiàn)場測繪管子零件圖，彎好管子再現(xiàn)場校管；也可以在船上定制樣板，使校管工作在內(nèi)場完成[1]。這類嵌補管或封閉管被稱為現(xiàn)校管、合攏管、現(xiàn)場取樣管。

1 船舶管系嵌補管、封閉管發(fā)展歷程

管系安裝最初是從上船逐根取樣、內(nèi)場制造、上船安裝，到設計放樣、內(nèi)場預制、單件成品上船安裝，發(fā)展到分段預舾裝、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)，大量的外場安裝作業(yè)轉(zhuǎn)移到內(nèi)場施工[1]，大大加快了數(shù)字化造船進程。但是嵌補管、封閉管的制作安裝還是處于相對落后的層次，一直以來都是設計人員努力攻關(guān)的重點。

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

2）樣桿取樣數(shù)據(jù)化。使用電子全站儀的坐標測量功能對船舶管子樣桿進行測量、獲取管形的工藝方法，并配套開發(fā)了船舶管子樣桿光測計算系統(tǒng)軟件；根據(jù)電子全站儀測量的數(shù)據(jù)，使用該軟件進行計算，得到該樣桿的管形數(shù)據(jù)，為管子加工提供數(shù)學依據(jù)[3]。車間內(nèi)場只需按照數(shù)據(jù)彎管、焊接等工序后，上船現(xiàn)場調(diào)整法蘭轉(zhuǎn)角后焊接法蘭，經(jīng)過表面處理，最后上船安裝。該工藝方法主要避免樣桿在運輸過程中的變形，保證取樣數(shù)據(jù)的精度，在一定程度上也減少了來回裝運的勞動強度。

3）三維計算機輔助設計使取樣管零件化。隨著船舶生產(chǎn)設計的逐漸成熟，三維數(shù)字化設計的深入，各專業(yè)聯(lián)合設計，將實船以數(shù)字模型的形式展現(xiàn)，精度越來越高。我公司已經(jīng)在圖紙中實現(xiàn)將管口與管口、管口與設備接口進行無縫連接，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焊，并且兩端各留約50 mm的余量）；車間內(nèi)場按照圖紙制作留足余量，管件上的所有連接附件點焊，包括彎頭、異徑接頭等附件（如圖1）；外場管工領取調(diào)整管，上船現(xiàn)場校管、附件定位焊接、修割余量后送回內(nèi)場；車間內(nèi)場完成焊接，表面處理后交由外場上船安裝。

但是利用計算機輔助設計的合攏管基本為直管，而隨著安裝進程加深，積累誤差會越來越大。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)量標準中規(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]，部分誤差積累過多的管段，必定導致該部分直管不能直接取用，還需根據(jù)現(xiàn)場實際偏差，增加彎頭等部件進行現(xiàn)場校管。有些合攏管可能直接報廢，需要現(xiàn)場重新取樣，制作該合攏管。相對于前述兩種工藝，該工藝緩解了過去繁瑣的現(xiàn)場取樣工作，工時及材料浪費都有所減少，這也是現(xiàn)今主流的工藝方法。

圖1　現(xiàn)校管實例

圖2　允許尺寸偏差（mm）

2 取樣管快速測量出圖裝置的應用

取樣管快速測量出圖裝置的應用使取樣管成品化。由上海船舶工藝研究所提出的一種測量裝置，該裝置可以快速測量現(xiàn)場取樣管法蘭的空間相對位置及法蘭轉(zhuǎn)角等數(shù)據(jù)，并提供現(xiàn)場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，安裝工人的勞動強度得以降低，碼頭和車間的往返次數(shù)得以減少，工作效率得以提高；有效地對舾裝質(zhì)量進行控制，作業(yè)的安全也得到保障[5]。

該裝置包括測量底座、拉線位移傳感器、PDA數(shù)據(jù)存儲器和配套的軟件。測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量底座上，由線頭卡爪將線頭取三點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量第二待合攏管法蘭端面三個固定點（如圖3所示），通過數(shù)據(jù)傳輸線儲存于數(shù)據(jù)存儲器中，將數(shù)據(jù)導入配套的軟件，最終通過相關(guān)軟件計算后生成模型并出圖。

2.1 前期準備工作

為減少用戶在現(xiàn)場的輸入工作，進行管子測量前用戶可按以下程序操作：

圖3　測量裝置現(xiàn)場測量實例

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

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][法蘭測量程序]或[Flanmeas][Data]文件夾里。

4）測量時可直接打開相應的txt文件，記錄測量數(shù)據(jù)。

2.2 測量工作

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

2）拉線前套上手腕口。依次拉線確認，記錄儲存相應數(shù)據(jù)。

2.3 計算出圖工作

1）導出PDA在[D35Flash][法蘭測量程序]或[Flanmeas][Data]文件夾里相應的文本文檔至用戶終端。

2）在D:foldpipefoldpipestandard_p.mdp數(shù)據(jù)庫中，添加、修改相應的標準（SYS、PSTAD等信息）。

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

4）導入3.4.1導出的文本文檔，保存后計算、出圖，見圖5。

3 優(yōu)點分析

1）現(xiàn)場測量兩個法蘭之間空間距離，配套移動終端同時自動存儲分析測量數(shù)據(jù)。

圖4　管路計算實例

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。整體重量僅為6 kg，一個人即可完成測量工作，適合于各種現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境。

4）快捷。采取三點測量法，每根管子測量僅需3 min；移動終端信息導入設備配套軟件系統(tǒng)，軟件自動生成管件制作小票，完成管件生產(chǎn)設計圖紙，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)長度精確到±1 mm/m，角度精確到±0.1°，車間按照圖紙進行無余量加工、表面處理，船上可以直接安裝，避免調(diào)整管的設置。按照生成的圖紙信息和質(zhì)量標準加工的管子，滿足造船質(zhì)量和生產(chǎn)設計要求[4]。

6）船上校管改成內(nèi)場校管，改善工人作業(yè)環(huán)境，同時有效減少來回轉(zhuǎn)運工時損耗，直接節(jié)約造船成本。

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

4 結(jié)論

該裝置可以快速測量待聯(lián)接法蘭的空間相對位置，并提供嵌補管的三位模型以及配套的加工示意圖，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作方便靈活、測量結(jié)果準確且能夠自動出圖。實現(xiàn)了數(shù)字化測量與數(shù)字化設計制造的有效銜接，克服了現(xiàn)有的嵌補管人工現(xiàn)場取樣、經(jīng)驗制管、現(xiàn)場試裝的低效模式。由于采用數(shù)字化測量和數(shù)字化設計制造，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管，還需要繼續(xù)改進。

[1]陳寧.計算機輔助船舶舾裝生產(chǎn)設計[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

[2]胡勇,劉光武,王呈方.船舶嵌補管測量制造系統(tǒng)研究[J].武漢理工大學學報,2005,29(1):8-11.

[3]胡勇,劉光武,王呈方.船舶制造中現(xiàn)場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.中國造船質(zhì)量標準[S].2005.

[5]中國船舶工業(yè)總公司.船舶設計實用手冊(輪機分冊)[S].北京:國防大學出版社,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：船舶管系深化設計。