李　濤

（中國(guó)船級(jí)社實(shí)業(yè)公司重慶分公司，重慶 400011）

船體裝配關(guān)鍵技術(shù)研究

李濤

（中國(guó)船級(jí)社實(shí)業(yè)公司重慶分公司，重慶 400011）

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，我國(guó)船舶制造行業(yè)進(jìn)入了新的發(fā)展階段，船體裝配技術(shù)的應(yīng)用更是呈現(xiàn)出了新的特點(diǎn)。船體裝配過(guò)程中，構(gòu)件組裝與分段裝配是影響整體工藝水平與效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中涉及的影響因素較多，需要采取系統(tǒng)性的技術(shù)應(yīng)用流程才能保證船體裝配的正常進(jìn)行。在當(dāng)前的船體裝配過(guò)程中，引入數(shù)字信息化的建模、設(shè)計(jì)、裝配以及模擬功能，通過(guò)仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效的船體裝配技術(shù)應(yīng)用。本文以船體裝配技術(shù)工藝要點(diǎn)展開(kāi)論述，探討分析了數(shù)字化平臺(tái)上船體裝配關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，旨在提供一定的參考與借鑒。

船體；裝配；設(shè)計(jì)；模擬

船舶是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，在建造過(guò)程中需要較多的步驟協(xié)同完成。其中，船舶構(gòu)件裝配作為船舶建造的基礎(chǔ)，基于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的裝配仿真技術(shù)在這一環(huán)節(jié)中應(yīng)用較為廣泛。該技術(shù)通過(guò)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)來(lái)構(gòu)建產(chǎn)品模型，對(duì)仿真環(huán)境中顯示的產(chǎn)品進(jìn)行操作和分析，實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程和測(cè)試過(guò)程的仿真處理?？梢?jiàn)，研究分析船體裝配工藝，對(duì)相應(yīng)的虛擬裝配技術(shù)進(jìn)行分析研究，對(duì)于提升船體裝配技術(shù)應(yīng)用水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.船體裝配的工藝探討

1.1船體裝配基本流程

（1）部件裝配：將標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的船體零件通過(guò)焊接組合的方式形成相應(yīng)的組件，完成部件裝配流程。

（2）分段裝配：在完成部件裝配環(huán)節(jié)后，將相應(yīng)部件根據(jù)船體分段結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接組合，形成分段船體，完成分段裝配流程。

（3）分段總組：在船體分段裝配完成后，根據(jù)曲面分段等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組裝，完成船體主體結(jié)構(gòu)拼裝焊接。

（4）總裝合攏：將船體分段總組部分在船臺(tái)進(jìn)行整體焊接組裝形成完成船體。

其中，船體分段制造方法包含以下幾種：

放射法：首先進(jìn)行船體縱骨的安裝，然后以縱骨為中心進(jìn)行船體肋板與間斷桁材的安裝，板材間交叉安裝，最后進(jìn)行桁材吊中。

插入法：首先進(jìn)行船體間斷桁材的安裝，然后進(jìn)行肋板安裝，最后進(jìn)行桁材吊中，該制造方法適用于橫骨架或中型船。

框架法：根據(jù)船體分段標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃線與鋪板焊接，在船體胎架上進(jìn)行框架搭建，最終通過(guò)分段焊接完成船體裝配。該方法是當(dāng)前船體裝配工藝應(yīng)用較為普遍的形式。

1.2船體裝配分段劃分及編碼方法

船體裝配分段劃分首先應(yīng)滿足裝配工藝可行性標(biāo)準(zhǔn)，按照船體裝配流程與進(jìn)度進(jìn)行分段劃分，保證生產(chǎn)的連續(xù)性與各段船體裝配的均衡性。根據(jù)裝配對(duì)象船體特征進(jìn)行分段，保證結(jié)構(gòu)對(duì)接強(qiáng)度要求。

具體要求包含以下幾個(gè)方面：

（1）船體分段劃分應(yīng)保證相應(yīng)自動(dòng)化裝配焊接設(shè)備的展開(kāi)與應(yīng)用。

（2）分段位置應(yīng)保證一定的接縫裕度，控制結(jié)構(gòu)整體合理性，便于進(jìn)行裝配操作。

（3）分段結(jié)構(gòu)接頭部位形式應(yīng)與裝配工藝相匹配，船體板材與骨架相錯(cuò)開(kāi)，間距維持在一檔肋距水平范圍。

（4）船體分段劃分應(yīng)充分考慮鋼材長(zhǎng)度與規(guī)格等材料條件，確保同一分段內(nèi)材料的統(tǒng)一性。

1.3船體裝配胎架的劃分

（1）正切胎架。該類(lèi)型胎架基準(zhǔn)面與船體肋骨剖面相垂直，呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)正切特點(diǎn)。該類(lèi)型胎架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作，能夠充分簡(jiǎn)化船體裝配中的劃線、安裝、檢測(cè)等多個(gè)環(huán)節(jié)的操作，在部分線形較小船體裝配中較為適用。

（2）單斜切胎架。該類(lèi)型胎架基準(zhǔn)面與船體肋骨剖面相垂直，同時(shí)與船體基面成一傾角，呈現(xiàn)斜切特征。該類(lèi)型胎架便于制作，以斜板為基準(zhǔn)側(cè)造易于操作。

（3）正斜切胎架。該類(lèi)型胎架基準(zhǔn)面與船體基線面相垂直，同時(shí)與肋骨剖面成一個(gè)傾角，適用于首尾部較大分段船體裝配。

（4）雙斜切胎架。該類(lèi)型胎架與船體基準(zhǔn)面成一傾角，且不垂直肋骨剖面。這種胎架形式能夠有效降低胎架高度，但制造、劃線、安裝等操作環(huán)節(jié)復(fù)雜，適用于線型變化較大的舷側(cè)分段船體。

2.船體裝配模型應(yīng)用分析

2.1分段構(gòu)件模型的建立

在船體裝配分段構(gòu)件模型建立過(guò)程中，相關(guān)構(gòu)件主要分為與船體曲面形狀相關(guān)和不相關(guān)兩類(lèi)。就與船體曲面形狀相關(guān)的構(gòu)件而言，模型構(gòu)建的主要對(duì)象為肋骨、肋板等，需要結(jié)合船體整體曲面設(shè)計(jì)需求進(jìn)行模型建立。該類(lèi)構(gòu)件模型的建立通常借助相關(guān)船體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)展開(kāi)，由數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部構(gòu)件編號(hào)進(jìn)行船體曲面形狀設(shè)計(jì)判斷，在相關(guān)的情況下，可通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)打開(kāi)曲面文件顯示構(gòu)件和船體的放樣剖面，從而進(jìn)行構(gòu)件與船體交線的計(jì)算，以此獲得構(gòu)件輪廓模型。相關(guān)腳線長(zhǎng)度信息可作為焊接裝配參數(shù)使用。在獲得構(gòu)件輪廓交線后，在線形位置添加相關(guān)控制點(diǎn)，對(duì)構(gòu)件曲面擬合度進(jìn)行控制，相應(yīng)控制點(diǎn)坐標(biāo)即為模型內(nèi)部排序條件，再以此為基礎(chǔ)創(chuàng)建文件，通過(guò)坐標(biāo)信息完成模型構(gòu)建。

2.2分段模型的裝配設(shè)計(jì)

分段裝配模型設(shè)計(jì)主要是對(duì)上述模型內(nèi)部參數(shù)的調(diào)整與修改。模型文件內(nèi)部裝配模塊通過(guò)參數(shù)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的優(yōu)化，將各構(gòu)件模型按照分段裝配要求進(jìn)行組裝，按照順序形成較大模塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分段裝配、分段總組、總裝合攏等操作，最終形成整船模型。分段模型裝配設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)構(gòu)件的裝配信息為參數(shù)化編號(hào)，可采用構(gòu)件裝配、分組裝配和分段裝配等形式進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以選擇單個(gè)構(gòu)件進(jìn)行瀏覽，也可以選擇一組構(gòu)件進(jìn)行裝配，裝配時(shí)出現(xiàn)重疊情況會(huì)顯示紅色，點(diǎn)擊干涉檢查后會(huì)列出相應(yīng)構(gòu)件信息。裝配后的配合關(guān)系被分成組放入名為“配合”的配合組中，裝配后的信息被保存在裝配表中，模型被保存為裝配體。

2.3分段裝配模型的管理

船體分段模型管理是保證整體設(shè)計(jì)合理性與構(gòu)件擬合度的關(guān)鍵，同時(shí)也是保證設(shè)計(jì)過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范性的重要基礎(chǔ)。在進(jìn)行模型修改的過(guò)程中，其他相關(guān)構(gòu)件的修改可根據(jù)相關(guān)性進(jìn)行方便改動(dòng)，如艙壁和艙壁上的縱骨的修改。對(duì)應(yīng)構(gòu)件的關(guān)聯(lián)修改只需修改主構(gòu)件的設(shè)計(jì)參數(shù)便可完成，設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián)修改模塊將自動(dòng)完成配合性的修改匹配，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)刷新后便可獲得新的模型設(shè)計(jì)方案。裝配體采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)來(lái)記錄裝配過(guò)程中的構(gòu)件特征及與之相關(guān)的特征，將各種參數(shù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，可輸出所建構(gòu)件的生產(chǎn)信息及主要設(shè)計(jì)參數(shù)。

2.4分段裝配順序顯示

分段裝配順序的顯示對(duì)于裝配操作的順利進(jìn)行有著關(guān)鍵的影響，同時(shí)對(duì)于船體裝配成本與效率有著決定性的影響。當(dāng)前，分段裝配顯示主要依托于CAD設(shè)計(jì)軟件內(nèi)部的計(jì)算程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于多步驟裝配操作進(jìn)行合理地顯示。同時(shí)，船體裝配設(shè)計(jì)參數(shù)與信息在虛擬裝配平臺(tái)內(nèi)部能夠?qū)ρb配顯示進(jìn)行一定的規(guī)范，從而對(duì)裝配流程的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)。在相關(guān)裝配步驟間存在干擾的情況下，系統(tǒng)能夠進(jìn)行提示，提醒設(shè)計(jì)人員進(jìn)行裝配順序修改，直至形成完整合理的裝配流程。在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ρb配方案進(jìn)行全過(guò)程模擬演示，通過(guò)碰撞檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)構(gòu)件重疊的地方。

3.船體裝配檢驗(yàn)與優(yōu)化研究

3.1工藝標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)

船體裝配工藝應(yīng)滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）船體中心線位置對(duì)稱(chēng)構(gòu)件應(yīng)與鋼板厚度中間值相同，如中底桁、甲板中桁材等。

（2）封閉型對(duì)稱(chēng)型材裝配應(yīng)與所在結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)軸相一致，如組合型材和軋制型材等。

（3）船體艙口圍板、主機(jī)基座等位置桁材裝配應(yīng)與自身中心線相吻合，位于船體中心線外側(cè)的結(jié)構(gòu)應(yīng)靠近自身中心線一側(cè)。

（4）邊水艙縱艙壁板取背中心線，邊水艙的縱艙壁板及頂邊水艙的斜傍板以背離中心線的一邊為理論線。

3.2運(yùn)行模擬檢驗(yàn)

船體裝配后的模擬運(yùn)行是檢驗(yàn)其裝配質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。具體是，將裝配后的船體通過(guò)軟件模擬其實(shí)際運(yùn)行，通過(guò)運(yùn)行過(guò)程對(duì)其實(shí)際使用效果進(jìn)行檢驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)或裝配不合理的地方，從而根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)模型設(shè)計(jì)以及裝配進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)相關(guān)模型的修成與裝配優(yōu)化。當(dāng)前借助軟件平臺(tái)進(jìn)行的船體裝配運(yùn)行模擬，通常采用逐次約束與條件作用相配合的形式進(jìn)行，單次運(yùn)行模擬結(jié)果并非最優(yōu)結(jié)果，需要進(jìn)行多次的調(diào)整與優(yōu)化并借助多次仿真模擬才能充分體現(xiàn)船體在實(shí)際水域中的運(yùn)行狀態(tài)。另外，優(yōu)化后的造船生產(chǎn)作業(yè)流程也不是一成不變的，需要在應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)過(guò)反復(fù)修正并通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)后，才能更好地加以實(shí)踐應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文針對(duì)目前所使用的虛擬分段裝配相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了研究，對(duì)船舶制造過(guò)程中結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)件進(jìn)行了分析，并針對(duì)分段裝配中模型的管理、信息的管理等內(nèi)容進(jìn)行了論述。本文詳細(xì)分析了船舶分段裝配首先需要將虛擬裝配信息存入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并驗(yàn)證可能生成的裝配路徑、順序，繼而對(duì)裝配路徑、信息進(jìn)行規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)虛擬干涉檢查以及裝配，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，為船舶數(shù)據(jù)產(chǎn)品模型的信息化集成設(shè)計(jì)與管理奠定了基礎(chǔ)。

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