船体冷加工

船体冷加工（精选7篇）

船体冷加工 篇1

0 引言

目前船体双曲度外板的形成主要是采用水火弯板工艺方法。水火弯板工艺在二十世纪五六十年代起源于日本, 由于其加工快, 操作灵活等优点而迅速应用于各造船厂中。现在世界各造船厂的水火弯板都是有由熟练的工人依靠多年的经验积累确定加工的各个参数并且由手工完成的。随着现代造船模式的转换和造船技术的发展, 这种模式已经远远不能满足现在的造船需求。因此, 水火弯板造船工艺革新迫在眉睫。现在各国造船界已经认识到了这一点, 在水火弯板自动加工设备研制也取得了一定的成果。

日本在水火弯板模拟系统中加入了计算机辅助自动加工技术, 并且已经实现了部分弯板的自动加工。美国在水火弯板自动加工中加入了激光束技术, 有了一定的突破。韩国汉城大学也研制了i CALM水火弯板自动加工系统。大连理工大学刘玉君等[1,2]人与大连新船重工合作联合开发了水火弯板加工工艺参数预报系统。上海交通大学董大栓等[3~5]人与广州广船国际股份公司联合进行研发了数控设备第二代水火弯板自动加工系统解决了一些曲度较小的帆型板, 而且只能进行一次加工, 不能进行二次加工。虽然世界各造船界在研制水火弯板加工工艺参数预报以及自动加工上取得了一定的效果, 但是距离全自动生产还有一段距离。

广东工业大学与广州广船国际股份公司联合进行第三代水火弯板机器人自动加工系统研发。该系统主要是功能是通过机器视觉[6]对待加工钢板进行云点采集, 从采集到的云点中提取其特征点坐标, 然后将这些数据传输到专家系统和成型板数据进行匹配, 从而确定火焰加工参数和火路规划路线, 最后将专家系统确定的参数传输到控制系统[7]进行全自动加工。当第一次加工钢板成型还没有达到要求时, 可以按照之前的步骤进行二次加工, 尽量减少人工操作。

本文主要研究水火弯板自动化加工过程中加工工艺参数确定以及火路线路规划生成, 从而建立船体外板自动化加工专家系统。

1 系统框架

船体外板水火弯板自动化加工专家系统主要包括四大模块和七大子系统。

四大模块:

数据预处理模块;

火路及加工参数预报模块;

自学习知识库模块;

数据接口模块。

七个子系统:

面三维点云数据预处理及显示子系统;

检测曲面及成形曲面匹配子系统;

船体外板形变规律数学建模子系统;

火路位置、火路加工参数预报子系统;

复杂曲面三维加工路径规划子系统;

工艺参数专家知识库子系统;

专家系统与运动控制系统及视觉系统数据接口子系统。

2 系统功能模块设计

针对船体外板设计和生产加工的需求, 我们设计的专家系统根据上一节介绍的功能框架, 为其设计了如下功能:

2.1 数据预处理模块

外板的数据主要是以横、纵向特征线上特征点的三维坐标表示。外板的横向特征线之间的相互间隔具有一定的距离, 通过广船国际提供的数据即可得知, 一般一条特征线上提供奇数个特征点。

2.2 火路及加工参数预报模块

2.2.1 外形板匹配

第三代水火弯板机工作之前, 首先应用木块或数字胎架将帆形板垫好并达到:钢板中线与地面相贴放平稳定不摇晃的效果, 这样才能保证与成形的特征点在xoy面的投影时其增量相同。

对点的作用是为了得到检测曲面成形特征点的当前位置。机器视觉扫描后得到的外板三维点云中对点的坐标值, 无论钢板成形状况如何, 都可通过特征点之间的成形数据x和y坐标值的关系进行推算, 得到成形时候的特征点目前在钢板上的位置。

匹配步骤1:每次根据成形数据中x和y方向的增量:dx1, dx2, dx3, dx4和dy1, dy2, dy3, dy4, dy5, dy6去找到成形特征点在加工板 (扫描板) 上当前的位置。

匹配步骤2:然后换算出各个每条特征线上各个特征点的到xoy平面的弦距线:L1、L2、L3、L4、L5、L6。

匹配步骤3:将L1、L2、L3、L4、L5、L6与成形板所要求的进行对比。

匹配步骤4:不断重复步骤1, 2和3, 直到成形。

待加工外板和成型外板特征点弦距线对比匹配示意图如图1所示。

令检测板中其中一个特征Ni, j点的弦距线为Iti, j，该特征点在目标板中对应的弦距线Imi, j。

如果该特征点满足 (1) 式, 则表示该特征点成型良好。对于整块板令:

如果整块板上的特征点满足 (2) 式, 则表示整块板成型良好, 不需要进行二次加工, 否则, 还需要进行二次加工。

2.2.2 火路线路规划

水火弯板的加工主要有三种类型的火路, 横向火路, 纵向火路和扭位火路。

1) 横向火路规划

根据工人推算方法, 横向火路的加工一般为两种形式。

形式1:根据匹配找到未成形的横向特征点, 然后这些未成形的横向特征点之间的连线为横向火路 (未成形特征线相邻形式) 。

形式2:根据匹配找到未成形的横向特征点, 然后这些未成形的横向特征点之间的连线为横向火路, 其中火路不经过成形的特征线 (未成形特征线之间夹着成形的特征线) 。

2) 纵向火路规划

根据工人推算方法, 纵向火路根据纵向特征线上的特征点距离xoy面的弦距线与成形时候的需求对比, 哪个点不够则该特征点附近到上、下板边的为纵向火路, 每个特征点附件的纵向火路条数布置两条。再不停的进行匹配, 不断生成火路, 直至纵向基本成形。

纵向火路决策, 去各条特征线的中间特征点, 然后对比其他点的弦距线。

决策规则:若检测特征点未达到成形的需求, 则火路布置方法如所示, 第一条位置:左板缝开始余量+d, 一次类推, 条数则根据欠缺的弦距线的总和多少来确定布置多少条。

3) 扭位火路规划

根据工人推算方法, 该种火路的特征点的匹配方式和横向匹配一样, 但是其火路的生成形式不一样, 编制船体外板成形专家系统软件时, 由人工选择火路按钮生成不同形式的火路。

2.2.3 水火弯板形变数学模型

通过实验验证, 影响水火弯板形变的主要工艺参数有, 加热速度, 加热线长度, 钢板厚度、加热顺序, 等。加热速度与弯板变形的关系是:加热速度越慢, 弯板在加热线附近的收缩量就越大, 但是也会因为加热速度过慢, 局部的温度过高, 从而破坏了弯板的材质。如果加热速度较慢, 弯板局部温度较低, 弯板产生的形变也较小。所以要根据弯板的厚度来确定加热的速度。在其他影响因素不变的情况下, 实验表明:加热线长度越长, 弯板局部收缩量越大。钢板厚度越大, 所需加热的能量也就越大, 弯板的形变也就越小。在加热顺序影响因素上, 同一焰道的起始加热线产生的局部形变小于其他加热线产生的局部形变。

综上所述, 弯板局部产生的形变函数表示形式为:

式中△表示加热线附近的局部收缩量, v表示加热速度, l表示加热线长度, h表示钢板厚度, s表示加热顺序。s的取值为0或1 。s=0表示该加热线不是起始加热线, s=1表示该加热线为起始加热线。

2.3 自学习专家库模块

2.3.1 船体外板信息数据库建立

自学习专家库主要包括:外板基本信息表、成型度表、外板类型表、外板成型状态表、火路工艺表和火路位置表。专家系统通过SQL Server开发接口函数实现相互调用。

专家系统通过SQL Server编程语句, 实现对应钢板的参数调用, 和外板的信息参数、编辑、删除、添加等功能。主要用于对于外板火路工艺的存储和工艺参数的调用:每张加工过的板材, 生成的火路工艺参数可以用于下次的加工。

2.3.2 火路坐标备份

外板板形自学习形式, 主要学习的内容为:板型三维点云坐标、火路位置信息等。

其中加热线的位置分布主要由下距尾、距前排、准线距尾、距前排、上距尾、距前排、距上边和距下边各个参数决定。

外板火路备份成形表都对应其下步火路坐标, 保存在数据库中, 通过SQL Server关系数据库调用函数进行调用生成火路。

加工参数专家知识库中保存的有船体外板当前的成形状态, 即三维点云, 及它的下步火路位置参数和火路工艺参数。

2.4 数据接口模块

2.4.1 专家系统与机器视觉数据接口

专家系统采用后台运行的方式, 与机器视觉系统的数据通信方式具体如下:

视觉系统将扫描到的数据通过TCP/IP协议传输到专家系统, 专家系统生成三维点云数据进行预处理, 通过计算预报出火路规划路线和加工工艺参数。

2.4.2 专家系统与运动控制系统接口

专家系统生成的火路工艺参数和火路位置参数通过进程间的通讯与运动控制系统进程进行通讯。首先专家系统运行在后台, 通过创建套接字:Socket, 将每一条火路坐标的离散点发送至运动控制系统, 再发送火路参数。Socket具体做法如图2所示。

3 系统应用

应用本系统对广州广船国际股份有限公司建造的5.5万吨船中的一个BG3-DD帆型板进行实验测试。该板的基本信息如表1所示。

将待加工钢板放置平稳之后, 通过机器视觉扫描钢板, 提取其特征点的三维坐标, 特征点三维坐标。本次实验获取到的特征点坐标和目标板中特征点坐标如图3所示。经过专家系统后自动确定的火路加工参数起始点坐标如图4所示。

4 结论

通过专家系统确定水火弯板加工参数是水火弯板成型自动化研究的一个重要组成部分。本文将工人的弯板加工经验转化为计算机算法以及建立工程数据库, 应用VS2010开发环境开发了船体外板成型专家系统。该系统通过机器视觉获取到的船体外板特征点的坐标和目标板对应的特征点坐标进行匹配, 确定该板的加工工艺。该系统还有自学习功能, 但是自学习功能现在还不完善, 还需进一步改进。通过将来的进一步升级, 该系统有望在广船第三代水火弯板机器人自动加工系统中使用, 并得到进一步推广。

摘要：船体外板自动化加工过程中, 加工参数的确定是一项重要的组成部分。针对船体外板的设计和生产需求, 将工人的加工经验转化为计算机算法, 建立系统功能数据库, 并且根据系统工作流程图开发了船体外板自动化加工专家系统。能够通过机器视觉扫描到的待加工钢板和目标板数据匹配确定加工参数。

关键词：船体外板,自动化加工,专家系统

参考文献

[1]刘玉君, 纪卓尚.船体帆型外板水火成型工艺参数预报系统[J].中国造船, 2000, 41 (3) :80-83.

[2]刘玉君, 郭培军, 纪卓尚, 等.基于遗传算法的水火弯板工艺参数预报方法研究[J].大连理工大学学报, 2006, 46 (2) :235-240.

[3]董大栓, 柳存根, 谭家华.帆形板水火弯板加工的研究[J].造船技术, 2002, 1.

[4]董大栓.水火弯板成形规律及加工参数的确定研究[D].上海交通大学, 2002.

[5]董大栓.水火弯板成形规律及加工参数的确定研究[D].上海交通大学, 2002

[6]钟华, 程良伦.水火弯板机系统中三维重建技术的研究[J].制造业自动化, 2013, 35 (15) :102-104.

[7]陈翀, 程良伦.基于MC464水火弯板机八轴运动控制系统的设计[J].制造技术与机床, 2013 (6) :40-44.

船体装配关键技术研究 篇2

1. 船体装配的工艺探讨

1.1 船体装配基本流程

(1) 部件装配:将标准化生产的船体零件通过焊接组合的方式形成相应的组件, 完成部件装配流程。

(2) 分段装配:在完成部件装配环节后, 将相应部件根据船体分段结构进行焊接组合, 形成分段船体, 完成分段装配流程。

(3) 分段总组:在船体分段装配完成后, 根据曲面分段等标准进行组装, 完成船体主体结构拼装焊接。

(4) 总装合拢:将船体分段总组部分在船台进行整体焊接组装形成完成船体。

其中, 船体分段制造方法包含以下几种:

放射法:首先进行船体纵骨的安装, 然后以纵骨为中心进行船体肋板与间断桁材的安装, 板材间交叉安装, 最后进行桁材吊中。

插入法:首先进行船体间断桁材的安装, 然后进行肋板安装, 最后进行桁材吊中, 该制造方法适用于横骨架或中型船。

框架法:根据船体分段标准进行划线与铺板焊接, 在船体胎架上进行框架搭建, 最终通过分段焊接完成船体装配。该方法是当前船体装配工艺应用较为普遍的形式。

1.2 船体装配分段划分及编码方法

船体装配分段划分首先应满足装配工艺可行性标准, 按照船体装配流程与进度进行分段划分, 保证生产的连续性与各段船体装配的均衡性。根据装配对象船体特征进行分段, 保证结构对接强度要求。

具体要求包含以下几个方面:

(1) 船体分段划分应保证相应自动化装配焊接设备的展开与应用。

(2) 分段位置应保证一定的接缝裕度, 控制结构整体合理性, 便于进行装配操作。

(3) 分段结构接头部位形式应与装配工艺相匹配, 船体板材与骨架相错开, 间距维持在一档肋距水平范围。

(4) 船体分段划分应充分考虑钢材长度与规格等材料条件, 确保同一分段内材料的统一性。

1.3 船体装配胎架的划分

(1) 正切胎架。该类型胎架基准面与船体肋骨剖面相垂直, 呈现结构正切特点。该类型胎架结构简单, 便于制作, 能够充分简化船体装配中的划线、安装、检测等多个环节的操作, 在部分线形较小船体装配中较为适用。

(2) 单斜切胎架。该类型胎架基准面与船体肋骨剖面相垂直, 同时与船体基面成一倾角, 呈现斜切特征。该类型胎架便于制作, 以斜板为基准侧造易于操作。

(3) 正斜切胎架。该类型胎架基准面与船体基线面相垂直, 同时与肋骨剖面成一个倾角, 适用于首尾部较大分段船体装配。

(4) 双斜切胎架。该类型胎架与船体基准面成一倾角, 且不垂直肋骨剖面。这种胎架形式能够有效降低胎架高度, 但制造、划线、安装等操作环节复杂, 适用于线型变化较大的舷侧分段船体。

2. 船体装配模型应用分析

2.1 分段构件模型的建立

在船体装配分段构件模型建立过程中, 相关构件主要分为与船体曲面形状相关和不相关两类。就与船体曲面形状相关的构件而言, 模型构建的主要对象为肋骨、肋板等, 需要结合船体整体曲面设计需求进行模型建立。该类构件模型的建立通常借助相关船体设计数据库展开, 由数据库内部构件编号进行船体曲面形状设计判断, 在相关的情况下, 可通过数据库打开曲面文件显示构件和船体的放样剖面, 从而进行构件与船体交线的计算, 以此获得构件轮廓模型。相关脚线长度信息可作为焊接装配参数使用。在获得构件轮廓交线后, 在线形位置添加相关控制点, 对构件曲面拟合度进行控制, 相应控制点坐标即为模型内部排序条件, 再以此为基础创建文件, 通过坐标信息完成模型构建。

2.2 分段模型的装配设计

分段装配模型设计主要是对上述模型内部参数的调整与修改。模型文件内部装配模块通过参数的调整实现设计目标的优化, 将各构件模型按照分段装配要求进行组装, 按照顺序形成较大模块, 进而实现分段装配、分段总组、总装合拢等操作, 最终形成整船模型。分段模型装配设计过程中, 相关构件的装配信息为参数化编号, 可采用构件装配、分组装配和分段装配等形式进行设计验证。设计人员在进行装配设计的过程中可以选择单个构件进行浏览, 也可以选择一组构件进行装配, 装配时出现重叠情况会显示红色, 点击干涉检查后会列出相应构件信息。装配后的配合关系被分成组放入名为“配合”的配合组中, 装配后的信息被保存在装配表中, 模型被保存为装配体。

2.3 分段装配模型的管理

船体分段模型管理是保证整体设计合理性与构件拟合度的关键, 同时也是保证设计过程标准与规范性的重要基础。在进行模型修改的过程中, 其他相关构件的修改可根据相关性进行方便改动, 如舱壁和舱壁上的纵骨的修改。对应构件的关联修改只需修改主构件的设计参数便可完成, 设计系统内部关联修改模块将自动完成配合性的修改匹配, 设计人员进行设计刷新后便可获得新的模型设计方案。装配体采用树状结构来记录装配过程中的构件特征及与之相关的特征, 将各种参数保存在数据库中, 可输出所建构件的生产信息及主要设计参数。

2.4 分段装配顺序显示

分段装配顺序的显示对于装配操作的顺利进行有着关键的影响, 同时对于船体装配成本与效率有着决定性的影响。当前, 分段装配显示主要依托于CAD设计软件内部的计算程序来实现, 对于多步骤装配操作进行合理地显示。同时, 船体装配设计参数与信息在虚拟装配平台内部能够对装配显示进行一定的规范, 从而对装配流程的合理性进行检验。在相关装配步骤间存在干扰的情况下, 系统能够进行提示, 提醒设计人员进行装配顺序修改, 直至形成完整合理的装配流程。在此过程中, 设计人员能够对装配方案进行全过程模拟演示, 通过碰撞检测可以发现构件重叠的地方。

3. 船体装配检验与优化研究

3.1 工艺标准检验

船体装配工艺应满足以下标准:

(1) 船体中心线位置对称构件应与钢板厚度中间值相同, 如中底桁、甲板中桁材等。

(2) 封闭型对称型材装配应与所在结构对称轴相一致, 如组合型材和轧制型材等。

(3) 船体舱口围板、主机基座等位置桁材装配应与自身中心线相吻合, 位于船体中心线外侧的结构应靠近自身中心线一侧。

(4) 边水舱纵舱壁板取背中心线, 边水舱的纵舱壁板及顶边水舱的斜傍板以背离中心线的一边为理论线。

3.2 运行模拟检验

船体装配后的模拟运行是检验其装配质量的关键环节。具体是, 将装配后的船体通过软件模拟其实际运行, 通过运行过程对其实际使用效果进行检验, 从而发现质量薄弱环节或装配不合理的地方, 从而根据模拟结果对模型设计以及装配进行调整, 实现相关模型的修成与装配优化。当前借助软件平台进行的船体装配运行模拟, 通常采用逐次约束与条件作用相配合的形式进行, 单次运行模拟结果并非最优结果, 需要进行多次的调整与优化并借助多次仿真模拟才能充分体现船体在实际水域中的运行状态。另外, 优化后的造船生产作业流程也不是一成不变的, 需要在应用过程中经过反复修正并通过实践检验后, 才能更好地加以实践应用。

结语

综上所述, 本文针对目前所使用的虚拟分段装配相关内容进行了研究, 对船舶制造过程中结构模型的构件进行了分析, 并针对分段装配中模型的管理、信息的管理等内容进行了论述。本文详细分析了船舶分段装配首先需要将虚拟装配信息存入相应数据库中, 并验证可能生成的装配路径、顺序, 继而对装配路径、信息进行规划, 从而实现虚拟干涉检查以及装配, 及时发现设计中存在的问题, 为船舶数据产品模型的信息化集成设计与管理奠定了基础。

摘要：随着科学技术水平的不断提升, 我国船舶制造行业进入了新的发展阶段, 船体装配技术的应用更是呈现出了新的特点。船体装配过程中, 构件组装与分段装配是影响整体工艺水平与效率的关键环节, 其中涉及的影响因素较多, 需要采取系统性的技术应用流程才能保证船体装配的正常进行。在当前的船体装配过程中, 引入数字信息化的建模、设计、装配以及模拟功能, 通过仿真系统实现了高效的船体装配技术应用。本文以船体装配技术工艺要点展开论述, 探讨分析了数字化平台上船体装配关键技术的应用, 旨在提供一定的参考与借鉴。

关键词：船体,装配,设计,模拟

参考文献

[1]孔凡凯, 张家泰, 钟宇光.船体分段模块装配工艺决策研究[J].海军工程大学学报, 2015 (5) :63-67.

[2]魏莉洁, 蔡厚平, 施利娟.船体装配仿真实训系统的设计与开发[J].船海工程, 2014 (6) :48-51.

[3]战翌婷, 刘玉君, 邓燕萍.船体结构分段装配研究[J].造船技术, 2011 (6) :22-24+45.

[4]陈昌骏.船体分段装配焊接工艺流程以及变形的预防与矫正[J].中国水运 (下半月) , 2013 (1) :122-123.

船体生产设计精度控制技术 篇3

1 船体生产设计精度控制技术工程的意义

造船精度管理隶属于管理技术的一类, 但是又区别于笼统的管理技术。造船精度管理通过科学、合理地建立起来的精度标准, 运用行之有效的管理方法, 同时对工艺和设计进行改良, 对船舶制造的过程进行全方位细致化的精度管理、修正、分析和掌控, 通过这一系列的动作, 将船舶制造所需要的各个部位的零部件制作出来, 并且保证这些零部件的精准度能够达到制造所要求的标准。这对研究船体精度管理体系有十分重要的工程意义。

首先, 造船精度管理实质上是转换造船模式, 它是实现壳、舾、涂一体化的重要基础。其次, 世界上造船技术较为发达的国家都采用这种技术, 要想提高我国船舶制造业的竞争力, 就要遵循“科技是第一生产力”的指导方针, 加强我国在高精度制造技术上的投入, 提高造船质量和造船水平, 同时降低造船成本, 因为船体精度管理的最重要理念就是以精度控制为基本出发点, 运用先进的管理体系和精密的工艺技术对船舶建造进行细致全面的尺寸和技术分析、控制, 这样就能保证在建造初始环节就能得到良好的监督, 可以在极大程度上避免后期返工, 提高了工作效益的同时也大大降低了建造成本。最后, 加强造船精度控制管理体系的建立还可以开拓我国的船舶市场。

2 船体生产设计中精度控制技术研究的内容

2.1 积极运用补偿量系统

船体生产设计中精度控制技术重要项目是用补偿量来代替余量。补偿量系统的几大要点有:1) 精确测量并如实记录船舶制造过程中的各零部件以及各种设施设备的尺寸, 建立起精密的零部件数据库;2) 根据数据库的记录开始对船体零部件进行细致的量化分析, 以建立起相应的切割补偿量、焊接补偿量、曲面成型补偿量预测以及合拢装配补偿量预测的数学模型等。

2.2 应用高精度曲面展开技术

此项技术包括几项较为复杂的项目, 有单元板的拼接精度技术、有限单元方法在实际工作中的应用研究等等。要圆满完成这项技术的运用, 还要求有两个前提, 一是精准高标地完成曲面外板的加工成型, 二是完成补偿量建模工作。

2.3 确定要运用加工方法

确定应用何种加工方法是精度控制技术得以准确投入使用的前提。不同的加工方法所要求的加工数据各不相同, 会对船舶的整体建造造成较大影响。

3 船体建造的胎架结构

目前, 活络胎架在造船过程中的运用十分广泛, 纵、横都需要加强连接是每两个活络胎之间的特点, 这能阻止在安装配备过程中出现的分段偏差、变形现象的出现。同时, 安装要注意胎架要与板紧密结合, 使得线型平整、光顺。要注意的是, 胎架是精度控制技术总的基础, 同时也是各个工作队分工安装的总依据。胎架若出现了误差, 就会造成各工作队的误差以及总工程的偏差, 造成不可挽回的后果。因此, 胎架的设计要求模板制造尺寸十分的精确、也要总体尺寸的精确等, 还要有足够的连接刚性和整体四角水平。

4 船体建造过程中加放补偿量的问题

构件是船舶制造的基本单元, 这需要设置系统的补偿量。补偿量指的是在加工、安装、配备的过程中加放的一定的补偿值。它分为冷加工余量补偿, 热加工余量补偿等。

4.1 热加工余量加放原则

第一, 船体板材的热加工余量。样箱加工的方法是用在单板进行双曲面热加工的时候, 需要加放100mm余量在应角上面;第二, 船体型钢的热加工余量。两端各需要加放型钢高度的1.5倍的方法是型钢在进行热加工时必须要注意的。

4.2 冷加工余量加放原则

第一, 船体板材在进行冷加工时候的余量——单曲面冷加工时不需要加放余量;第二, 船体型钢的冷加工余量——在进行船体型钢冷加工的时候, 两端分别加放400mm。

4.3 其他余量加放原则

第一, 切割零件、放样的时候需要加放割缝补偿量;第二, 大型弯板机预弯边缘需要根据设备的要求来决定加放一定的工艺余量。主要提到的是压头余量头船体的原则。1) 船坞基准定位分段的艏、艉环形接缝处的端点需要正足;2) 由船坞搭载的、其他分段的艏、艉端以基准定位分段为基准;3) 艏艉端机舱半立体分段要求傍板下口和前后接缝的一端都要加放一定的补偿量;4) 货舱区舷侧分段处, 要根据要求和实际情况加放补偿量;5) 散货船的货舱区舷侧一定的位置的补偿量加放5mm;6) 上顶边水舱分段中的外板下口需要加放补偿量;7) 下边水舱分段中, 内口需要加放;8) 货舱区的甲板分段、左右舷端头等加放5毫米补偿量。

4.4 设置对合线

传统的造船方法基本上是在各个装配阶段保留余量, 在装配过程中, 根据实际情况修改船体的零部件, 切除工艺余量后再行组装, 在此过程中要对船体进行重新的测量、然后划线、接着切割以及装配等耗费工时和材料的程序。据了解, 船体制造的工作量多数情况下与分段建造的精度密切相关, 在船舶建造时, 在拼接板材合适的位置上设置对合线, 对作业者调整设计的方正度是十分有利的, 用此方法, 既能够减少建造工程的返工率, 又能保证安装配备的良好质量。在分段施工中, 通过设置线型模式以及在装配的时候进行尺寸对合, 便可准确的分析出分段界面的扭曲度, 进而加以修正, 保证工程精度。

总的来说, 板材的长度、宽度、厚度、板材结构的质量以及船舶的建造方法对补偿量的加放发挥着作用。

5 结论

船体在施工中必须遵守与造船相关的工艺方面的规程, 得出最精准的监测标准和范围, 与此同时还需要发展检测方面的技术水平, 积累精确的实测数据。为后续的造船工程提供合理的精度控制的资料。

参考文献

[1]马强, 陈杨.船体分段装配的工艺研究[J].科技资讯, 2010 (24) .

[2]曾毅, 严刚, 胡学明.船舶建造过程中尺寸精度的控制[J].中国水运, 2009 (8) .

当前船体结构设计探讨 篇4

1 结构设计的要求

船体结构设计要以使用性能为参考,在保证安全性能的前提下,进一步美化外观。船只的安全航行是一切利益的保证,船体的稳固是设计的核心理念,结构建构要符合力学原理,参考实际的航海条件,充分考虑天气、水文因素的影响,能够应对出航线路中的极端天气,结构承重性要有保证,外形设计也要配合航行的动力要求,设计船体时要综合多方面经验,合理构建、计算,科学设计。

结构稳定的进一步要求是建造技术水平要配合设计要求。建造时要充分考虑设计参考材料的性能,例如,板材的使用要能适应船体设计的弯曲度,过厚或者过薄都不能实现设计预期。不能为节约成本而以次充好影响质量。

实用性是设计角度必须纳入参考体系的问题,船体、船舱、甲板等设计要根据实际的装载要求合理设计,既能容纳预计的人员或货物,同时也要考虑安全舒适度。

船体设计时考虑的关键因素是预算和使用,从安全性能角度,实用性是基本要求;从后期投入使用后的成本结算角度,设计师要根据预算做出相应的技术调整,寻找安全和利益的最佳结合点,以经济的设计原则减少不必要的材料浪费,选择高科技的轻便、安全材料。

2 结构设计的基本内容

设计船体的基本工作包括:确定初步的结构方法、按照预算和设计要求提供使用材料的型号报告、上报船体合成技术。基本的设计理念是实用性和经济性,采用承重性好的板材,同时要考虑其重量的限制条件,可以考虑采用轻便节约的新型的合成板材。基本的设计步骤按照规划过程可分为基本的设计、细节的规划和生产技术要求,分阶段实现设计。

(1)初步设计。初步的规划是根据技术标准和设计要求对设计任务进行框架性的建构,建立基本的图纸预想稿,根据预案和设计技术要求对材料、部件的型号和用度建立预算方案并形成预算报告,对船体的大小、结构方式进行设计。

(2)详细设计。前期的设计是框架性的大体预想,细节的设计要依照相关的审批意见作出调整,充分考虑到建造过程细节,再次确定各构件的型号、材质,形成符合设计要求的较为系统的设计方案,绘图后连和设计方案阐释交由审批部门。

(3)生产设计。即生产要求、材料使用注意事项、施工详细说明图配合的设计方案。

3 结构设计的过程

船体结构在设计之初是分体分段的细致设计,有多重部件组合而成,一体化的设计在目前的技术水平限制下很难实现预想,并且容易出现局部的设计缺陷。分结构的设计虽然要考虑组合、连接的实际问题,但易于设计和建造,小规模的设计、生产、检验更容易实施。船体分段设计时是将结构分解为有机联系的几部分,根据实际的首、尾或者上、下的结构进行拆分,分组设计建构,同时要考虑到组合后的一体性,在设计分组拆分时要做好统筹工作,考虑到后期组装工作的各个细节。

船体的负荷性能与船体的构造、材料、重量的内部性能有关,同时还受到海上条件的负面影响。而船体自身的质量是关键的因素,在设计规划中船体结构需要进一步的衔接、加工,其质量、结构也是动态变化的过程,载荷能力的测算是过程性的计算,需要通过系统的信息整合实现最终的承重估计,并且要充分考虑到航行条件的限制。

4 船体结构型式

船体结构的基本方式是板和型材的组合,又称板架结构。根据结构所处的位置和做用,人为地把他们分成若干板架,如船底板架,甲板板架,舷侧板架和舱壁板架。由船体梁分析可知,甲板和船底板架相当船体梁的上下冀板,舷侧板架相当船体梁的腹板,他们的做用不同,骨架排列方式也不一样,通常分成纵骨架式和横骨架式结构。

大型的船舶设计要根据实际的承重要求调整相关的架构方式。甲板和底部的设计可采用纵向的承重骨架,通过支撑力增加船体的安全性能,板材也要满足基本的受力要求,同时要考虑极端条件下的承重上限、船舷应根据实际设计横向的结构,保证受力均匀、载重性能好,横向的设计另一优点是占用空间小,能够为船体设计提供更大的舱容。

在纵向结构的装配过程中,有较多的纵向构件要穿越横向构件,在分段合拢时,纵向构件的接口较多,这些都使得纵骨架式结构装配比较困难,所以有些情况下,即使甲板和船底也采用横骨架式结构。

对于干货船,上甲板宜于采用横骨架式结构的情况是:

(1)船长小于10米时;船长在10米至130米以内L/D小于12;总弯矩比较小,中刨面模数要求值比较小,局部强度条件成为主要的。

(2)上甲板经常放置货物,因而横向载荷较大,如果采用纵骨架式结构,较大的横梁会影响舱容。

对于船底宜采用横骨架式结构的情况是:(1)船长小于10米,L/D小于12时,船底外板的厚度不是由强度条件来决定,而是由锈蚀磨损来控制。(2)船的中垂弯矩远大于中拱弯矩。(3)船底易于搁浅,或舱内用抓斗起货而舱底无护板时,船底板厚度主要由磨损来决定。

舷侧结构型式,由横舱壁间距和甲板到舱底距离而定。一般垂向距离较小宜采用横骨架式,这对冰区航行尤为重要。丹东地区冬季常有漂浮冰排,船舶舷侧结构骨架型式就要考虑这一因素。

5 结构钢材的选择

船体材料从承重和航行条件的要求下,多采用结构稳定的钢结构,具体的设计还要配合不同性质的材料,轻便、结合性好的铝材料、混凝土等都可以是配合的材料、钢结构是设计主体,在保证其质量和性能的前提下,要考虑使用质量轻、易联合的材料,以满足复杂的设计工艺要求,多重材料的组合不仅满足技术要求,还能最大限度地节省钢材料,减少费用预算。材料的使用要满足结构的稳定和航行的安全,充分考虑海水等外在条件的影响。小型的船只设计要采用稳定强的横式机构,并加大板材的厚度,以满足基本的安全航行要求。大型船舶设计要考虑减轻材料的重量以控制船体的质量,满足航行、货运等承重。

参考文献

[1]郑洲榕.59米拖船船体结构设计及若干问题研究[J].机电技术,2005(2).

[2]王广戈.梁肘板的初步研究[J].造船技术,1989(7).

[3]谢永和.船体舱段优化设计[J].船舶工程,2005(2).

[4]王运龙,纪卓尚,林焰.散货船现状及其发展趋势[J].船舶工程,2006(1).

船体分段合拢设备方案设计 篇5

船体分段是由各种零、部件组装而成的船体局部结构。船舶的外壳一般是流线型的, 只有船中附近的线型趋于平坦。把一船体分成分段后, 根据其内部结构特点, 有的分段结构复杂, 外板曲度大, 称为曲面分段或非平面分段;而有些分段的外型是平直的或近似平直的, 结构简单有序, 称为平面分段。平面分段至少有一个面完全平直。而船体分段依据其所在船体结构位置的不同又可分为甲板分段、舷侧分段、底部分段、舱壁分段和上层建筑分段。船体分段划分的基本原则为保证船体强度分割的合理性;原材料的最大利用率;起重设备能力的最大利用率;施工工艺的合理可操作性;施工生产的均衡性等。对于每个船厂, 根据其实际情况的不同, 在遵循以上的基本原则的前体下, 还要考虑很多方面的原因, 最主要的是根据生产工艺以及船厂的起运设备的吊运能力来划分船体分段, 有时候还要考虑船台、场地、道路、桥梁承重等多方面的因素。

船舶建造的方式有很多种, 如总段建造法、塔式建造法、岛式建造法、串联建造法等。其中, 总段建造法船台装焊工作量少, 工作条件好, 有利于缩短船台周期。现代造船模式要求全面推行分段总组建造法。对船厂而言, 要结合总装造船作业优化主流程, 尽量减少分段总组的数量, 增加其重量, 结合企业实际情况, 有选择地发展巨型总段建造、船坞快速搭载、平地造船、浮船坞造船等新技术, 最大限度地发挥船台 (坞) 核心生产资源的能力。现在大部分船厂都在积极地推行分段总组建造法, 要求尽量减少分段数量, 增大总段重量。为了更快、更多地造船, 近年来韩国船厂开始应用巨型总段建造法, 其中吊进船坞进行大合拢分段的重量已提高到2000t~3000t。对船体建造而言, 又可划分为零件加工、部件、装配 (小组) 、分段装配 (中组) 、分段组合 (总组) 、船台合拢五个作业阶段。在船台装配合拢中, 底部分段装配定位工作量颇大, 一般占船台上主船体装配工作量的4 0%~50%。但是由于船体分段结构形式的多样性和复杂性, 船体分段合拢设备并不能适用于所有的分段, 其适用范围为平直的或是底部外板曲度较小的船底分段, 以及带有平直或曲度较小底部的总段。传统的底部分段的船台定位作业处于繁重而落后的手工操作状态, 底部分段的高度位置主要依靠安放在墩位上的油压千斤顶进行调节。为了搁置分段, 必须经常搬运及叠放沉重的墩木。这些手工操作的装备数量多、重量大, 而且船底与船台表面之间的距离仅1.2m~1.6m, 作业往往是在人不能直立的条件下进行, 工效低、工时多、劳动繁重。而船体分段合拢设备, 其主要作用是在船台装配时完成待定位分段相对于基准分段在空间位置、姿态的定位和调整, 改变以往船台合拢作业长期占用吊机、依靠工人手工操作状态, 提高船台装配合拢的质量和效率, 缩短船台周期。

船体分段合拢设备的设计、使用应该和船厂的具体生产工艺相结合, 其使用方法与待合拢的分段的重量有很大关系。对于整体式设备而言, 其最大承载能力已经限定, 而分体式设备的单台承重能力是确定的。分体式设备使用时一般是4个成一组, 根据船体分段大小以及控制方式去选择使用的组数, 可多组设备联控使用。同时控制多组船体分段合拢设备也可以完成巨型分段在船台 (坞) 的装配, 但这对分段合拢设备的控制有很高的要求。

2 船体分段合拢设备方案设计

船体分段合拢设备主要用于船台 (坞) 上船体分段合拢作业时待合拢分段在空间上位姿的调整定位, 采用分体式结构形式。整个系统由机械系统、液压驱动系统、控制系统组成, 本文主要研究机械系统, 按照其功能可以分解为上部的移船定位模块和下部的结构支撑模块。船体分 (总) 段在船台合拢时, 要通过两种调整:位置调整和姿态调整来实现待合拢分段与基准分段的准确定位。位置调整是指分 (总) 段在空间三个维度上 (X, Y, Z方向) 的平移运动, 姿态调整则指分段绕空间坐标轴的旋转。在姿态调整的同时, 会伴随产生一定的位置变化。船体分段合拢过程中, 对于分段的定位精度, 一般要求为2mm, 外高桥船厂要求达到lmm, 各个船厂对精度控制的实际需求要根据具体情况而定。要实现上述功能, 考虑到某船厂实际生产的精度要求, 设备采用一组三维微控液压油缸来实现。在船高方向布置一个主油缸, 在船宽和船长方向分别布置一个副油缸, 利用伺服控制系统精确控制每个油缸控制量的变化量, 从而实现船体分段合拢过程待合拢分段的位姿调整。上部移船定位模块依靠下部的结构支撑, 而支撑结构则根据船厂具体生产工艺、设备使用空间以及船体分段大小等情况进行设计, 一般可分为有轨式和无轨式。其中有轨式具有在船台 (坞) 轨道上行走功能;无轨式放置位置比较灵活, 作业时直接与地面接触, 可用叉车或吊车运输, 也可选择自带动力行走。

3 有轨式合拢设备方案设计

(1) 依靠卷扬机的牵引, 合拢设备空载运行, 用平板车将待合拢的船体分段移动到预定位置, 并按位置放置好。 (2) 利用吊车将分段吊往基准分段附近, 进行粗略的对位, 同时移动分段合拢设备保证位置大致正确。 (3) 通过控制吊机将分段慢慢地放下, 在此过程中注意合拢设备的定位, 通过控制主顶升油缸, 以使船体分段与合拢设备接触并得到稳定支撑。 (4) 去除吊钩, 撤出吊机, 使用合拢设备进行待合拢分段的支撑。 (5) 通过控制合拢设备对分段的定位进行微调, 使其与基准分段定位准确。 (6) 通过点焊以及一些定位装置 (如拉马) , 来固定分段的定位。 (7) 增加固定的支撑墩, 对船体进行稳定支撑, 然后进行连接焊接。 (8) 降下顶升液压缸, 移出合拢设备, 进行后续分段的定位和支撑。

4 无轨式合拢设备方案

有轨式合拢设备在定位控制上较为简单, 具体表现在船长方向的定位方便快捷, 但是这种设备需根据船厂具体的轨道形式以及船厂的生产形式来决定其结构形式和尺寸。而无轨式合拢设备则没有这么多的限制条件, 使用更加灵活, 但是定位的控制相对而言难度较大。和有轨式合拢设备一样, 无轨式合拢设备按照系统功能可以分为上部的移船定位模块和下部的结构支撑模块。相比之下, 其结构布置时, 不需要用于轨道行走的钢轮, 可以加装电机驱动的行走小轮实现设备自身的移动和运输, 支撑结构可以更加紧凑, 其结构形式也更加灵活。

参考文献

[1]刘馨潞.船体分段无余量建造与分段中合拢的实践[J].中国水运 (学术版) , 2007, 7 (11) .

[2]韦林毅.中小型船舶分段无余量建造工艺实践[J].广东造船, 2008 (2) .

简述船体分段装配流程图 篇6

1 Assembly planning模块

TRIBON系统是瑞典KCS公司研制的用于造船设计和生产的专业软件, 是集计算机辅助设计与建造和信息集成于一体, 并覆盖船体、管系、电缆、舱室、涂装等各个专业的船舶专业软件。其中的Assembly planning模块, 主要是用于将船体结构, 舾装件, 管系, 电气设备等按照不同的装配阶段和装配顺序进行归类收集, 然后进行模拟装配, 使各零件具有了装配代码, 通过计算机模拟造船, 使设计人员在模拟造船过程中发现装配的问题和模型自身的问题, 做出相应的修改。该模块还提供了强大的出图功能, 可以出装配流程图, 以部件为单元, 通过立体图和平面图, 配以简单工艺说明, 全面直观的反映了装配作业信息。

2零件工位编码

零件是指组成船体结构的最基本单元, 指仅经号料、加工而未经装配和焊接工序的成型钢板或型钢, 不可再分割的最小单位;两个或两个以上零件进行一次装配、焊接 (预装) 而形成的构件称之为部件;由部件与部件或部件与零件装焊而成的组合件又称为组件或大型片体。船体分段是由组件、部件、零件装焊而成的部分船体结构。而船体结构建造中的施工场所称为工位, 零件配套后送往的工位称为零件流向。船舶零件的工艺流程如图1所示。

在分段制造阶段, 以分段建造工艺要求为指导文件, 通过Assembly planning模块将每一个零件进行分类, 通过零件工位编码来确定每一个零件该送往哪一个工位。以我厂在建63500DWT散货船为例, 主要工位编码如图2所示。

零件编码全称的构造如下:

<分段名>-<工位编码>-<部件名称或相同安装阶段同类型散装零件的组合名称>-<零件码>

例如:

(1) 212P-B-FR50A-K101表示零件K101为212P分段FR50A这个部件中的一个构件, 在分段制造时, K101送至部件工位制作成部件FR50A, 然后送至分段制造区域。

(2) 212P-H-SUB1-B100表示零件B100为212P分段散装件, 下料后直接送至分段制造区域。

3装配流程图

通过Assembly planning模块制作完成分段装配计划, 如图3, 212P分段装配树下共有DKA、SSA、TBA三个组件以及部件、分段散装件和部分拼板。装配计划完成后, 需要将整个分段的装配顺序反映至平面图纸上, 如图4为制作完成的212P分段装配流程图。整个装配流程图直观的表明了各个组件、部件制作过程, 分段的制作方式。从分段上胎开始, 模拟各零件、部件、组件等的安装顺序, 辅以简单的文字描述, 作为现场施工顺序的指导文件。

结束语

装配流程图充分反映了整个分段在建造过程中的各种零件之间的装配顺序, 但绝不是仅将分段的装配顺序描述出来就结束了, 更多的是对整个分段建造的模拟, 结合实际生产情况, 不断的优化, 合理安排装配顺序, 设计出最贴合本厂生产工艺水平的装配流程图, 才能有效降低分段建造难度, 达到缩短整个分段的建造周期的目的。

摘要：船舶生产设计过程中, 通过TRIBON软件建立船体结构模型后, 需要通过Assembly planning模块将各零件分类, 确定各零件工位编码, 明确零件安装阶段, 并将整个分段的结构装配流程反映至生产图纸上, 方便现场直观理解分段建造方式。本文仅对分段制作阶段零件工位编码以及结构装配流程图进行简要的介绍。

关键词：Assembly planning模块,零件工位编码,装配流程图

参考文献

[1]陆伟动, 危行三, 王笃其.船舶建造工艺[M].上海:上海交通大学出版社.1991.

[2]张淑杰, 王庆, 唐继静.Tribon软件的船体生产设计应用[J].工程技术.

船体曲面参数化设计方式分析 篇7

关键词：船体曲面,参数化,设计,光顺性

文中所提到的参数化设计主要是在变量化设计思想理论产生之后才出现的, 随着参数化设计理念及其相关技术的提出、发展与应用, 极大的提高了船体模型的生成、修改的速度。

1 船体曲线和曲面的参数化设计

参数化设计的实现框架:

首先就是要根据船舶所需要的实际用途及其标准要求, 系统化的选取并确定多组合理的船舶特征参数, 这是因为船舶特征参数的重要性所在, 所以, 对于船体曲线与曲面的参数化设计, 主要参照着船体的纵向与横向截面曲线等基本参数。在这里可以将其分为三种不同的类别, 第一类主要是船舶船体的基本特征要素相关的参数, 包括像艉部参数和球艏参数等;第二类就是本文重点研究探讨的船体的纵向和横向截面曲线参数特征;第三类主要包括船体的横向剖析面及其所生成的曲面曲线特征参数。

2 船体曲面参数化设计方式分析

在本部分主要阐述蒙皮法在船体曲面参数化设计中的应用, 蒙皮化是由伍德沃德—— (Woodward) 首先提出来的, 它是一种曲面生成方法, 这种方式的最大优点与创新之处就在于, 可以不再通过给定的数据点阵来实现, 而是仅仅使插值通过一组刨面曲线就可以完成, 目前在国内外广泛应用于汽车行业、飞机轮船制造设计等领域。

2.1 设计船体的截面曲线

第一步就是设计船体的截面曲线, 在船体曲面参数化设计过程中, 可通过建立xyz坐标系, 能够将这类平面曲线以一种三维的姿态呈现在三维空间内。具体实施如下:首先, 提取参数, 生成我们在参数化设计时所需要的截面曲线, 然后就是采用NURBS的曲线方式来表示出来;其次, 在上述任务完成之后, 就是要统一次数, 也就是说每一条次数较低的截面曲线全部都可以通过升阶的方法来提升自身的次数;第三, 实现参数域变换, 进一步规范截面曲线的定义域, 一般都设为[0, 1]。

2.2 设计船体曲面脊线及截面曲线变换到三维空间

第二步就是要设计船体的曲面脊线, 脊线是船体平面线的形式, 在参数化设计时依据着NURBS曲线来进行, 在xyz坐标系当中构建三维NURBS曲线。根据三维空间内的相对应点 (目标点) , 将之前选取好的船体截面曲线进行平移, 之后再将其 (截面曲线) 进行旋转。

2.3 生成曲面

这也是最后一个关键的环节, 在将船体纵向与横向所截取的曲线生成曲面过程中, , 可以充分利用NURBS曲面来进行反算, 并且依照着上述步骤中所提到的三位空间和控制顶点来计算。在计算过程中, 可以取权因子为1, 同时对于所运用的参数设计方法, 可以分别取K次和L次。

最终生成曲面为:

3 实例测试

首先将局部坐标系设定为xoy, 与之相对应的全局坐标系可设为xyz。此次选取的船舶模型是内河流域运输船舶, 以下是该船舶形状及其特征参数。

船的总长度为50m, 船的宽度为3.5m, 吃水为T=3.5m, 其中船长用L表示, 船宽用B表示。 (表1)

通过转换关系来将局部坐标系下的无因次化控制点转换成全局坐标系的船体控制点。

4 结论

本文关于船体曲面参数化设计方法的研究与探讨, 重点基于变换函数来进行分析。当前, 随着国内铁路运输、公路运输体系趋于完善, 国家政府在航运领域逐渐重视起来。在船舶建造领域, 为了能够进一步提高船体曲面的设计质量及其设计效率, 国内许多专家学者进行了大量的研究工作, 其中研究的重点就是船体曲面的快速变换方面。

参考文献

[1]陈红梅, 于海, 蔡荣泉, 等.一种船体型线整体优化设计方法研究[J].中国造船, 2013 (4) :1-9.