基于数字化设计的分段精度管理研究

李进　陈家年

摘 要：近年来，随着科学技术的快速发展，我国的船舶事业在飞速发展，船舶设计也趋向多样化和复杂化。为了更好地适应造船业的快速发展，满足船东的需求，船舶企业引入了数字化船舶设计技术，并采纳了分段测量数据匹配方法完善精度造船。

关键词：船舶制造；数字化设计；分段测量；快速设计

中图分类号：F273.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.050

船舶设计是决定船舶安全性和经济性的关键因素。实践证明，通过船体数字化设计和分段数据匹配的方法完成船舶的设计和制造，可有效提高船舶建造的效率，提高企业的竞争力，推动我国船舶事业向着更好、更快的方向发展。

1 船舶企业造船现状

目前，船舶的制造方式和设计形式趋于多样化，使船舶制造企业之间的竞争变得更加激烈。为了能在市场竞争中占据优势，船舶制造技术人员在不断改进船舶的制造方法，引入了数字化造船技术，实现了高精度造船，保障了船舶的质量和安全性，提高了造船效率，缩短了船舶制造周期，提高了企业的竞争力。

以往，我国的船舶制造行业多采用船舶设计师手工画出船舶模型设计图的方式，该方式的难度非常大，对设计师的专业水准要求极高，很容易产生误差，需要设计师反复计算和修改，导致船舶设计周期延长，进而使船舶制造的成本加大。为了改善这一局面，我国引入了先进的数字化造船技术，提高了船舶设计效率，降低了船舶设计成本，提升了船舶制造的精确度。

2 数字化造船

利用数字化设计软件进行的数字化造船工程主要包括数字化船舶设计、数字化船舶制造和数字化船舶管理三个部分。其中，数字化船舶设计阶段是数字化造船工程的基础和核心。

2.1 数字化船舶型线设计

船舶设计者在进行船舶外形的设计时，为了实现快速设计的目的，往往结合目前的具体要求条件对已有的同类型的船舶模型进行改造，但这种设计方式对原有的船舶模型太过依赖，难以实现船舶设计本质上的创新。如果利用传统的确定型点的设计方法设计全新的船舶模型，则设计的计算过程过于复杂，不利于船舶设计效率的提高。基于这种情况，为了实现船舶型线设计的高效和创新，船舶设计工作人员提出了参数化型线的设计方法。参数化型线设计过程是指将船舶的各种设计要求作为约束条件，将船舶的船体形变量作为优化目标，并根据船舶的设计参数列出优化方程的求解过程。

相比于传统的船舶设计方法，利用能量优化参数化型线设计方法进行船舶的型线设计，省去了设计数据计算的复杂过程，只需要将船舶设计的相关约束要求转换成对应的船舶参数，并将其输入计算机设计软件中，通过计算机系统计算，即可完成船舶型线的大体设计。这种设计方式提高了船舶型线的设计效率，缩短了船舶的设计周期。除此之外，能量优化参数化型线设计方法能更好地实现船舶设计的创新性，使设计出的新型船舶能更好地符合船舶生产制造行业的需求，并满足船舶购买商的高要求。

2.2 数字化船舶分舱设计

数字化主船体分舱工作是船舶设计工作中的重要组成部分，主船体分舱工作是对船体功能的空间划分，从而为后续的船体设计和性能计算打下基础。在船舶制造初期，船舶制造人员多会利用从船体底部向上逐一生成舱室的船舶分舱方式。由于船体舱室的划分工作复杂，需要大量的计算工作和大量的工作人员通过手动完成，所以，这种分舱方式不仅会造成船舶设计工作的周期延长，还会导致船舶设计的经济成本提高。为了解决这些问题，船舶设计工作人员提出了一种全新的船舶分舱方法——自顶部向下的参数化分舱方法。参数化分舱方法利用内壳折点和船舱位置参数生成分舱理论面，将分舱要求与船舱的几何模型相结合，利用分舱理论面对船舱进行分割，并使用非流型造型技术自动生成分舱舱室。

下面通过成品油船舱室的具体划分实例说明自顶部向下的参数化分舱方法。一般而言，成品油船舱室的划分包括12个货油舱和2个污油舱，其划分流程为：明确船舱分仓的要求，建立约束条件系统，将船舶模型中不同种类理论面的参数输入，即可生成分舱的不同种类理论面，利用非流型造型及其集合运算，即可得出船舶的分舱模型，并根据船舶的具体运作要求，对分舱模型进行一定的修改和调整，最终获得分舱模型。

3 分段测量数据的匹配工作

3.1 分段测量数据进行匹配的重要性

船舶制造行业之间的竞争日益激烈，为了在竞争中占据优势，船舶制造企业不仅要完善船舶生产技术，提高船舶的生产效率，以降低船舶的生产成本，还要走上精度生产的道路。事实上，在船舶生产制造的过程中，如果船舶构件尺寸与焊接精度不符，则重新返厂的工作量会达到船舶焊接总工作量的30%左右，这极大地增加了船舶工程的周期和制造成本。因此，想要从根本上缩短船舶制造周期，保障船舶制造的精度，进行分段测量数据匹配是必要的。

3.2 船体分段测量点和自动匹配方法

数据测量匹配过程分为粗匹配和精匹配。其中，在船舶的分段设计制作过程中，由于船舶的摆放位置不同，测量的点集坐标数据差值会变大，所以，匹配数据时可利用欧拉原理，通过粗匹配将点集间的平移差距和旋转差距缩小，再将粗匹配后得到的测量点集与船舶设计中的点集进行匹配。由于误差总是存在的，所以，点集间的匹配无法完全吻合，需要进一步通过精匹配，将点集之间的匹配结果达到最优，从而实现船舶的高精度制造。

4 结束语

通过数字化设计船舶线型和分舱构造，可有效提高船舶设计的效率。利用分段测量数据匹配的方法可缩短船舶建造周期，降低船舶建造成本，实现高精度造船，从而推动我国船舶制造行业的快速发展。

参考文献

[1]管官.主船体数字化设计与分段测量数据匹配方法研究[D].大连：大连理工大学，2013.

[2]张殿桢.船体超大型总段快速测量技术研究[D].大连：大连理工大学，2009.

[3]管官，申玫，林焰.船体分段测量点数据与CAD模型自动匹配方法研究[J].哈尔滨工程大学学报，2012（05）：580-584.

〔编辑：张思楠〕

Abstract： In recent years， with the rapid development of science and technology， Chinas Ship-building in the rapid development of ship design also tend diverse and complex. In order to better adapt to the rapid development of the shipbuilding industry， to meet the needs of the owner of the ship to bring in digitized ship design technology， and adopted segmentation method to improve the accuracy of the measurement data matching shipbuilding.

Key words： shipbuilding； digital design； segmented measurement； rapid design