关于取样管快速测量出图装置的应用研究

魏永法，邓志庆，汪家政

（舟山长宏国际船舶修造有限公司，浙江舟山 316000）

关于取样管快速测量出图装置的应用研究

魏永法，邓志庆，汪家政

（舟山长宏国际船舶修造有限公司，浙江舟山 316000）

管舾装生产设计过程中，由于考虑到分段合拢、设备定位、预装管本身制作安装等方面精度原因，需要设置现校管。为加快推进现代数字化造船模式，尽可能消除现场校管，实现无余量造船，节约造船成本，引进了上海船舶工艺研究所设计开发的取样管快速测量出图装置。

分段合拢；设备定位；现校管；现代造船模式；快速测量；船舶修理

0 引言

当今船舶行业的发展方向是信息化，其主要的表现形式是数字化。在全面使用三维计算机辅助设计的背景下，多数物量及加工信息都了实现数字化，可直接进行数控加工，数控加工的零件成型好、精度高。然而在管系生产设计中，由于船体结构制作装配和合拢、设备的制作安装、管子的制造、安装尺寸都存在允许误差，这些误差积累起来，导致管系与管系、管系与设备之间无法实现无余量连接，为此在生产设计中设置了调整管。但是当不可控因素过多时，调整管也无法满足，所以由现场制作一段嵌补管或封闭管作为补偿。嵌补管和封闭管的取样，可在现场制作样棒或现场测绘管子零件图，弯好管子再现场校管；也可以在船上定制样板，使校管工作在内场完成[1]。这类嵌补管或封闭管被称为现校管、合拢管、现场取样管。

1 船舶管系嵌补管、封闭管发展历程

管系安装最初是从上船逐根取样、内场制造、上船安装，到设计放样、内场预制、单件成品上船安装，发展到分段预舾装、单元模块组装、盆舾装等形式，使大量管系安装工作和船体建造平行作业，大量的外场安装作业转移到内场施工[1]，大大加快了数字化造船进程。但是嵌补管、封闭管的制作安装还是处于相对落后的层次，一直以来都是设计人员努力攻关的重点。

1）逐根上船取样作业。通常是由有经验的管工师傅到现场用样棒采样，并依据获得的管形数据在车间内场进行弯管、焊接等工序，然后将加工的弯管拿到船上进行试装并点焊装配法兰，再到车间焊接，最后运送到船上安装，完成管系作业[2]。样棒取样存在物资运输和劳动力浪费，人工计算不准确及交叉立体作业危险性高等缺点。

2）样杆取样数据化。使用电子全站仪的坐标测量功能对船舶管子样杆进行测量、获取管形的工艺方法，并配套开发了船舶管子样杆光测计算系统软件；根据电子全站仪测量的数据，使用该软件进行计算，得到该样杆的管形数据，为管子加工提供数学依据[3]。车间内场只需按照数据弯管、焊接等工序后，上船现场调整法兰转角后焊接法兰，经过表面处理，最后上船安装。该工艺方法主要避免样杆在运输过程中的变形，保证取样数据的精度，在一定程度上也减少了来回装运的劳动强度。

3）三维计算机辅助设计使取样管零件化。随着船舶生产设计的逐渐成熟，三维数字化设计的深入，各专业联合设计，将实船以数字模型的形式展现，精度越来越高。我公司已经在图纸中实现将管口与管口、管口与设备接口进行无缝连接，将连接的那根管件按照调整管出图（图面上注明管件两端法兰点焊，并且两端各留约50 mm的余量）；车间内场按照图纸制作留足余量，管件上的所有连接附件点焊，包括弯头、异径接头等附件（如图1）；外场管工领取调整管，上船现场校管、附件定位焊接、修割余量后送回内场；车间内场完成焊接，表面处理后交由外场上船安装。

但是利用计算机辅助设计的合拢管基本为直管，而随着安装进程加深，积累误差会越来越大。有的是合拢处上下左右存在的误差称为轴向偏差，有的是法兰安装存在角度称为曲折偏差。在质量标准中规定允许轴向偏差在1.5 mm内，曲折偏差在3 mm内，如图2所示[4]，部分误差积累过多的管段，必定导致该部分直管不能直接取用，还需根据现场实际偏差，增加弯头等部件进行现场校管。有些合拢管可能直接报废，需要现场重新取样，制作该合拢管。相对于前述两种工艺，该工艺缓解了过去繁琐的现场取样工作，工时及材料浪费都有所减少，这也是现今主流的工艺方法。

图1　现校管实例

图2　允许尺寸偏差（mm）

2 取样管快速测量出图装置的应用

取样管快速测量出图装置的应用使取样管成品化。由上海船舶工艺研究所提出的一种测量装置，该装置可以快速测量现场取样管法兰的空间相对位置及法兰转角等数据，并提供现场取样管的三维模型以及配套的加工示意图。使取样管成品化，作业环境得以改善，安装工人的劳动强度得以降低，码头和车间的往返次数得以减少，工作效率得以提高；有效地对舾装质量进行控制，作业的安全也得到保障[5]。

该装置包括测量底座、拉线位移传感器、PDA数据存储器和配套的软件。测量底座固定在第一待合拢管法兰端面上，拉线位移传感器固定在测量底座上，由线头卡爪将线头取三点固定于第二待合拢管法兰端面上。分别利用位移传感器拉线测量第二待合拢管法兰端面三个固定点（如图3所示），通过数据传输线储存于数据存储器中，将数据导入配套的软件，最终通过相关软件计算后生成模型并出图。

2.1 前期准备工作

为减少用户在现场的输入工作，进行管子测量前用户可按以下程序操作：

图3　测量装置现场测量实例

1）预先将需要测量的管子名、外径、壁厚、材料、首端连接件、末端连接件、首连接号、末连接号管子信息输入《数据格式表》，其中首、末连接号可以空白，如填写在船上测量时，测量装置必须固定在相应的首端。

2）将文件另存为.csv，以其他文件名保存。再用写字板格式打开保存的CSV文件，另存为txt格式文本文档。

3）将txt文件拷贝至PDA的[D35Flash][法兰测量程序]或[Flanmeas][Data]文件夹里。

4）测量时可直接打开相应的txt文件，记录测量数据。

2.2 测量工作

1）将测量装置固定于管子任意端（根据现场情况调整）。在另一端法兰上同时安装三个法兰转接块和紧固螺母。

2）拉线前套上手腕口。依次拉线确认，记录储存相应数据。

2.3 计算出图工作

1）导出PDA在[D35Flash][法兰测量程序]或[Flanmeas][Data]文件夹里相应的文本文档至用户终端。

2）在D:foldpipefoldpipestandard_p.mdp数据库中，添加、修改相应的标准（SYS、PSTAD等信息）。

3）打开AutoCAD 2010，输入netload命令，加载D:foldpipefoldpipe（总程序）FoldpipeinRelease内Foldpipe.dll，见图4。

4）导入3.4.1导出的文本文档，保存后计算、出图，见图5。

3 优点分析

1）现场测量两个法兰之间空间距离，配套移动终端同时自动存储分析测量数据。

图4　管路计算实例

图5　数据处理流程

2）快速生成管子三维模型及管子加工图，还可以根据特殊需求调整管线走向。

3）灵活。整体重量仅为6 kg，一个人即可完成测量工作，适合于各种现场作业环境。

4）快捷。采取三点测量法，每根管子测量仅需3 min；移动终端信息导入设备配套软件系统，软件自动生成管件制作小票，完成管件生产设计图纸，平均单根管子数据处理到生成图形仅需2 min。

5）精确。绘制的管子加工数据长度精确到±1 mm/m，角度精确到±0.1°，车间按照图纸进行无余量加工、表面处理，船上可以直接安装，避免调整管的设置。按照生成的图纸信息和质量标准加工的管子，满足造船质量和生产设计要求[4]。

6）船上校管改成内场校管，改善工人作业环境，同时有效减少来回转运工时损耗，直接节约造船成本。

7）现场测量数据，可为后续系列船提供精度控制参考。

4 结论

该装置可以快速测量待联接法兰的空间相对位置，并提供嵌补管的三位模型以及配套的加工示意图，结构简单、成本低廉、操作方便灵活、测量结果准确且能够自动出图。实现了数字化测量与数字化设计制造的有效衔接，克服了现有的嵌补管人工现场取样、经验制管、现场试装的低效模式。由于采用数字化测量和数字化设计制造，因此大大提高了制造精度和成品率，从而缩短了制造周期，节约制造成本[5]。特别是用于船舶修理中管道更换和维修，将大大的缩短修理周期，提高修理质量。然而目前该装置只能适用法兰连接件且不带支管的嵌补管，还需要继续改进。

[1]陈宁.计算机辅助船舶舾装生产设计[M].北京:国防工业出版社,2006.

[2]胡勇,刘光武,王呈方.船舶嵌补管测量制造系统研究[J].武汉理工大学学报,2005,29(1):8-11.

[3]胡勇,刘光武,王呈方.船舶制造中现场取样管人工样杆的数字化[J].船海工程,2004,(6):36-38.

[4]CB/T 4000-2005.中国造船质量标准[S].2005.

[5]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册(轮机分册)[S].北京:国防大学出版社,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

为：U662.2

A DOI：10.14141/j.31-1981.2016.05.010

魏永法（1987—），男，工程师，研究方向：船舶管系深化设计。