船舶精度控制在实训中的应用与研究

喻霁

摘要：船舶精度控制能够提高船舶建造质量，提高建造效率，并有效降低成本。船舶精度控制技术已成为现代化船厂不可或缺的技术之一。通过有效的实训教学培养船舶专业学生的精度控制技能，是值得探索和分析的。

关键词：船舶精度控制;全站仪;ACDC

Abstract： Ship accuracy control can improve the quality of shipbuilding， improve construction efficiency， and reduce costs. Ship accuracy control technology has become an indispensable technology in modern shipyard. It is worth exploring and researching to develop the accuracy control skill of ship majors through effective training.

Key words： ship accuracy control;total station;ACDC

0  引言

随着船舶的规模越来越大，对船舶建造精度的要求也越来越高，如果在分段建造时的误差无法得到及时修正，那么在总段合拢时，可能会出现较大偏差而无法顺利进行分段对接，如果在起吊后再进行调整，既影响进度，又要花费大量人力财力。所以大量船厂都引入了基于全站仪和计算机三维分析软件的精度控制方法[1]，使得精度控制能在分段起吊之前进行，以此为基础，对全船的质量进行精度管理，进而实现快速装配，船坞模拟搭载等先进的生产模式。如今大型船厂都设有专门的精度管理部门，需要大量的精度控制技能人才。

对于船舶工程技术专业的学生来说，掌握精度控制的技能十分符合市场需求。而传统的精度实训大多以理论讲解和视频观摩为主，效果不佳。在国内，仅有江苏海事职业技术学院，渤海船舶职业技术学院[2]等少数院校采用了全站仪及配套分析软件进行教学。而在2016年，武汉船舶職业技术学院精度控制实训中心正式完工并投入使用，该中心采用与主流船厂同样先进的设备及软件用于教学，作为第一批参与该实训教学的教师，笔者认为该实训对船舶专业学生的培养具有重要意义，十分值得推广和分析。

1  船舶精度控制测量流程

船舶精度控制实训的测量对象为集装箱船局部分段模型，如图1所示。采用全站仪进行测量。采集数据后，通过分析软件ACDC进行数据分析。教师全程示范，学生按5到8人一组进行测量，记录数据，用于之后在电脑上的数据分析使用。

1.1 数据采集的准备工作  测量的主要工具是全站仪，在进行测量之前，首先需要向学生强调对仪器的保护问题，同时由于设备有限，需要分组依次进行。在选择全站仪位置时，尽量选择视野较好，光线较佳的点，同时注意支架不能随意滑动，然后进行调平工作，调平与否直接决定了后面采集的数据是否准确，是测量的重点之一。

调平先通过移动支架的脚进行粗调，使得调准气泡大致在中心，然后通过调整脚螺旋和微调手轮来进行微调。由于实训采用的全站仪集成了PDA的功能，十分方便，可以直接通过内置的操作屏进行电子调平。

从学生实践的情况看，该步骤完成较好，但调准的时间差距不小，若能掌握老师教的一些技巧，相信能够对以后的工作有明显帮助。

在进行测量时，需要使用反射片作为标靶来定位测量点，实训主要使用半反射片和带支座的全反射片两种，如图1所示，根据待测量点的位置特点来设置。

1.2 确定坐标系  测量之前需要确定坐标系，确定坐标系有很多方法，比较常用的是先确定X轴（第1-2点）和Y轴（第3点），具体方法是：第一测定点为原点，第二测定点与第一测定点的连线为X轴（YZ平面确定），第三测定点与第一测定点的连线为Y轴（如该连线不在YZ平面上，则该连线在YZ平面上的投影为Y轴）。其后所测定的点将自动按照先前生成的坐标系显示坐标。

在这个阶段，因为确定坐标系的方法有很多种，学生在学习的过程中，一般能掌握一到两种方式，对于引用投影的方法理解起来有些困难，所以建议主要学习以上方法，其他方法作为扩展内容。

1.3 搬站  由于在测量的过程中，全站仪只能看到待测结构的一部分，所以需要将全站仪移动到另一侧，完成剩下来的测量，如图2所示，而此时需要将坐标轴进行转化，使用统一的绝对坐标系。这个转换的过程称为搬站。在正式的建造过程中，根据船舶的规模，往往需要进行多次搬站，才能测量出所有点的位置。

搬站作为测量任务的一个难点，是实训教学需要反复强调的部分，有以下要点：一是每次搬站后需要重新调整全站仪水平，这点学生很容易遗忘;二是作为标靶的反射片在搬站前后不能移动，都能被全站仪看到，与其夹角要在60度到120度之间;三是搬站后误差要小于0.5mm，否则需要重测;四是平地上常用两点搬站，在晃动的环境下，如船上，则需要三点搬站，这也是需要学生了解的。搬站完成后，才能正式进行测量工作。

1.4 测量数据采集  在以上步骤顺利完成之后，就可以进行测量点的数据采集，这部分反而难度不大，由于全站仪集成了许多简单的数据处理的功能，在实训的过程当中可以让学生边操作边体会。

2  测量结果分析与精度控制

收集完测量数据之后，就可以让学生进行上机分析，用于全站仪配套的ACDC软件进行精度分析，并编写施工方案。以学生实际任务的完成度及提交方案的合理性来给定最终成绩。

2.1 导入设计模型数据  精度控制需要将设计图中关键点的理论位置与实际测量点的实际位置进行比较，所以首先通过ACDC软件导入图纸的数据，格式为dxf，可以由CAD软件得到。

2.2 生成管理点  在模型中，将测量点的位置标示出来，生成管理点，一般多是顶点，线和面，线和线的交点。这一步骤难度不大，但需要足够细心，否则会影响后面所有的分析。

2.3 导入测量数据，生成三维误差  接下来就可以将所有测量数据进行导入，数据格式为mes，导入后可得到理论值和实际测量值的对比图，如图3所示。前面为理论值，后面括号里为实际测量值与理论值的偏差。

2.4 精度分析  精度分析环节是本实训第二个重难点，因为大部分的测量点都会与理论值有偏差，偏差值如果小于10mm，可以不用處理，大于该值则需要进行修整。那么如何调整，以求尽量多的点的偏差都在许可范围以内，使得人工修正的工作量相对较少，这就需要通过不断调整理论坐标系和实测坐标系的相对位置来实现。

首先，我们需要选取三个CM点，分别选在首尾斜板与内底板交线端点处，以及尾部与外板交线端点处，如图4中黄圈所示，这三点都是刚度较大，难以调整的点，所以需要以他们为基准点。

接着就可以通过一点位移法，二点位移法，整体位移法来调整理论值与实际值的相对位置。这里需要大量的经验，才能较快的获得较合理的分析结果。

在实训的过程中，学生主要的问题主要集中在以下几点：一是对相对坐标的意义不明确，很难体会到这项工作的重要作用;二是调整坐标时较随意，很难做到每次调整都有改善，思路不够清晰;三是空间想象能力不足，一些基本变换方式选择有误，需要老师重点讲解。

2.5 计算报告  在精度分析完成以后，需要编写施工方案，指出需要进行独立修整的关键节点，通过ACDC软件的报告生成功能能够很方便的得到2D的数据报告，此报告能够清楚的反应出工作任务，以及精度分析人员所做方案的优劣。此报告将作为学生实训的作业计入实训成绩，因为每个人所做的坐标调整都不可能完全一致，所以最终的结果理应是每个同学都不一样，可以杜绝抄袭现象。

3  结语

船舶精度控制作为近年来较为先进的船舶建造技术[3]，必定会越来越受到造船企业[4]和科研部门的重视，该船舶精度控制实训完整的重现了整个船舶精度控制的流程，包括测量与分析，能使得学生对精度控制有较全面的认识，初步掌握精度管理的重要技能。所以该实训对船舶工程技术专业学生的教学有重要意义，值得推广和发展。

参考文献：

[1]陈涛.大船重工VLCC艏艉两端对接项目精度管理研究 [D].硕士论文，2013：11-45.

[2]杨文林，高远航.船体精度控制实训教学设计研究[J].船舶职业教育，2016.2：30-33.

[3]鲍彤，曹志兵.船舶总组搭载精度控制研究[A].中国造船工程学会2009年优秀学术论文集[C].中国，2010：23-36.

[4]吉玉龙.船体建造精度控制技术分析[J].山东工业技术，2016，5：220-221.