顧永鳳，謝　榮

(江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 南京 211170)

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船舶工業(yè)4.0模式下智能化柔性胎架系統(tǒng)的開發(fā)

顧永鳳，謝榮

(江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 南京 211170)

結(jié)合現(xiàn)代精密工程測量技術(shù)，針對快速發(fā)展的船舶工業(yè)對數(shù)字化先進造船設(shè)備提出的要求，通過將自主開發(fā)的柔性胎架系統(tǒng)與造船精度控制技術(shù)進行結(jié)合，借助三維數(shù)據(jù)模擬技術(shù)，實現(xiàn)測量自動化、螺桿高度調(diào)節(jié)的自動化，船舶分段高空吊運模式平地軌道化，從而建立真正意義上的“空間分道、時間有序”的順暢工藝流水線，對構(gòu)建現(xiàn)代造船工藝流程有著較深刻的實際意義。

工業(yè)4.0；柔性胎架；工裝設(shè)備；精度造船

0　引言

近年來，造船業(yè)遭遇發(fā)展瓶頸。作為第一造船大國，卻面臨井噴式增長后的發(fā)展瓶頸。控制造船成本，提高產(chǎn)品競爭力是保證船舶企業(yè)立于不敗之地的主要有效手段。提高造船精度，實現(xiàn)造船信息化是大勢所趨，此關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)將給智能船舶工業(yè)4.0發(fā)展提供更多的技術(shù)支撐。

現(xiàn)代化精密工程測量技術(shù)在船舶分段搭載中得到初步的應(yīng)用，但在分段建造過程中，信息化技術(shù)、柔性胎架與現(xiàn)代化精度控制技術(shù)還沒有進行結(jié)合，把原本上胎以后才能發(fā)現(xiàn)的問題提前得到解決，在提高造船精度的前提下成功地將高空作業(yè)轉(zhuǎn)變成平地作業(yè)。通過對現(xiàn)代化測量設(shè)備(全站儀)和軟件(EcoMarine)的應(yīng)用研究，為柔性胎架各螺桿的布陣提供數(shù)字化三維精度控制方案，使得在螺桿快速自動定位的前提下建造分段與胎架更貼合，代替了傳統(tǒng)管式胎架插銷式的粗調(diào)方式，從而大幅度減少備胎時間，大大提高船舶分段的建造質(zhì)量和效率。

1　柔性胎架系統(tǒng)的創(chuàng)新

1.1柔性胎架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

本文針對傳統(tǒng)胎架適用分段單一、外板變形較大，并使得船舶的建造呈離散式，分析了現(xiàn)代造船生產(chǎn)空間組織方式，通過對數(shù)字化柔性胎架系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，建立“空間分道、時間有序”的順暢工藝流水線，對構(gòu)建現(xiàn)代造船工藝流程有著深刻的實際意義。柔性胎架系統(tǒng)的仿真渲染如圖1所示。

1.導(dǎo)軌　2.滾輪組　3.剛性環(huán)孔　4.胎架底座　5.胎架面　6.滑槽　7.電流控制器　8.電線　9.螺桿　10.螺桿高度調(diào)節(jié)器　11.360°旋轉(zhuǎn)頭　12.電磁鐵　13.加強肘板　14.胎架底座支柱

具體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新表現(xiàn)在：

(1)通過調(diào)節(jié)螺桿(圖1中9)的高度滿足不同船體曲線的變化。

(2)采用電磁式弧形托板(圖1中11)支撐船體，改點接觸為面接觸，使得船體變形小，磁力大小可隨著船舶分段的不斷完善進行調(diào)整。

(3)胎架在指定的軌道上移動代替了傳統(tǒng)利用大型拖車或吊車吊運模式，可節(jié)省大型拖車、吊車的投入，減少高空作業(yè)，有利于船舶分段的套造。

1.2柔性胎架系統(tǒng)的方法創(chuàng)新

本集成系統(tǒng)以造船工業(yè)為背景，綜合運用TSV-BLS力學(xué)分析系統(tǒng)和Eco MES精度測量系統(tǒng)，通過TSV-BLS力學(xué)分析系統(tǒng)對柔性胎架進行強度校核，確定胎架螺桿的直徑、布置方案、滾輪的數(shù)量等，優(yōu)化柔性胎架結(jié)構(gòu)。借助Eco MES精度測量系統(tǒng)完成螺桿高度的自動測量及信息反饋，通過并比對實物胎架的數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)，及時快速精確調(diào)整螺桿至合適位置，以適應(yīng)支撐的船舶分段，滿足不同分段的曲度要求。

具體過程：根據(jù)柔性胎架適配的船舶分段的大小確定螺桿的個數(shù)、布陣、所需的磁場大??；再通過調(diào)節(jié)可調(diào)控的電磁場，實現(xiàn)磁鐵對船體外板的吸附，隨著分段的不斷完善，適時的調(diào)整電磁場；當(dāng)分段完成后，經(jīng)過軌道拖曳至下一道合攏區(qū)域，此時關(guān)閉磁場，完成卸載。這種工藝模式打破了原來的離散式造船，使得造船適當(dāng)流水化。柔性胎架系統(tǒng)的技術(shù)方案如圖2所示。

圖2　柔性胎架系統(tǒng)的技術(shù)方案

2　智能化柔性胎架系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1胎架的數(shù)據(jù)采集

造船精度控制是船舶制造過程中一項重要的內(nèi)容，應(yīng)用高精度全站儀的測量系統(tǒng)可為精度控制提供坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集及輔助計算與分析功能，以達到提高造船質(zhì)量與效率的目的。Eco MES是一款基于PDA的軟件，它可以和全站儀進行連接，將測量所得的現(xiàn)場實物胎架的數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)進行對比。

胎架的數(shù)據(jù)采集是通過攜帶Eco MES軟件的PDA與全站儀及附件組成。PDA與全站儀通過數(shù)據(jù)線或藍牙等相連，全站儀測量得到的實際數(shù)據(jù)直接顯示在PDA上，通過對比螺桿高度測量的實際數(shù)據(jù)與其分段貼合處理論高度值，正確指導(dǎo)螺桿高度調(diào)整范圍，將原本上胎后才發(fā)現(xiàn)的高度問題在分段上胎前得以解決。柔性胎架系統(tǒng)的自動數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)如圖3所示。

圖3　柔性胎架系統(tǒng)的自動數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

2.2胎架的數(shù)據(jù)分析

三維精度管理軟件Eco BLOCK是以三維CAD為基礎(chǔ)，在三維空間與設(shè)計值對比，進行分析/轉(zhuǎn)換/計算等作業(yè)，然后進行管理、分析生產(chǎn)胎架的精度數(shù)據(jù)，使用繪圖/模板功能制作2D檢測表格。具體實施方案如下：

(1)將PDA(Eco MES)上的實物胎架測量文件發(fā)送到電腦里(Eco BLOCK)。

(2)讀取胎架設(shè)計模型文件，生成管理點。

(3)打開實物胎架測量文件，鏈接測定點和設(shè)計點。以胎架某處為基準(zhǔn)，調(diào)整胎架的最優(yōu)狀態(tài)，并確定胎架的精度偏差，使偏差主要集中在Z方向。

(4)最后輸出三維校對表格，以此為依據(jù)進行修正，最大限度減少一道工序的休整量。

原理示意如圖3所示。

2.3胎架與分段的模擬搭載

Eco OTS是一款三維模擬搭載軟件,它對搭載過程中可能出現(xiàn)的構(gòu)件干涉/段差不良等問題提前進行預(yù)測并處理，以此來實現(xiàn)一次性定位。模擬搭載就是預(yù)先了解要與胎架切合的船體分段精度偏差值及作為基準(zhǔn)的胎架的精度偏差值，在計算機上進行模擬演示并分析偏差原因，提出有效的修正方案，在平臺上進行切割修正，實現(xiàn)吊裝過程在確保精度情況下一次定位。

3　結(jié)語

造船設(shè)備的陳舊一定程度上抑制了現(xiàn)代造船工業(yè)的發(fā)展，本文將自主開發(fā)的柔性胎架系統(tǒng)與造船精度控制新技術(shù)進行結(jié)合，實現(xiàn)了造船工裝設(shè)備柔性胎架系統(tǒng)的信息集成，使得胎架系統(tǒng)能夠自動精度調(diào)整適應(yīng)不同曲度的分段。該造船技術(shù)將推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級，對提高造船精度、降低造船成本、改善工人的勞動強度、緩解我國的高能耗造船、推動綠色造船以及對貫徹和實施船舶技術(shù)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化將有深刻的實際意義。

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2016-02-20

江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級課題“基于TSV-BLS的造船工裝‘柔性胎架’集成系統(tǒng)的開發(fā)”(2015KJYB-04)、江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院千帆項目“船舶柴油機尾氣處理技術(shù)研究”階段性成果之一。

顧永鳳(1981—)，女，碩士，講師，從事數(shù)字化造船方面的教學(xué)與研究。

U671.99

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