近年来,中国船厂在集装箱船研发、设计、建造和配套等方面彰显了强大实力,据克拉克森航运研究(Clarksons Research)统计,2023年上半年,中国船厂签约新船订单45.05万TEU,全球市场份额为48.83%,占据全球集装箱船半壁江山,在全球市场发挥了引领作用。

什么是试箱?

 container 

➤试箱又称吊箱试验,当集装箱船建造完工后,需对大舱箱位进行吊箱试验,以此来验证导轨间距和底锥位置是否满足吊箱精度要求。吊箱试验是集装箱船建造过程中非常重要的工艺环节。

➤传统的试箱方式需要进行试箱自检和船东报验两次现场实际试箱,工作量较大、重复作业较多、试箱的周期需要近90天!

➤如果集装箱在试箱过程中卡住或无法顺利插入底锥,则需进行大量修正和调整作业,会影响整个船坞和码头生产周期。所以造船厂急需一种新型方案,能够快速迅速验证所造的船能否合格。

数字化试箱

近年来,随着新型激光扫描仪在船舶制造中的广泛应用,数字化试箱渐渐崭露头角。
数字试箱技术核心主要分为船上数据采集和数据试箱分析两大部分。
 
船上数据采集部分:点云数据要求比较特殊,需要符合特定技术要求的三维激光扫描仪。
A、必须保证点云数据完全水平化,确保按试箱软件能正确地按重力方向运行。因此需要扫描仪具备自主调平功能,或人工现场每一站给扫描仪精细调平。根据导轨垂直度和平整度计算,扫描仪调平精度需达5″内。
B、需要站间配准精度高,而且整体精度均匀。由于集装箱船的构型特点,扫描仪只能在甲板架设向上扫描导轨,扫描点云是典型的底部密上部稀疏,容易造成底部配准精度高,但导轨高处配准精度低出现分层。这就要求扫描仪在超出30米的点云噪声有足够的精度标称,同时对配准软件算法能适应这种数据情况。
C、需要扫描密度足够高。导轨很狭窄,因此需要较高扫描密度以确保导轨面上能分布足够的点(即足够小的点间距),以便软件的识别。还由于导轨很高,导轨间距又窄小,导轨的中上部就会出现大倾角扫描(即导致点云间距更加稀疏),经实践每站点云分辨率在10m远处达3mm才足够,20m处才能保证6mm的点间距。
 
数据试箱分析部分:技术核心主要分为三部分。
A、运用三维扫描技术对货舱导轨整体状态进行扫描并分析,掌握货舱内导轨架同面度、纵向间距、横向间距等信息,确保货舱导轨间距满足集装箱吊装要求。
B、运用模拟试箱分析程序等工具,分析导轨、底锥数据位置关系,出具最佳安装调整方案。
C、通过数字化手段在电脑端进行货舱实际状态与集装箱匹配分析,即以数字化技术取代实体试箱,确认合格后生产部门即可对船东提交试箱报验。
项目案例

2023年8月精导信息受东南某造船厂委托,采用数字化模拟试箱技术,对新建造完工的集装箱船进行数字化试箱,这也是该集装箱船厂首次将数字化技术应用到试箱试验中,解决了传统集装箱船实体试箱试验要占用大量的船坞和码头资源,周期较长的问题,试箱效率与准确率大幅提升。
进行数字化试箱,在技术上需要高精度的船舱三维数据和智能化模拟试箱分析软件的支撑。我们根据客户的需求以及船身的具体情况综合分析,最终采用Trimble X12三维激光扫描仪(Trimble新品X9同样完全满足精度要求)进行船舱扫描。再通过专业的试箱软件进行数字化试箱。

使用Trimble X12三维激光扫描仪获取船舱

完整三维点云模型

Trimble X12

Trimble X12三维激光扫描系统作为天宝目前最新的高端三维激光扫描系统,具有优异卓越的速度、精度、测距和难以置信的影像清晰度,实现现场扫描效率最大化和操作的极简化。

Trimble X9/X12  在船舶中的应用:

1)在船舶的密闭空间内有效作业,最小扫描范围达到业界最佳水准:0.3 米。

2)每站自动调平达3″精度,确保导轨垂直度平整度符合精度要求。

3)借助长测距、高分辨率达3mm@10m扫描(X12可达0.6mm@10m),快速采集导轨的高分辨率数据。

4)高扫描速度,导轨扫描这样精细的工作要求下,可以实现每站6分钟左右。

5)自带Trimble Perspective软件或Trimble RealWorks软件,均具整体均匀配准算法。

6)快速扫描压载舱,为后续根据 IMO 的要求改造水处理系统做好准备。

7)在船舶离开港口之前达到造船师所需的详细程度。

将点云进行精化配准去噪,裁剪,生成船舱

高精度三维点云模型

使用AI算法自动分割船舱的导轨、垫板、

底锥等数据

使用试箱软件进行数字化试箱

项目成果

通过数字化试箱报告进行分析,确认合格后生产部门即可对船东提交试箱报验。

 

为了验证数据的准确率,船厂采用传统试箱方式对数字试箱数据进行抽检验证,结果全部合格。
方案总结

数字化试箱的应用大大提高了箱船建造效率和试箱精确性,专业技术人员利用数据采集设备(扫描仪、全站仪等)对集装箱船货舱装箱系统(导轨、调节板、底锥、导向块)进行测量并建立数字模型,将物理空间货舱实体转化为数字空间的实物尺寸和位置关系,通过计算机软件进行去噪、拼接及分析等步骤,从而对实物精度进行更精准、有效的控制。

该项技术的研究和运用,使箱船试箱环节不受天气、吊车资源及人员等因素的影响,突破了实体试箱长期依赖于货舱重复作业的瓶颈,有效改善传统方法中货舱装载系统工作量大、作业效率较低的现状。