近年來，中國(guó)船廠在集裝箱船研發(fā)、設(shè)計(jì)、建造和配套等方面彰顯了強(qiáng)大實(shí)力，據(jù)克拉克森航運(yùn)研究（Clarksons Research）統(tǒng)計(jì)，2023年上半年，中國(guó)船廠簽約新船訂單45.05萬(wàn)TEU，全球市場(chǎng)份額為48.83%，占據(jù)全球集裝箱船半壁江山，在全球市場(chǎng)發(fā)揮了引領(lǐng)作用。

什么是試箱?

 container 

?試箱又稱吊箱試驗(yàn)，當(dāng)集裝箱船建造完工后，需對(duì)大艙箱位進(jìn)行吊箱試驗(yàn)，以此來驗(yàn)證導(dǎo)軌間距和底錐位置是否滿足吊箱精度要求。吊箱試驗(yàn)是集裝箱船建造過程中非常重要的工藝環(huán)節(jié)。

?傳統(tǒng)的試箱方式需要進(jìn)行試箱自檢和船東報(bào)驗(yàn)兩次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試箱，工作量較大、重復(fù)作業(yè)較多、試箱的周期需要近90天！

?如果集裝箱在試箱過程中卡住或無法順利插入底錐，則需進(jìn)行大量修正和調(diào)整作業(yè)，會(huì)影響整個(gè)船塢和碼頭生產(chǎn)周期。所以造船廠急需一種新型方案，能夠快速迅速地驗(yàn)證所造的船能否合格。

數(shù)字化試箱

近年來，隨著新型激光掃描儀在船舶制造中的廣泛應(yīng)用，數(shù)字化試箱漸漸嶄露頭角。數(shù)字試箱技術(shù)核心主要分為船上數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)試箱分析兩大部分。
船上數(shù)據(jù)采集部分：點(diǎn)云數(shù)據(jù)要求比較特殊，需要符合特定技術(shù)要求的三維激光掃描儀。

A、必須保證點(diǎn)云數(shù)據(jù)完全水平化，確保按試箱軟件能正確地按重力方向運(yùn)行。因此需要掃描儀具備自主調(diào)平功能，或人工現(xiàn)場(chǎng)每一站給掃描儀精細(xì)調(diào)平。根據(jù)導(dǎo)軌垂直度和平整度計(jì)算，掃描儀調(diào)平精度需達(dá)5″內(nèi)。

B、需要站間配準(zhǔn)精度高，而且整體精度均勻。由于集裝箱船的構(gòu)型特點(diǎn)，掃描儀只能在甲板架設(shè)向上掃描導(dǎo)軌，掃描點(diǎn)云是典型的底部密上部稀疏，容易造成底部配準(zhǔn)精度高，但導(dǎo)軌高處配準(zhǔn)精度低出現(xiàn)分層。這就要求掃描儀在超出30米的點(diǎn)云噪聲有足夠的精度標(biāo)稱，同時(shí)對(duì)配準(zhǔn)軟件算法能適應(yīng)這種數(shù)據(jù)情況。

C、需要掃描密度足夠高。導(dǎo)軌很狹窄，因此需要較高掃描密度以確保導(dǎo)軌面上能分布足夠的點(diǎn)(即足夠小的點(diǎn)間距)，以便軟件的識(shí)別。還由于導(dǎo)軌很高，導(dǎo)軌間距又窄小，導(dǎo)軌的中上部就會(huì)出現(xiàn)大傾角掃描(即導(dǎo)致點(diǎn)云間距更加稀疏)，經(jīng)實(shí)踐每站點(diǎn)云分辨率在10m遠(yuǎn)處達(dá)3mm才足夠，20m處才能保證6mm的點(diǎn)間距。

數(shù)據(jù)試箱分析部分：技術(shù)核心主要分為三部分。

A、運(yùn)用三維掃描技術(shù)對(duì)貨艙導(dǎo)軌整體狀態(tài)進(jìn)行掃描并分析，掌握貨艙內(nèi)導(dǎo)軌架同面度、縱向間距、橫向間距等信息，確保貨艙導(dǎo)軌間距滿足集裝箱吊裝要求。

B、運(yùn)用模擬試箱分析程序等工具，分析導(dǎo)軌、底錐數(shù)據(jù)位置關(guān)系，出具最佳安裝調(diào)整方案。C、通過數(shù)字化手段在電腦端進(jìn)行貨艙實(shí)際狀態(tài)與集裝箱匹配分析，即以數(shù)字化技術(shù)取代實(shí)體試箱，確認(rèn)合格后生產(chǎn)部門即可對(duì)船東提交試箱報(bào)驗(yàn)。

項(xiàng)目案例

本案例采用數(shù)字化模擬試箱技術(shù)，對(duì)新建造完工的集裝箱船進(jìn)行數(shù)字化試箱，這也是該集裝箱船廠首次將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到試箱試驗(yàn)中，解決了傳統(tǒng)集裝箱船實(shí)體試箱試驗(yàn)要占用大量的船塢和碼頭資源,周期較長(zhǎng)的問題，試箱效率與準(zhǔn)確率大幅提升。

進(jìn)行數(shù)字化試箱，在技術(shù)上需要高精度的船艙三維數(shù)據(jù)和智能化模擬試箱分析軟件的支撐。我們根據(jù)客戶的需求以及船身的具體情況綜合分析，最終采用Trimble X12三維激光掃描儀（Trimble新品X9同樣完全滿足精度要求）進(jìn)行船艙掃描。再通過專業(yè)的試箱軟件進(jìn)行數(shù)字化試箱。

使用Trimble X12三維激光掃描儀獲取船艙完整三維點(diǎn)云模型

Trimble X12

Trimble X12三維激光掃描系統(tǒng)作為天寶目前最新的高端三維激光掃描系統(tǒng)，具有優(yōu)異卓越的速度、精度、測(cè)距和難以置信的影像清晰度，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)掃描效率最大化和操作的極簡(jiǎn)化。

Trimble X9/X12在船舶中的應(yīng)用：

1）在船舶的密閉空間內(nèi)有效作業(yè)，最小掃描范圍達(dá)到業(yè)界最佳水準(zhǔn)：0.3 米。

2）每站自動(dòng)調(diào)平達(dá)3″精度，確保導(dǎo)軌垂直度平整度符合精度要求。

3）借助長(zhǎng)測(cè)距、高分辨率達(dá)3mm@10m掃描(X12可達(dá)0.6mm@10m)，快速采集導(dǎo)軌的高分辨率數(shù)據(jù)。

4）高掃描速度，導(dǎo)軌掃描這樣精細(xì)的工作要求下，可以實(shí)現(xiàn)每站6分鐘左右。

5）自帶Trimble Perspective軟件或Trimble RealWorks軟件，均具整體均勻配準(zhǔn)算法。

6）快速掃描壓載艙，為后續(xù)根據(jù) IMO 的要求改造水處理系統(tǒng)做好準(zhǔn)備。

7）在船舶離開港口之前達(dá)到造船師所需的詳細(xì)程度。

將點(diǎn)云進(jìn)行精化配準(zhǔn)去噪，裁剪，生成船艙高精度三維點(diǎn)云模型

使用AI算法自動(dòng)分割船艙的導(dǎo)軌、墊板、底錐等數(shù)據(jù)

使用試箱軟件進(jìn)行數(shù)字化試箱

項(xiàng)目成果

?通過數(shù)字化試箱報(bào)告進(jìn)行分析，確認(rèn)合格后生產(chǎn)部門即可對(duì)船東提交試箱報(bào)驗(yàn)。

?為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，船廠采用傳統(tǒng)試箱方式對(duì)數(shù)字試箱數(shù)據(jù)進(jìn)行抽檢驗(yàn)證，結(jié)果全部合格。

方案總結(jié)

?數(shù)字化試箱的應(yīng)用大大提高了箱船建造效率和試箱精確性，專業(yè)技術(shù)人員利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備（掃描儀、全站儀等）對(duì)集裝箱船貨艙裝箱系統(tǒng)（導(dǎo)軌、調(diào)節(jié)板、底錐、導(dǎo)向塊）進(jìn)行測(cè)量并建立數(shù)字模型，將物理空間貨艙實(shí)體轉(zhuǎn)化為數(shù)字空間的實(shí)物尺寸和位置關(guān)系，通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行去噪、拼接及分析等步驟，從而對(duì)實(shí)物精度進(jìn)行更精準(zhǔn)、有效的控制。

?該項(xiàng)技術(shù)的研究和運(yùn)用，使箱船試箱環(huán)節(jié)不受天氣、吊車資源及人員等因素的影響，突破了實(shí)體試箱長(zhǎng)期依賴于貨艙重復(fù)作業(yè)的瓶頸，有效改善傳統(tǒng)方法中貨艙裝載系統(tǒng)工作量大、作業(yè)效率較低的現(xiàn)狀。