Лазерное сканирование в судоремонте
«Акрополь-Гео»
- Главная ›
- Статьи ›
- О технологии ›
- Лазерное сканирование в судоремонте
Переоборудование судна.
Калибровка нефтетанкеров.
Технологические корабельные системы.
При реконструкции, ремонте и модернизации судов постоянно возникает потребность в качественной документации судна, отражающей его фактическое состояние на текущий момент. Документации, дающей представление не только о проектной геометрии элементов, но и о выполненных переоборудованиях и ремонтах судна. Однако, в реальности приходится сталкиваться с многочисленными несоответствиями документации, чертежей. И часто на участке работ проще выполнить новые измерения, чем разбираться с коллизиями. Быстро, качественно и без ошибок это позволяет сделать современная технология лазерного сканирования и трёхмерного моделирования.
Приведём 3 примера из современного опыта Ваших коллег.
Переоборудование норвежского судна
Проект MT 6022 XL
Перед модернизацией судна потребовалось сверить геометрические размеры основных элементов корабля с рабочими чертежами (проект MT 6022 XL). Для этого сначала было выполнено лазерное сканирование лишь двух участков работ на судне. Однако, расхождения с чертежами оказались столь внушительными, что было принято решение о производстве полного сканирования корабля с последующим 3D-моделированием.
Процесс обработки данных лазерного сканирования: от облака точек к 3D-модели
На рисунках представлен пример работы над одним участком внутренних помещений корабля. Сканирование этого участка заняло всего 1 час и было выполнено с 10 станций. А вот на создание детальной трёхмерной модели потребовалось 4 дня. В итоге моделирования проектировщики получают актуальную компьютерную копию реконструируемого участка. Как правило, модель передаётся в формате AutoCAD.
Трёхмерная модель открывается на любом современном компьютере. Она содержит достоверную информацию о геометрических параметрах элементов корабля, зафиксированную на дату проведения лазерной съёмки. Твёрдотельная модель позволяет стандартными средствами САПР производить любые измерения, выполнять разрезы и сечения, инженерные расчёты.
Если лазерное сканирование всех участков судна выполняется в единой системе координат корабля, то при последующем моделировании комплект разрозненных участков легко объединяется в одну полную 3D-модель корабля. На такой компьютерной модели с учётом реальной обстановки был создан проект переоборудования судна с извлечением традиционных двумерных чертежей испонительной документации.
Трёхмерная модель главной палубы судна в облаке точек лазерного сканера
По окончании работ по модернизации корабля было выполнено повторное лазерное сканирование тех участков, где проводились строительные работы. Второй цикл измерений понадобился для осуществления контроля выполненных работ.
При совмещении облака точек (массива измерений) с трёхмерной проектной моделью мгновенно проявились все отклонения от проекта по реконструкции судна. Ремонтная бригада исправила указанные ошибки, а документация корабля пополнилась точной электронной копией.
Таким образом, современные 3D-технологии лазерного сканирования успешно используются для:
-
Быстрого и точного сбора реальной геометрии элементов судна.
-
Выполнения качественного проектирования по трёхмерной модели.
-
Контроля исполнения работ по переоборудованию.
Калибровка (градуировка, тарировка) нефтетанкеров
После каждого ремонта судна, связанного с изменением объема емкостей (цистерн, резервуаров, танков) должна заново проводиться их калибровка. Так же, в соответствии с нормативными требованиями, периодическую поверку по определению объема должны проходить все емкости хранения и транспортировки нефтепродуктов. Для этого используется два метода: объемный или геометрический.
Объёмный (наливной) метод заключается в дозированной подаче мерной жидкости с синхронным измерением заполняемого объема резервуара. Считается, что данный метод точнее. Однако сложность и малая производительность этого способа, делает затруднительным его применение для резервуаров больших объемов. Время проведения градуировки объёмным методом может достигать от нескольких часов до нескольких дней. Если судно находится на плаву то, при измерениях приходится учитывать постоянно изменяющиеся дифферент и крен судна.
Фото и результат сканирования танка (облако точек)
Геометрический метод основан на вычислении объема, исходя из измеряемых геометрических размеров резервуара. До недавнего времени данный метод считался менее точным, поскольку измерения выполнялись традиционными инструментами (лазерная или обыкновенная рулетка, измерительное колесо), которые не дают полного представления об истинной форме и особенностях резервуара (деформации стенок, трубы подогрева, внутренние конструкции).
Использование трехмерных технологий лазерного сканирования позволяет на современном уровне решить задачу геометрического определения объема резервуаров. Причем, при значительном повышении точности снижаются временные затраты на производство калибровочных работ. Например, измерения одного танка нефтеналивного судна занимает около 30 минут времени. При этом, с 2-4 станций лазерным сканером достигается массив высокоточных измерений (облако точек) в несколько десятков миллионов единиц. Поясню, каждая точка в облаке точек - это единичное измерение лазерным сканером, с фиксированными координатами в трехмерном пространстве. Высокая плотность измерений и позволяет учесть все неровности, дефекты стенок резервуара и все внутренние конструкции танка.
Отметим, что танк должен быть подготовлен к проведению калибровочных работ: зачищен, дегазирован, в нем отсутствует все лишнее (мусор, строительные леса и т.п.). В противном случае, оставленные предметы негативно повлияют на точность определения объемов.
На камеральном этапе для каждого танка по полученному облаку точек выполняется трехмерная модель. Все дальнейшие работы по составлению калибровочных таблиц производятся именно на электронной модели. Она приводится к нулевому дифференту, определяется мерная пятка. От этого нуля вычисляются малые и большие объемы продукта. Для каждого дифферента танк градуируется приращением 1см. по высоте с выгрузкой результатов в калибровочные таблицы. Эта работа занимает примерно 5 рабочих дней для каждого судна. В результате Заказчик получает калибровочные таблицы с точностью до 0,1%.
Кроме того, возможно смоделировать и рассчитать градуировку на любом другом дифференте. Полученные 3D-модели нефтетанкера в дальнейшем могут быть использованы в качестве исполнительной документации для последующей реконструкции или ремонта судна. Геометрия каждого танка, зафиксированная на дату лазерной съемки, пригодится для мониторинга состояния судна.
Таким образом, основные преимущества привлечения технологии сканирования для работ по калибровке:
-
Высокая точность при оперативности выполнения работ.
-
Возможность учета различных факторов, влияющих на результаты калибровки (высота замерного пятака, объем пароподогрева и прочие).
-
Возможность вычисления не измеряемого объема на различных дифферентах (находящегося ниже уровня пятака).
-
Возможность контроля выполненных строительно-монтажных работ.
Пример результата работы - фрагмент калибровочной таблицы одного танка
Лазерное сканирование технологических корабельных систем
Танки, отсеки с оборудованием, корабельные помещения жизнедеятельности из-за стеснённости пространства имеют ограничения производимых работ, но нахождение персонала в этих системах предусмотрено конструктивно. По этому, съемочные работы лазерным сканером не встречает серьезных затруднений (при соблюдении стандартных мер безопасности).
Однако, на современных кораблях имеются отсеки систем исключительно технологического назначения. Например, шахты, дифферентные цистерны, масляные и топливные емкости и прочие. Как правило, внутри них расположены корабельные коммуникации и присутствуют многочисленные элементы корпуса (переборки, шпангоуты, палубные и бортовые стрингеры, бимсы, кницы, пиллерсы и т.д.).
3D-модель топливной цистерны: корпус и внутренние элементы
И чем ближе к днищу, тем больше металлоконструкций. Например, в одной цистерне топлива котлов объемом 340м3 содержится 740 элементов конструкций различного назначения. То есть, насыщенность элементами: примерно по две металлоконструкции на каждый кубический метр цистерны. Внутри подобного железного лабиринта с трудом удаётся перемещаться, а при этом ещё и выполнять работы по сканированию. Для сканирования данной цистерны потребовалось 2,5 дня и лазерным сканером было выполнено 157 станций (сканов).
Процесс моделирования многоуровневой дифферентной цистерны от облака точек (97 сканов) к трехмерной твердотельной модели
Таким образом, при сканировании технологических систем кораблей значительно увеличиваются время и трудоёмкость. Требуется выполнение большего числа станций, возрастает риск травмоопасности персонала, работающего в стеснённом и замкнутом пространстве, повышается риск поломки дорогостоящего оборудования. Как следствие, работы уникальны и стоят дороже.
Этап камеральных работ так же включает в себя 3D-моделирование, подсчет объема цистерн с составлением тарировочных таблиц.
В заключение отметим, что традиционная геодезическая съемка судов является дорогостоящей, отнимает много времени и имеет ограниченную точность. Использование недорогих данных, полученных съёмкой лазерными сканерами, дает возможность быстро и точно получить модель судна непосредственно в 3D-виде. Это сокращает время измерений и обследования судна, а также может быть использовано как часть стратегии управления жизненным циклом судна.