VS4616型三用工作船箱冷拆卸工藝仿真

楊 海，郭世君

(武昌船舶重工有限責任公司，湖北 武漢 430060)

VS4616型三用工作船箱冷拆卸工藝仿真

楊 海，郭世君

(武昌船舶重工有限責任公司，湖北 武漢 430060)

隨著虛擬仿真技術的不斷發展，在虛擬仿真研究平臺建設及技術研究的基礎上，成功地運用虛擬仿真技術研究成果解決實際船舶建造中的重難點問題，實現了對VS4616AHTS型海洋平臺三用工作船箱形冷卻器(簡稱箱冷)拆卸工藝的仿真及驗證，基于三維模型對每個箱冷的拆卸路徑和運動姿態進行規劃，并對拆卸的全過程進行動態干涉檢查，生成干涉檢查報告反饋給生成設計人員，設計人員對三維綜合布置進行優化，直至拆卸工藝順利通過仿真驗證，為該型船的建造和維護提供仿真及驗證的技術支持。

箱形冷卻器;拆卸工藝;仿真及驗證

0 引言

VS4616AHTS型海洋平臺三用工作船所有水冷設備均采用淡水箱式冷卻器(以下簡稱箱冷)進行冷卻，全船共28個箱冷，分別位于機艙和尾側推艙中，雖然有銅離子犧牲陽極等措施對其進行保護，但在船舶使用過程中，仍有可能受到海水腐蝕及海生物的附著而需要維修。為了打造讓顧客滿意的精品船，在建造階段就要考慮將來維修需求，保證VS4616AHTS型海洋平臺三用工作船箱冷可拆可維。

當VS4616AHTS型海洋平臺工程船處于建造的前期時，設備和系統的完整性、艙室空間等方面與使用時的狀態有著天壤之別。如何在建造前期階段及時采取措施保證將來船舶使用過程中箱冷的可拆可維，即將工藝延伸至產品全生命周期，成為船舶建造中需要解決的問題。

計算機虛擬仿真具有構造仿真環境、模擬物體運動變化等強大功能，而對未來世界的仿真更是其優勢。在VS4616AHTS型海洋平臺三用工作船全三維生產設計的基礎上，運用虛擬仿真技術，模擬船舶使用時箱冷所在艙室的狀態，對預定的拆卸工藝逐步進行仿真，對每個箱冷的拆卸路徑和運動姿態進行規劃，并對拆卸的全過程進行動態干涉檢查，為每個箱冷的順利拆卸出艙維護提供仿真及驗證的技術支持。

1 仿真策劃

在了解項目背景和需求的基礎上，明確預定的箱冷拆卸工藝路徑，完成箱冷拆卸工藝交底。針對該工藝的仿真要求，完成了仿真平臺選擇、仿真方案確定、項目實施計劃編寫及資源配置等策劃工作。

針對VS4616AHTS型海洋平臺三用工作船箱冷拆卸仿真需求，考慮到Division軟件在路徑規劃、動態干涉檢查等方面的工程應用優勢，選擇Division作為仿真及驗證平臺。

在確定仿真平臺的基礎上，制定可行的仿真方案。在Division環境中，主要以每個箱冷主體作為運動仿真對象，其他相關模型作為運動干涉檢查的約束條件，在仿真環境中為每個箱冷的順利拆卸規劃運動路徑，并實現在虛擬環境中的工藝動態仿真和驗證。

VS4616AHTS型海洋平臺三用工作船箱冷拆卸工藝仿真的流程見圖1。

2 編寫仿真腳本

2.1 左舷各箱冷吊裝步驟

1)首部冷卻箱冷(共2個)吊裝步驟

如需吊出首部冷卻的2個箱冷中任意1個，首先需拆卸由尾至首的6個箱冷自身冷卻水管路，并拆卸4路由箱冷至主機之間180°彎的管路及箱冷上方相應吹除管路以便于管路吊裝，之后再拆卸箱冷上方8根淡水冷卻管路等。待管路拆卸完后，將箱冷吊出移至箱冷與主機之間的通道內(通道在#85～#89之間)，再將箱冷旋轉90°平行于主機方向，然后將箱冷移至主機大開口處吊出(以下左舷所有箱冷，均可由此通道吊出)。

圖1 箱冷拆卸工藝仿真流程圖Fig.1 Flow chart of simulation

2)拖纜機冷卻箱冷(共4個)吊裝步驟

如需吊出拖纜機冷卻箱冷中的任意1個箱冷，首先需拆卸周圍由尾至首的6個箱冷自身冷卻水管路及箱冷上方首部拖纜機冷卻水管路，并拆卸4路由箱冷至主機之間180°彎的管路及箱冷上方相應吹除管路以便于管路吊裝。管路拆卸完移運至通道后，可參照之前步驟將箱冷吊出。

3)主機冷卻箱冷(共4個)吊裝步驟

如需吊出靠近拖纜機冷卻箱冷的主機冷卻箱冷，首先需拆卸與箱冷自身連接的管路，之后再拆卸拖纜機冷卻箱冷與主機冷卻箱冷之間的冷卻水管路，并拆卸4路由箱冷至主機之間180°彎的管路及箱冷上方相應吹除管路以便于管路吊裝。其余3個冷卻主機箱冷如需吊出，則拆卸與箱冷自身管路即可。管路拆卸完移運至通道后，可參照之前步驟將箱冷吊出。

4)輔機冷卻箱冷(共1個)吊裝步驟

如需吊出輔機冷卻箱冷，只需將與箱冷自身連接的管路拆卸即可，并拆卸4路由箱冷至主機之間180°彎的管路及箱冷上方相應吹除管路以便于管路吊裝。管路拆卸完移運至通道后，可參照之前步驟將箱冷吊出。

5)主機高溫水冷卻箱冷(共2個)吊裝步驟

如需吊出主機高溫水冷卻箱冷，只需將與箱冷自身連接的管路拆卸即可。管路拆卸完移運至通道后，可參照之前步驟將箱冷吊出。

2.2 右舷各箱冷吊裝步驟

1)首部冷卻箱冷(共2個)吊裝步驟

如需吊出首部冷卻箱冷中任意1個，首先需拆卸另1個箱冷自身的冷卻水管路，之后再拆卸箱冷上方艙底水排除舷外管路。將需吊出的箱冷管路拆卸完后，再將箱冷吊出，旋轉90°，移至主機與齒輪箱之間的過道處，經過該處時箱冷需向尾方向傾斜45°左右，后再移至右舷兩主機之間的通道，然后將箱冷從該通道處吊出即可，以下右舷所有箱冷均可由此通道吊出。

2)拖纜機冷卻箱冷(共4個)吊裝步驟

如需吊出拖纜機冷卻箱冷中的任意1個，首先需拆卸其它3個相鄰箱冷上方管路及箱冷上方艙底水排除舷外管路，并拆卸箱冷上方的舷側閥。拆卸完后，可參照之前步驟將箱冷吊出。

3)主機冷卻箱冷(共4個)吊裝步驟

如需吊出靠近拖纜機箱冷的主機冷卻箱冷，首先需拆卸與箱冷自身連接的管路及箱冷上方艙底水排除舷外管路，并拆卸箱冷上方的舷側閥，之后再拆卸箱冷正上方冷卻水管路。其余3個主機冷卻箱冷如需吊出，則拆卸箱冷自身管路及箱冷正上方管路即可。管路拆卸完后，可參照之前步驟將箱冷吊出。

4)輔機冷卻箱冷(1個)吊裝步驟

如需吊出輔機冷卻箱冷，只需將與箱冷自身連接的管路拆卸即可。管路拆卸完后，可參照之前步驟將箱冷吊出。

5)主機高溫水冷卻箱冷(共2個)吊裝步驟

如需吊出主機高溫水冷卻箱冷，只需將與箱冷自身連接的管路拆卸即可。管路拆卸完后，可參照之前步驟將箱冷吊出。

3 準備仿真模型

在三維設計的基礎上，按照箱冷拆卸工藝步驟完成模型的準備，模擬VS4616海洋平臺三用工作船使用中對箱冷進行拆卸和維護時的產品狀態。經過對工藝的分析，將模型劃分為背景模型和工藝仿真模型。

1)背景模型

對于每一個箱冷的拆卸，船體結構、各類設備和電纜以及不需要拆除的管系等，均可作為工藝仿真的背景。這部分模型沒有任何動作，可從設計平臺直接轉換到仿真平臺，但需要注意的是:應盡量模擬箱冷拆卸和維護時的環境和條件，使箱冷拆卸過程盡量接近真實，提高虛擬仿真的可信度。

2)工藝仿真模型

對于每一個箱冷的拆卸，根據其拆卸工藝將模型拆分為箱冷主體、箱冷蓋板、需拆除的管系等。

4 仿真步驟

在仿真腳本和仿真模型的基礎上，完成仿真步驟的實施，包括設置干涉檢查約束條件、設置仿真運行條件及規劃仿真路徑等3部分。在仿真驗證的過程中，這3部分是相互關聯、相輔相成的，當箱冷沿著預定的軌跡運動時，一旦發生干涉，可能有2種結果:一種是在一定的工藝約束下，可以通過修正干涉檢查的約束條件或調整仿真路徑和姿態等方法消除干涉，通過仿真驗證的手段證明工藝可行;另一種是在滿足工藝施工條件的情況下，無法通過修正干涉檢查的約束條件或調整仿真路徑和姿態等方法消除干涉，通過仿真驗證的手段證明工藝不可行。

4.1 設置干涉檢查約束條件

工藝可行性驗證需要在仿真環境中設置干涉檢查約束條件。當仿真驗證運行時，只有在所有的干涉檢查約束條件都滿足的情況下，箱冷拆卸工藝才能通過仿真驗證，否則需要修正干涉檢查約束條件。

將每個箱冷在預定拆卸路徑上的相關模型均設置為干涉檢查約束條件，為每個相關模型加載Collision(碰撞)屬性，并選擇幾何碰撞類型。

作為干涉檢查約束條件的相關模型是仿真和驗證的基礎，其完整性、有效性、正確性直接影響仿真驗證的結果。為保證箱冷拆卸工藝仿真和驗證的準確性，使得箱冷在仿真運動過程中與任何一個相關模型發生干涉時系統都會響應，應保證干涉檢查約束條件的相關模型必須實時、完整、正確，盡可能地接近拆卸、維護時現場的工藝狀態和條件。只有這樣，才能使仿真環境盡量接近實際施工環境，虛擬仿真和驗證才能滿足工程應用的要求，所得出的結論才是有價值的、可信的。

4.2 設置仿真運行條件

第1步，為每個箱冷模型加載Pivot(軸)屬性，記錄其初始狀態，為路徑規劃中箱冷姿態調整做準備。

第2步，為每個箱冷模型加載Collision(碰撞)屬性，并選擇幾何碰撞類型。

第3步，完成預定運動路徑的動態干涉檢查。

在箱冷運動仿真過程中，可視化的窗口界面只能看到1個特定的角度和距離，如果靠人眼判斷，則需要不斷切換角度和距離，而且往往由于視角盲點而產生偏差造成錯誤的判斷，得出錯誤的結論。

因此，利用虛擬仿真平臺的動態干涉檢查、條件觸發機制和信息實時反饋功能，配合可視化效果和音效，完成箱冷拆卸過程的動態干涉檢查和仿真驗證。

1)為每個箱冷模型加載Behavior(行為)屬性;

2)在每個箱冷的Behavior(行為)屬性中設置觸發條件為Collide(干涉);

3)當干涉發生時系統觸發2個事件，即dvAssemblyFlash(可視化效果為模型的閃動)和dvAssemblyAudio(指定的音效)并發。

在某個箱冷運動仿真過程中一旦發生干涉，則該箱冷會閃動幾下，同時發出玻璃破碎的聲音。

通過上述仿真應用的設置，借助虛擬仿真的技術優勢，保證干涉檢查的準確性、實時性、直觀性、高效性，滿足工程化應用的要求。

4.3 規劃拆卸路徑，調整約束條件

按照箱冷拆卸工藝預定的拆卸步驟和路徑，運用虛擬仿真平臺的路徑規劃功能，將每個箱冷的運動過程進行工程分解，形成離散的動作起止點，記錄箱冷每一步運動的初始和終止坐標(移動的X，Y，Z值以及旋轉的X，Y，Z值)，通過軟件系統的自動插值，形成箱冷的運動軌跡序列，完成對其運動軌跡和姿態的虛擬仿真。

在運動仿真過程中，通過調整箱冷主體的軸心位置到預定旋轉軸上，實現箱冷精確的姿態調整。

在虛擬仿真的實施過程中，如果箱冷模型閃動和音效觸發，可知箱冷與其運動路徑上的運動約束模型之間發生了干涉，如圖2所示。這時，可運行仿真軟件的干涉檢查功能直接鎖定發生干涉的模型而屏蔽其他不相關的模型(圖3)，并將干涉檢查結果以文本形式輸出干涉模型報告(圖4)，且在可視化窗口顯示干涉的具體部位，如圖4和圖5所示。

為了最大程度保護船東的利益，以“降低維修難度，節約維修成本，縮短維修周期，保證維修質量”為原則，針對干涉檢查結果，采取以下步驟進行調整:

第1步，在不修改約束條件的情況下，基于初始約束條件和運動軌跡，在仿真環境中調整箱冷的運動軌跡。經過多次調整和測試發現，位于機艙上方的管路布置太低，影響箱冷順利拆卸出艙。

第2步，為了實現在箱冷拆卸出艙維修時盡量少拆管路，實現快速、保質地維修，需要在工藝規劃時考慮產品可拆、可維等全生命周期的要求，對三維綜合布置進行了調整。

圖6 干涉具體部位(另一角度)Fig.6 Position of interference(Another point of view)

在二甲板大開口兩主機之間增加主干電纜通道過橋，并將箱冷上方主干電纜移至過橋布置，將箱冷上方的空間全部讓給管系，并根據船體結構的大小及具體情況在大結構上開孔，將主機、輔機燃油及滑油管系走進大結構內部，箱冷總管、二氧化碳、衛生水、水霧消防等系統緊貼大結構面板分層敷設，保證箱冷面板距管系附件最低點的最小高度在1 950 mm，保證箱冷能順利吊出海水箱本體。另外，將主機及齒輪箱之間的檢修平臺處層間高度進行了優化調整，將主干電纜的敷設位置壓縮到最小，管系附件距檢修平臺的最低高度保證在1 950 mm以上，順利將箱冷出艙通道打通，并對機艙二甲板及主甲板上的機艙吊口進行了增大處理，以滿足箱冷拆卸后出艙需要。

根據優化設計結果，修正箱冷運動的干涉檢查約束條件，實現箱冷在規劃路徑上的順利拆卸出艙，為高效率、高質量、低成本完成箱冷的維修奠定基礎。

5 仿真運行及驗證

完成了仿真步驟及相關條件的設置后，根據箱冷的運動路徑，針對不同的關注點，設置并調整相機，以達到較好的可視化效果，能為專業技術人員提供多視角、全方位、重點突出的箱冷拆卸工藝審視環境。

將加載了碰撞及觸發條件的箱冷運動仿真和相機的可視化仿真放在同一個時間軸上，實現以時間為驅動的仿真運行，拆卸過程如圖7所示。在仿真平臺中，完成了對箱冷拆卸工藝的仿真，在滿足干涉檢查約束條件的情況下，該工藝通過了仿真驗證，為VS4616海洋平臺工作船箱冷拆卸工藝提供了虛擬仿真的技術支持。

6 結語

圖7 拆卸過程仿真Fig.7 Simulation ofdismantle

將虛擬仿真技術研究成果快速應用于工程實踐，解決船舶實際建造中的重點和難點問題。實現VS4616AHTS型海洋平臺三用工作船箱冷拆卸工藝的虛擬仿真，方便技術人員和管理人員對工藝進行評估，判斷出箱冷拆卸過程的可行性、正確性及合理性，提出優化意見，反饋到生產設計環節，對三維綜合布置進行調整和優化，為船舶產品的維護提供技術保障。通過對VS4616AHTS型海洋平臺三用工作船箱冷拆卸工藝的虛擬仿真和工藝驗證，加強了工藝支撐的力度、延伸了工藝規劃的范圍、拓展了虛擬仿真的應用領域、積累了工程應用的成功經驗，探索出一條為客戶提供產品全生命周期服務的新途徑。

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Simulation of cooler boxes dismantlement technology of VS4616(towing/anchor handling/supply vessel)

YANG Hai，GUO Shi-jun
(Wuchang Shipbuilding Industry Co.，Ltd，Wuhan 430060，China)

As development of simulation technology，based on simulation technology research and platform construction of simulation，use the production of simulation technology research to solve main problems during shipbuilding project，realize simulation and validation of cooler boxes dismantlement technology ofVS4616AHTS towing/anchorhandling/supplyvesselsuccessfully.And programming dismantle route and locomotion posture of each cooler box based on three-dimensional models，and also achieve dynamic interference check during entire dismantle process，create result reports about dynamic interference check of cooler boxes dismantlement，feed the reports of dynamic interference checking back to manufacturing designers，optimize the three-dimensional integrate dispose of this area by manufacturing designers according to the reports，do dynamic interference checking till each cooler box is dismantled and carry out of the cabin passing simulation and validation successfully.By this way，obtain a capability of presolving problems of equipments along dismantlement route of maintenance during working in the future，and provide simulation technology support of manufacture of this type vessel.

cooler box;dismantle technology;simulation and validation

TP391.9

A

1672－7649(2011)12－0120－05

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.12.029

2010－12－06;

2011－02－21

楊海(1967－)，女，工程師，從事虛擬仿真研究與應用。