船體結構分段裝配研究

摘 要：通過對真實環境的仿真分析，利用數字化平臺構建船體模型，通過操作3D模型，在船體的裝配中進行分段組裝，從而實現方針處理船體分段裝配的整個過程。同時能夠實時監控裝配狀態，對各個級別配件進行干涉檢查，從基礎上提高船體結構構建的基本操作以及運算。

關鍵詞：分段裝配；結構；數字化；仿真

引言

在船舶的建造中，構件裝配質量以及裝配效率是影響船舶制造質量的重要影響因素，由于船舶制造是一個復雜龐大的系統性工程，因而現代造船工程中往往會應用到數字信息化平臺，其中仿真裝配系統便是最為常用的新型制造技術。以數字化軟件構建出的平臺為基礎，將船舶構件在仿真環境中進行操作分析，從而將船體的裝配、測試以及設計都在仿真環境中予以實現。在模擬環境中，能夠將全部的仿真過程反應出來，不但是對裝配過程，還會對產品的可裝配型進行反應，為后期的實際裝配提供理論依據。此外，后期的裝配以及維修和構件的回收都可以此作為依據。我國船舶制造行業起步相對較晚，并且自主研發的制造技術也相對較少，分段建造仍舊是目前我國船舶制造的基礎模式，其構建步驟主要有四，第一對制造船舶的板材進行預處理；第二對零件以及組件進行組合，使之成為平面分段以及部件等模塊；第三將部件和平面分段等構件組合成分段以及總段；第四將分段、總段進行組合，最終形成完整的船體。文章針對分段裝配相關內容進行了分析，詳細論述了基本裝配操作，以期能夠更好的降低船舶制造成本，并提高船舶裝配質量。

1 建立分段構件模型

對船體裝配前需要對船體各個構件進行全面分析，通過構件船體3D模型，將整個船體結構劃分為若干模塊，并保證所構件模型中每個模塊都是獨立的裝配體，依照功能以及位置建立起相關的結構模型。而模型的建立首先需要的便是構件的幾何特征，包含構件的種類、所屬以及在船體的具體位置等，另外還需要注重構件的開孔屬性和累加幾何特性等。在構件船體分段模型中，需要依照船體結構特征以及功能特征進行劃分，常見的模塊主要為：特征結構、外板結構以及甲板結構和艙室結構等結構模塊。其中肋骨和縱骨是船體的主構件，在設計時需要注意，應當首先完成主構件的設計，在其基礎上完成從屬構件的設計。

在船體的分段裝配建模過程中，可以將結構構件分成兩大類。首先是同曲面相關的模型，其次則是同曲面不相關的構件。例如肋骨以及肋板等構件是同船體曲面相關的構件，在建立模型時需要對了解船體的曲線，從而得到構件輪廓，從而有效保證構件模型的準確性。而數據庫的構件首先應當對構件進行編號，其次則是對船體曲面信息獲取與否進行判斷。如果構件需要獲取船體曲面信息，則應當將曲面文件打開，并依照零構件的位置，對3D曲線進行放樣，建立起剖切面模型，以此獲得其同船體曲面相關構件，通過計算得到構建輪廓。從而為模塊的焊接提供數據基礎。然后解除其作為交線的二階幾何約束，擬合并添加控制點，控制點的數量由擬合度決定。在船體結構設計中，大部分結構都同曲面相關，因此需要著重予以關注。

2 設計分析

基本模型的建立是模型整體分段裝配的初始過程，圖形模型以及基本模型是構成船舶分段結構的基礎產品。船體分段構建的成分、物理特性以及幾何信息等基本信息都是籍由基本模型進行表述。船體分段的各個部件在圖形系統中通過點面的配合進行組裝。在系統中可以查詢到構成分段的所有構件信息，另外構建模型所需要的設計信息也可以在數據庫視圖中查詢到。分段構件的所有信息都可以通過分段數據模塊予以查詢，系統還能夠對所有構件質量特性等相關信息進行查詢，令工作人員充分了解構件的重心、重量等。

在裝配模擬系統中，對構件信息的儲存其實是對構件保存錄井以及相關位置進行保存，若設計中修改了構件模型，則裝配模型也會發生相應的修正。文章所提到的構件在分段裝配中，依照相應順序進行組裝，當構件模塊形成小模塊后在組裝成分段，最終將分段組裝成船體。船體結構在組裝過程中首先需要將配件組裝為結構模塊，繼而對結構模塊進行組裝，船艙壁以及肘板是組成船體框架結構的重要分段模塊，完成主要結構模塊的組裝后，在完成分段模型的組合。裝配后的分段信息利用SolidWorks的裝配文檔工具，開發參數化的零部件關聯材料明細表、創建裝配視圖及具有指引線的零部件編號。采用的裝配類型可分為構件裝配、分組裝配和分段裝配等幾種類型。構件分組裝配，可以選擇單個構件進行瀏覽，也可以選擇一組構件進行裝配，裝配時出現重疊情況會顯示紅色，點擊干涉檢查后會列出相應構件信息。當裝配后，在配合組中，所有的裝配配合關系都會被分組存放，裝配信息也將被存入相應裝配表中，所得到的模型也會被保存。

3 管理模型

通過使用分段裝配模型進行船體的裝配模擬，在模擬過程中就能直觀的發現設計中不合理的地方，以裝配關系為基礎能夠在模型中進行關聯修改。例如可以對不適當一個構件進行以此修改，也可以針對同類型成批的構件進行批量修改，也能夠有選擇的對一個構件的關聯構件進行修改。在進行關聯修改過程中，只需要對所需修改的主構件進行修改，例如修改設計參數，便能夠進行關聯修改，同主構件相關聯的子構件參數以及模型都會隨之修改。在關聯修改中，對位置約束以及特征進行改變，在刷新構件后，同該修改相關的特征以及所修改的特征都會發生改變。

4 顯示裝配順序

在裝配作業中，最為關鍵的便是規劃裝配順序，只有保證裝配順序合理、科學，才能更大程度降低裝配成本，提高裝配效率。在設計中可以利用CAD工具通過計算機對裝配順序進行有效計算，計算機可以生成多種裝配方案。設計系統以設計條件和設計數據為基礎，在虛擬裝配系統中，對裝配分段進行反復驗證，從而及時發現設計中的問題，并判斷是否需要予以修正，直至確定設計沒有問題，并選出最佳裝配方案。通過CAD工具，可以在裝配的過程中以模型的狀態顯示出來，令操作用戶可以看到裝配整個過程，通過軟件的演示功能可以觀看模擬裝配的整體過程，針對構件的重疊可以通過配裝檢測予以監測。

通過裝配過程可以發現由于設計不當在實際裝配時可能出現的問題，如間隙過小或過大，零件之間的干涉等。分段裝配后可以查看一個總段的組裝信息，由那些小的分段組裝而成，也可以看到組裝的這些分段的進行工序狀況，裝配后的模型通過干涉檢查，可檢查有無干涉情況，對干涉部分高亮顯示，如對甲板裝配模型進行靜態干涉檢查后發現在艙口圍板和橫梁處有干涉現象，則顯示此干涉區域的長、寬、高，并對所涉及構件加亮顯示。對裝配后干涉部分構件程序提供結構修改功能，選擇關聯構件進行關聯的結構修改，修改時通過數據庫查詢顯示主要建立參數，設計者更改設計參數來更改建立的構件信息，保證了模型與數據庫中的參數的同步修改。

5 結束語

文章針對目前所使用的虛擬分段裝配相關內容進行了研究，首先對船舶制造過程中結構模型的構件進行了分析，并針對分段裝配中，模型的管理、信息的管理等內容進行了論述。詳細分析了船舶分段裝配首先需要將虛擬裝配信息存入相應數據庫中，并驗證可能生成的裝配路徑、順序。繼而對裝配路徑、信息進行規劃，從而實現虛擬干涉檢查以及裝配，從而及時發現設計中存在的問題。由此提供了從船體結構建模到結構裝配仿真的基本操作與運算，為船舶數據產品模型的信息化集成設計與管理奠定了基礎。

參考文獻

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