船體分段裝配序列規(guī)劃技術(shù)研究

薛智偉 柳存根

摘要：從1995年以來我國造船業(yè)一直都居世界前茅，但是在造船整體技術(shù)上還與日本、韓國等國家存在一定差距。在此背景下本文針對船體分段序列規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行了分析，供大家參考。

關(guān)鍵詞：船體分段裝配；序列；規(guī)劃技術(shù)

所謂裝配順序優(yōu)化是指通過分析、提取及滿足產(chǎn)品裝配信息，在此基礎(chǔ)上生成幾何可行裝配序列，并按照一定評價標(biāo)準(zhǔn)找到最優(yōu)裝配序列。若產(chǎn)品中零件數(shù)目比較多，很有可能會出現(xiàn)裝配序列組合爆炸的問題，這種情況下利用傳統(tǒng)以圖論為基礎(chǔ)的搜索方法很難解決上述問題，這種情況下裝配序列規(guī)劃技術(shù)、遺傳算法被引入進(jìn)來。下面主要針對船體分段裝配序列規(guī)劃的相關(guān)問題進(jìn)行分析。

1 裝配序列規(guī)劃概述

裝配序列規(guī)劃又被稱為裝配順序規(guī)劃，在智能裝配規(guī)劃中是非常重要的一個環(huán)節(jié)，同時也為裝配過程仿真的實現(xiàn)提供了前提和基礎(chǔ)，它主要是利用計算機自動規(guī)劃處待裝配的零部件裝配工藝，然后生成裝配序列。實際上裝配序列規(guī)劃是一種約束優(yōu)化問題，也就是說其意義在意如何從大量裝配序列中選出最優(yōu)的裝配序列，這其中必然會涉及到計算機存儲、計算效率等相關(guān)問題。或者說，裝配序列規(guī)劃為虛擬裝配方面的研究提供了前提，為產(chǎn)品裝配工藝信息提供了有效載體，為裝配工藝分析及評價奠定了基礎(chǔ)。

2 幾種裝配序列求解方法

2.1 基于裝配優(yōu)先約束關(guān)系的裝配序列生成方法

裝配序列規(guī)劃方面調(diào)研究從80年代初開始，裝配序列優(yōu)先關(guān)系也是在這一時期被提出，所謂裝配優(yōu)先關(guān)系是指在裝配體重不同零部件裝配順序之間的關(guān)系，獲取這種優(yōu)先約束關(guān)系，并進(jìn)行顯示表達(dá)是最為直觀的裝配順序生成方法。這種方法在實際應(yīng)用中具有自動實現(xiàn)、對規(guī)劃者依賴性較小等特點，基于這種方法直接求解其最大困難在于獲取裝配優(yōu)先關(guān)系，利用人工交互關(guān)系的工作量較大，同時對操作人員提出了較高要求，所以裝配連接圖自動產(chǎn)生裝配序列開始成為這方面研究的重點。

2.2 基于組件識別的裝配序列求解方法

按照現(xiàn)在的理論研究水平，組件可以通過三個條件進(jìn)行判別，第一，組件中任何一個零件應(yīng)與組件中另外的零件接觸，第二，組件一定要有穩(wěn)定性，第三，裝配之后組件不能干涉其他零件的裝配。工藝規(guī)劃人員會結(jié)合裝配車間具體情況，通過人機交互之后確定裝配組件，組件確定之后會分層次生成組件裝配順序，最后得到產(chǎn)品裝配順序。利用這種方式可以減小生成裝配序列的復(fù)雜性，同時刪掉裝配操作工藝差的裝配序列。

2.3 基于遺傳算法的裝配序列規(guī)劃方法

應(yīng)用遺傳算法可以很好的在計算復(fù)雜性與全局優(yōu)化之間獲得平衡，同時不需要精確的數(shù)學(xué)描述，與裝配順序規(guī)劃的特性比較符合，因此比較有前途。但是遺傳算法在實際應(yīng)用中還有很多問題需要解決，例如初始種群產(chǎn)生的問題、編碼的問題及全局優(yōu)化的收斂等問題。應(yīng)用遺傳算法進(jìn)行裝配序列規(guī)劃，初始種群生成過程中，可以將專家知識可行裝配序列輸入其中，

3 船體分段裝配序列規(guī)劃技術(shù)

基本上可以將現(xiàn)代船體裝配分為三個過程，第一，從數(shù)量不對的型材、板材組成為部件或組件，例如框架、T型梁等，這些均為組件裝配；第二，由部件、板材型材等裝配組成合成分段，例如甲板分段屬于分段裝配；第三，在船臺或船塢上對少量板材、型材等組裝為船體。船體分段裝配焊接需要在完成船體零部件制作之后，對各種型材、板材等進(jìn)行焊接，形成分段裝配過程，在船體裝配這種這是非常重要的一個組成部分。對工藝裝備進(jìn)行合理選擇，同時合理安排各項焊接順序可以切實保證分段質(zhì)量，這直接關(guān)系到裝焊施工的難度、輔料消耗量及分段制造周期。

目前我國造船業(yè)迅速發(fā)展，在世界造船業(yè)中已經(jīng)占有一席之地，但是與日本韓國等國家比較，我國造船技術(shù)還很落后，造船過程中船體分段為中間產(chǎn)品，在整個造船過程中占據(jù)著非常重要的地位，在船體分段建造中裝配序列規(guī)劃設(shè)計占據(jù)核心地位。建立子宮裝配序列規(guī)劃系統(tǒng)有利于分散裝配效率的提高，這對于改善造船質(zhì)量來說具有非常重要的意義。

規(guī)劃設(shè)計的總體思路如下：

首先，利用三維CAD系統(tǒng)提供船體分段模型，然后在三維CAD系統(tǒng)中提取并整理分段模型信息，在此基礎(chǔ)上建立分段裝配信息模型；

其次，在規(guī)則專家系統(tǒng)中導(dǎo)入專家系統(tǒng)可以識別的模型，或者說在裝配序列生成模塊中輸入信息，并進(jìn)行規(guī)則匹配，即可獲得可行性的分段裝配序列；

第三，在虛擬仿真模塊中基于可行的裝配序列對裝配過程進(jìn)行仿真處理，同時進(jìn)行靜態(tài)與動態(tài)干涉分析，可以在裝配序列評價中將仿真結(jié)果作為其依據(jù)；

第四，裝配序列評價模塊中，按照裝配仿真即可獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，按照這些數(shù)據(jù)與專家經(jīng)驗，可以利用二級模糊評價方法評價裝配序列的可行性，最終得到最優(yōu)分段裝配序列。

4 結(jié)語

綜上，在船體建造過程中，船體分段裝配占有非常重要的地位，本課題主要針對船體分段裝配序列規(guī)劃進(jìn)行了分析，具體來說針對當(dāng)前裝配序列規(guī)劃及相關(guān)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并針對船體分段裝配序列規(guī)劃現(xiàn)有方法進(jìn)行了研究，在軟件上實現(xiàn)了裝配序列規(guī)劃的過程。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志英，戴銀芳，李珍.狀態(tài)空間的船體平直分段裝配的偏差診斷和分析（英文）[J]. Journal of Marine Science and Application，2012，（03）：311320.

[2]劉濤，王宗義，金鴻章，李保松.船體分段三維數(shù)字化測量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報，2010，（03）：345349.

[3]徐永祥，劉長增，鞏勇智，劉珍.基于PDM規(guī)范的船體數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].中國制造業(yè)信息化，2009，（15）：1417.