船體分段裝配序列規劃系統設計

摘要：船舶分段在整個船舶建造過程中起著非常重要的作用。船舶裝配的虛擬模擬可以有效地縮短施工周期，找出施工過程中的不合理情況，降低返工率，降低施工成本。該方法能有效保證施工質量，解決船舶裝配順序優化問題。本文首先分析了國內外虛擬裝配技術的研究方向，并討論了虛擬裝配技術的實際應用情況。然后，選擇一種更合適的形式，有效地解決了船舶分段裝配序列優化問題。本文設計并實現了船舶分段裝配序列優化問題的總體框架，并得到了相應的結果。在此基礎上，詳細分析了船舶分段裝配序列的優化因素，并對裝配序列的正確性和合理性進行了檢驗。

關鍵詞：船舶分段；裝配；序列優化；研究

前言

在船舶建造過程中，構件裝配質量和裝配效率是影響造船質量的重要因素。由于造船是一項復雜而龐大的系統工程，現代造船工程往往應用于數字信息平臺，其中模擬裝配系統是最常用的新型制造技術。以數字軟件構建的平臺為基礎，在模擬環境中對船體構件進行分析，實現了船體在模擬環境下的裝配、測試和設計。在模擬環境中，整個模擬過程不僅可以體現在裝配過程中，還可以體現在產品的裝配中，為以后的實際裝配提供了理論依據。此外，以后的組裝、維護和組件恢復可以作為基礎。我國造船業起步較晚，自主研發制造技術相對較少。分段建造仍然是中國造船的基本模式。其施工步驟包括四個主要步驟：一是對制造船舶的鋼板進行預處理；二是將零部件組合成平面分段和部件模塊；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。

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，組件信息的存儲實際上是組件日志和相關位置的存儲。如果在設計中修改組件模型，則相應修改裝配模型。本文所述組件在分段裝配中按相應的順序進行裝配。當組件模塊形成小模塊時，它們在組件段中組裝，最終組裝成外殼。在船體結構裝配過程中，首先需要將配件裝配成結構模塊，然后再裝配成結構模塊。艙壁和彎頭是船體框架結構的重要分段模塊。主要結構模塊組裝完成后，再進行分段模型的組裝。利用SolidWorks裝配文檔工具，開發了參數化零件相關材料列表、裝配視圖和帶有指導線的零件編號。裝配類型可分為組件裝配、組裝配和段裝配。組件分組組裝，您可以選擇瀏覽單個組件，也可以選擇組裝一組組件。當在裝配過程中發生重疊時，將顯示紅色。單擊干涉檢查后，將列出相應的組件信息。裝配完成后，在裝配組中，將所有裝配協調關系存儲為組，將裝配信息存儲在對應的裝配表中，并保存得到的模型。

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，最重要的是規劃裝配順序。只有保證裝配順序的合理性和科學性，才能在更大程度上降低裝配成本，提高裝配效率。在設計過程中，利用計算機輔助設計工具可以有效地計算出裝配序列，計算機可以生成各種裝配方案。本設計系統是基于設計條件和設計數據而設計的。在虛擬裝配系統中，對裝配段進行反復驗證，及時發現設計中存在的問題，判斷是否需要進行修正，直到設計沒有問題，最終選擇最優的裝配方案。通過CAD工具，模型的狀態可以顯示在組裝過程中，以便用戶可以看到整個裝配過程，通過軟件的演示功能，整個過程的模擬裝配可以查看，并通過裝配組件可以被監控的重疊檢測。

通過裝配過程，我們可以發現實際裝配中由于設計不當可能出現的問題，如間隙過小或過大，零件之間的干涉等。由這些小段組成的段裝配完成后，可以看到整個段的裝配信息，也可以看到這些段的工作過程。通過干涉檢查，可以對裝配后的模型進行干涉檢查，并突出干涉部分。例如，對甲板裝配模型進行靜態干擾檢查后，在艙口擋泥板和橫梁處發現干擾。圖像顯示了干涉區域的長度、寬度和高度，并突出顯示了所涉及的組件。組裝后，干擾組件程序提供的功能結構修改，選擇相關的組件相關的結構修改，通過數據庫查詢，顯示主要機構參數和改變設計參數改變組件的信息，確保模型的同步修改和參數在數據庫中。

結語

對船舶分段裝配序列優化項目進行研究，就能夠有效縮短船舶建造的周期，有效提升船舶建造質量，降低其建造成本，這些內容對于船舶建造有著十分重要意義。依據這樣的發展狀況，本文提出了相應優化研究內容與發展目標，研究建立了相應的裝配序列優化系統。

參考文獻

[1]余峰.自升式起重船分段虛擬裝配序列優化研究[D].哈爾濱工程大學，2012.

[2]李敬花，余峰，樊付見.基于遺傳模擬退火融合算法的船舶分段裝配序列優化[J].計算機集成制造系統，2013，01：39-45.

[3]戰翌婷，劉玉君，鄧燕萍.船體結構分段裝配研究[J].造船技術，2011（6）：22-24+45.

作者簡介：孫日光，（1982年）；男；漢；遼寧大連；工程師，專科。

（作者單位：波塞冬船舶設計（大連）有限公司）