船體分段裝配序列規劃系統設計

張子凡

（天津工業大學計算機科學與軟件學院，天津300000）

1 引言

為解決目前我國造船企業，工藝制定自動化水準低、難度大的問題，我們設計開發了一個針對船舶裝配工藝的計算機輔助決策系統，旨在通過系統開發將裝配序列的推理和評價技術等進行合理封裝，幫助設計人員更好地進行裝配工藝制定。

2 裝配工藝輔助決策系統設計思想

2.1 系統的設計目標

船體建造涉及的結構件眾多，裝配工藝制定過程復雜，標準化與規范化程度不高，難以系統地實現相關知識的積累和繼承?；诖吮尘?，我們研究設計的船體裝配工藝輔助決策系統，可以利用推理模塊，實現高效快捷地給出船體分段裝配序列的建議，并為裝配工藝知識的收集、繼承和管理提供良好的解決方案。具體目標包括：①實現造船企業裝配設計工藝的集成，便于企業對已有工藝和知識進行高效的收集、保存和管理；②加強裝配工藝設計的規范性和準確性，提高船舶建造效率；③通過系統應用，降低建造過程返工率，縮短建造周期，降低船舶制造的生產成本。

2.2 系統的設計原則

本系統設計遵循如下原則：①操作簡便。軟件使用方便快捷，界面設計簡潔且便于操作。②系統升級維護保障簡易。該系統系自主研發，具有較好的技術支持能力，能夠及時地對軟件進行更新升級。③具有良好的整體性。預留出專用接口，便于將該系統與其他軟件進行整合。④較強的專業性。⑤具備數據收集功能。便于相關知識、資源和數據的積累、分析和進一步優化。

2.3 開發環境及運行環境

開發平臺：MS Visual Studio 2012。該開發平臺具有操作簡單，可視化程度高，界面友好等特點。

數據庫平臺：本系統開發采用SQL Server 2012數據庫。SQL Server 2012是新一代大型關系數據庫管理系統（DBMS），功能強大，數據安全性高，可以提供高效可靠的數據管理方案。

軟件運行環境：Windows7/windows10操作系統。

硬件運行環境：Intel（R）Core?2i3-2410M及以上，內存不小于1G。

3 裝配序列輔助決策系統設計

3.1 系統的總體結構

根據裝配序列輔助規劃決策系統的目標和船體裝配工藝設計的特點，計算機輔助決策系統功能結構如下所示。

支撐層：提供外部程序的鏈接；資源層：實現裝配資源、知識推理、模型仿真等資源的存儲；功能層：主要包括裝備資源管理、裝配序列規劃、仿真、評價、輔助決策等五個模塊；用戶層：方便用戶從人機交互的界面進入船舶分段裝配序列輔助決策系統。

3.2 系統主要功能模塊

3.2.1 系統登錄

該模塊包括船體裝配工藝輔助決策系統的登錄和退出。

3.2.2 船體裝配工藝輔助決策系統

船體裝配工藝輔助決策系統，含裝配資源管理、裝配模擬、裝配序列規劃、裝配序列評價等四大模塊，其主要功能描述如下：①裝配資源管理。對常見制造物理資源和基本數據進行管理和維護。主要功能包括產品信息管理、裝配規則管理和部件連接信息管理。其中產品信息管理主要實現對產品的屬性記錄和編輯功能，裝配規則管理和部件連接信息管理則提供對裝配工藝所需資源的增加和修改工作。②裝配模擬。該模塊主要包括裝配模型管理和裝配過程模擬兩個子模塊。裝配模型管理子模塊，主要管理造船所需的裝配結構件模型；裝配過程模擬子模塊，則主要對裝配相關知識資料進行管理，對裝配工藝進行虛擬仿真，還可以作為直觀的裝配過程演示與分析途徑。③裝配序列規劃。該模塊主要用于裝配序列的工藝制定。在完成裝配對象的確定和初始條件設置的基礎上，將研究對象和裝配規則進行匹配，通過內部推理機制給出切實可行的裝配序列決策建議。這一模塊是該系統的核心，主要功能包括對象管理、工藝輔助決策和結果管理。④裝配序列評價。通過人機交互的方式確定評價指標，并選定待評價的裝配序列，通過內部運算機制對裝配序列做出評價，以便于用戶根據實際需求做出相應決策。

3.3 系統的數據結構設計

3.3.1 邏輯結構設計

表1截取了一部分數據表，用以說明本系統數據結構邏輯的設計。

表1 系統數據結構設計

3.3.2 物理結構設計

表2描述了數據結構的物理設計。

表2 物理結構設計表

4 系統應用分析

以某雙底層分段裝焊工藝的制定過程為例，其結構模型如下圖所示。

目前船廠的裝焊工藝主要采取人工編制的方法，工藝編制過程涉及船體模型建立、裝焊工藝編制及實驗認證，對于新產品和新工藝編制的合理性和可靠性的認證審定周期較長。與傳統的裝配序列的制定過程相比，船舶裝配工藝輔助決策系統，能夠在提高裝配工藝制定效率、提升裝配工藝的合理性和可行性方面取得良好效果。

在裝配工藝方面，該系統主要通過以下三個步驟提高裝配序列的制定效率。

①裝配序列的智能推理。目前船廠現有的裝配工藝主要依賴設計人員和施工人員的經驗和技術積累，標準化和規范化程度不足。船舶裝配工藝輔助決策系統，則通過將傳統的裝配知識進行整理分析，結合智能細算系統，形成標準化的推理規則，并將其固化為裝配工藝的標準化流程，以對裝配工作進行建議和指導。

②裝配序列的仿真。通過三維軟件對推理生成的裝配工藝進行仿真模擬，驗證其可行性和有效性，從而對其進行初步篩選。

③裝配序列的評價。通過系統的裝配序列評價模塊，由資深的裝焊工藝人員制定評價指標和相應指標的權重，結合模擬的結果對裝配序列進行評價、分析和優劣排序，從給出的裝配序列建議中選出最切實可行的裝配序列。

經過船體裝配工藝輔助決策系統的優化，采用模塊化造船思想，以組立（縱艙壁+肋板）為單元，將部件數量由64個下降為43個，總工時由93個下降為76個，在很大程度上縮短了船體分段的建造工時。有利于降低全船的建造周期，在市場低迷的情況下最大限度地節約造船企業的生產成本，從而提高經濟效益。