散貨數字船虛擬仿真教學系統建設方案研究

劉強

（渤海船舶職業學院，遼寧 興城 125100）

1 散貨數字船虛擬建設理念

以整船為依托，融合所有院系學科內容打造數字化可交互仿真船舶，完全精細化模擬建造出整船結構，符合船舶建造的要求，每塊鋼板為單獨個體可進行拆分，呈現建造船舶的整體布局、生產工藝、生產過程、加入虛擬體驗模式，設計崗位情景化任務模式，增強學生對崗位的認知、模擬各種實習實訓環節。實現船舶建造虛擬仿真功能模塊，依據船舶建造廠生產流程、工藝進行建設，其中包括船舶制造、船舶動力、船舶電氣、船舶焊接等專業的知識點和技能點，也包括安全生產教育方面內容，船舶分段可以模擬船舶建造教學內容進行合并和拆分。

實現無損檢測虛擬仿真功能模塊，模擬船舶制造理化測試與質檢技術虛擬仿真車間，根據虛擬車間的功能，實現無損檢測綜合虛擬實訓室，在開發建設資源的同時包括實訓設備與器材的展示介紹功能、實訓設備與器材的使用方法、無損檢測的技能培訓操作多媒體資源，并能通過無損檢測虛擬仿真實訓功能模塊進行工藝文件設備實操的案例分析和技能實訓考核，提高技能培訓的實效。

實現船舶機艙液壓系統、舵機液壓系統、錨機液壓系統、液壓系統教學多媒體課程資源，將液壓與氣壓傳動的典型知識與企業生產和實際工作相結合，在組裝中采用最小的元件來完成液壓回路，并通過按鈕的操作，可以實現預先設定的功能，還可以通過表盤觀察液壓系統和其他主要元件的工作狀態，在液壓元件單元的基礎上，對可以拆分的一些部件進行細化，能夠很清楚地對液壓元件的各個部分進行展示，了解元件的原理及裝配工藝。

2 散貨數字船虛擬教學系統及其體系結構

2.1 虛擬現實系統配置

通過現在的計算機技術，可以建立船舶虛擬制造系統，在虛擬的過程中，可以發現系統中各個部件之間的匹配問題，為了能夠更好地滿足虛擬狀態下項目開發和制造的情境，虛擬系統主要包括虛擬主機、顯示系統以及控制系統。利用這一虛擬的系統，可以提升造船廠的工作效率，如果只依靠自身的力量獨立地進行硬件的開發與生產也是不現實的。因此，在生產系統中所用的軟硬件也需要與其他廠商進行合作，共同開發和生產，以當前的虛擬系統來確定生產的方向是可行的。但當前還沒有一家公司能夠完全達到虛擬制造的全部要求，不同的公司在虛擬系統中能夠提供不同的數據和硬件等，因此要加強各方面的合作，來解決虛擬制造系統中的一系列問題。

2.2 散貨數字船虛擬制造系統

通過虛擬系統可以生產出數字化的樣船，這些數字養成建造完成后，可以對各個部件的三維數字進行記錄，成為制造食物模型的參照，還可以根據虛擬的系統來完成加工與裝配的過程，對這一過程中可能出現的問題進行評估；對船舶的生產過程進行模擬，制定建造策略、生產計劃、組織方式，并能夠對整個過程進行有效的控制，消除制造過程中可能出現的一些矛盾與沖突問題，使整個生產過程變得效率更高，同時，也能降低研發和生產的成本，更好地適應市場的變化。目前的船舶制造虛擬系統主要是通過計算機來進行計算和搭建的，在當前的實際制造系統中，還會出現一些其他的影響因素，要想把虛擬的產品轉化為現實的船舶產品，還需要全面地進行分析和實驗，使實際產品達到數字化模型狀態，并存儲在數據庫中。

2.3 散貨數字船虛擬制造體系結構

船舶虛擬仿真教學系統也是以網絡信息技術為基礎，在虛擬的環境中進行生產和搭建，利用所開發的仿真軟件，達到集成化生產平臺所需要的要求，使船舶的設計，制造和管理能夠實現一體化。散貨數字傳虛擬仿真教學系統，目前主要包括設計、開發等功能，在一個仿真的環境中來進行零件的生產和整體的裝配，船舶虛擬制造系統體系結構建模，對各個部件的安裝結構強度等進行分析和管理。可以對虛擬的產品，整個生產的工作流程進行管理，并能夠發現其中可能存在的一些問題，在這一動態的過程中，船舶虛擬工藝及制造系統發揮了重要的作用，并可以向著生產的方向進行延伸。船舶虛擬公益通過對零件加工裝配以及人體工程學方面的分析，在3d的環境中進行預演，可以對整個的生產系統進行全面的把握，在虛擬裝配的過程中，同樣可以發現，未來實際生產中可能出現的一些問題，這就避免在未來的實際生產中，由于各類問題而導致的返工現象。同時還可以對生產的環境、資源、制造流程以及生產的實際情況進行仿真分析，制定更有效的生產方案，提高生產的效率。船舶制造虛擬企業環境是船舶虛擬設計制造和管理體化的系統。通過在船舶企業內首先構建虛擬的車間對生產的過程進行虛擬的操作，這樣就可以提高實際生產的效率。在造船企業外部與各個科研機構的合作中，也可以通過這一系統完成異地的設計和裝配，通過仿真數據共享交換不同意見，將不同的地域和環境很好地組合在一起，更好地適應市場的變化，這樣的形式也成為未來造船企業發展的方向。

3 散貨數字船虛擬制造系統的關鍵技術

3.1 船舶三維設計的虛擬動態監控技術

船舶的生產是一項非常復雜和煩瑣的工程，在虛擬的生產當中也會遇到許多問題。第一，目前的虛擬系統還缺少相應的測試手段，主要是靠人的肉眼對數以幾十萬計的零件進行檢查，工作量非常大，有時候愛容易出現疏漏。根據以往數據的統計，會有30%～40%的系統干涉無法實現目標，最終導致返工或者生產無法繼續。其次，即使發現了集中存在的問題，要想重新完成設計工作量也非常大，導致設計和修改困難重重。利用虛擬仿真手段進行動態的技術監控，突破船舶三維設計過程中存在的困難，這是當前需要重點解決的問題。

在產品設計和生產當中，通過軟硬件的配合，對整個過程進行動態的監控，及時發現出現的問題，并不受到其他因素的影響，就可以完成設計模型的總裝。按區域和模塊把整個船舶展現在大屏幕上，這樣就可以利用計算機進行遠程的檢測。檢測人員可以利用視覺頭盔等虛擬漫游設備對各個軟件進行細致的檢查，如果出現問題及時修改，這就提高了對生產過程的掌控力。

3.2 產品裝配工藝過程的仿真演算技術

利用虛擬現實手段，可以對整個過程進行仿真式的操演，解決動態干涉以及程序之間可能出現的問題，利用這一建造方案，對已有的部件進行三維的模擬，對整個過程所涉及的順序問題、路徑問題、檢測問題進行統一的管理。還可以通過立體式分段整體吊裝的過程，對各個部分的力學性能進行檢測，掌握生產中可能出現的一些狀況，并對整體情況進行有效的策劃和吊裝裝配。

3.3 船舶生產流水節拍模擬控制技術

現在的船舶制造主要采用集成連續生產的方式，近似流水線工藝，在對船舶生產模式進行改進的同時，還應該保證當前的生產體系能夠正常運轉。利用船舶生產流水節拍的模擬系統，可以在虛擬的生產環境下，對船舶建造方案是否能夠得到有效的實施進行模擬，對整個過程進行優化和評估，監控整個過程是否能夠達到理想的狀態。以中間的產品為例，虛擬的制造系統按照預先規劃好的制作方案和作業流程，模擬相似的生產過程和物流走向，并把現有的工藝融入生產過程中，對整個生產的節拍進行掌握，并對生產資源要求進行改進，嘗試不同方案和流程之下生產效率水平，最終選擇出優化方案。

3.4 零部件制造級數字化車間仿真分析技術

現代造船模式下的船舶生產加工，主要是對整個生產過程進行規劃，根據產品的特征和生產工藝進行分類，利用成組技術批量化地生產。所以船體零部件以及一些附屬零件在加工車間里都可以實現混流加工，對其制造性能進行有效的評估與分析非常重要。

利用現在的三維數字技術，建立虛擬的加工車間，可以實現生產設計、生產流程、生產工藝、資源裝配等多個程序的仿真與分析。在模擬生產過程中，可以對各個生產環節的問題與注意事項進行有效的分析，提高生產和裝配的效率。同時，還可以選擇最優化的生產方案，實現節約成本，提高效率的目的；還可以對現有的工作人員進行有效的調配，合理地分配庫存，解決設備故障等。