基于三維體驗平臺的復雜裝配可視化技術

費玉清，孫浩月，李海波

(江南造船集團(有限)責任公司，上海 201913)

0 引 言

實現中大組立工序可視化的前提是具有一個合理完整的裝配工藝信息模型，基于三維體驗平臺(3D Experience Platform,3DEXP)的船舶設計模式不僅能提供產品設計模型，而且能集成多種裝配工藝信息，有效實現工藝信息模型的創建，是中大組立工序可視化技術研究的基礎。當前，現場直接利用包含豐富的產品信息和工藝工序信息的三維模型作為施工建造的可視化指導工具還沒有相應的軟件和硬件條件。對此，基于3DEXP，采用模型輕量化轉換的方法，利用強大的模型組裝拆卸和視圖功能實現工序可視化技術[1]。

1 模型信息規范化分類

對工藝信息進行詳細的梳理和分類，有利于完整地定義產品工藝信息，清晰地理解不同建造階段所需的信息，對后續交付物設計有很大幫助。基于3DEXP創建裝配工藝信息模型，對工藝信息進行分類，具體如下：

1)零部件基本屬性包括零部件件號、板厚、材質和零部件內安裝角度等；

2)裝配信息包括零部件名稱、板厚朝向、船中符號、組立位置方向、零部件間安裝角度、零部件定位尺寸、主尺度和檢驗數據等；

3)焊接信息包括焊接方式、焊接節點和焊腳高度；

4)結構信息包括過渡斜、開孔大小、形狀和尺寸；

5)精度信息包括余量和收縮量。

在3DEXP中，采用三維標注的方式將工藝信息在模型上表達出來，標注類型有文本標注、尺寸標注和焊接符號標注等3種。此外，需確定三維標注在結構樹上的組織節點，根據工藝信息的分類，在結構樹上創建多個3D part存放不同類別的標注信息。小組立安裝所需工藝信息放置在小組立下的3D part內；中大組立安裝所需工藝信息放置在中大組立下的3D part內。按施工類型和施工流程對工藝信息進行分類，為現場作業人員獲取不同階段的工藝信息提供較高的便利性，從而直接提高施工效率。

2 基于3DEXP的中大組立裝配信息模型構建

裝配信息模型(見圖1)是一種以幾何模型為載體，基于MBD(Model Based Definition)技術，包含裝配順序中與裝配有關的各種信息的數字化集成模型。建立該模型的目的是為產品的裝配環節提供切實可靠的技術支持和保障[2]。

圖1 裝配信息模型

構建裝配信息模型主要完成的工作有創建零部件結構樹、構建零部件流向屬性標注集和定義零部件工序屬性(見圖2)。構建裝配信息模型的主要流程是：基于產品主模型，在3DEXP上搭建產品結構樹；構建標注集，描述零部件的屬性和裝配工藝；根據中大組立工序規范，定義中大組立裝配工序屬性。

圖2 裝配信息模型中零部件工序屬性的定義

3 中大組立工序可視化中大組立裝配工序的定義

船體結構分段的類型繁多，不同分段的中大組立裝配工序各有差異。首先對各種類型分段的中大組立進行分析，然后對裝配過程中的所有裝配工序進行分類劃分整理，描述各種工序所表達的內容，最后形成中大組立裝配工序規范(見表1)[3]。中大組立工序規范采用XML的形式定義。

表1 中大組立裝配工序規范

根據規范文件對不同分段的中大組立進行工序定義，生成零部件工序對照表。

4 模型結構與工藝信息的轉換

裝配信息模型經過模型輕量化轉換之后，顯示的是3DEXP中結構和工藝的內聯屬性信息，不方便現場人員查看。利用.NET平臺的二次開發程序提取數字化模型中零部件的名稱信息，實現結構信息的規范化轉換(見圖3)。裝配中的工藝信息、定位方向和尺寸等裝配信息通過標注的形式表達出來。

圖3 模型信息規范化轉換

5 基于裝配工序構建裝配樹和視圖

實際上，現場工人關注的并非分段的整體信息，而是完成自己工位作業所需的必要信息，同時希望這些必要信息通過簡單、直觀的形式表達出來。因此，將分段整體信息分解到單個工序中，根據裝配工序對照表和二次開發程序，在系統中自動構建裝配工序裝配樹，最后以工序為單位創建工序可視化視圖(見圖4)。現場操作人員在平板電腦上利用系統插件不僅能快速瀏覽、參考和查詢工序可視化視圖，而且能對三維模型進行交互操作，查看模型裝配工藝的標注集信息[4]。在創建裝配工序可視化視圖時，應注意以下內容：

圖4 工序可視化視圖

1)明確表達分段的重要裝配工藝信息，如定位信息、名稱信息；

2)明確表達分段裝配的序列和方法；

3)保證工序所有表達的內容合理、正確，符合實際裝配要求。

6 結 語

以往都是依靠精細的二維結構圖指導船舶建造施工作業，但對于結構復雜、布置緊湊的區域，由于圖面標注的信息量巨大，會給不同作業人員查找信息的效率和準確率帶來一定影響。通過對3DEXP的數字化模型可視化技術進行研究，為現場裝配人員提供了包含工藝信息的三維模型和工序可視化視圖。每個視圖中只包含某個階段涉及的安裝信息，這樣裝配人員可參照工序可視化視圖進行中大組立安裝，現場作業人員可根據需要詳細查看結構和測量安裝尺寸等，從而快速定位、安裝。

本文提出的中大組立工序可視化技術具有以下優點：

1)能克服傳統二維裝配工藝文件存在的信息匱乏和理解困難等缺點，具有直觀、簡潔、可視的表達效果，使操作者更容易理解工藝內容；

2)可完全取代傳統的二維紙質裝配圖紙，有效提高工藝文件的指導性；

3)能使空間密集區劃的視圖過程更簡單直觀，提高現場裝配的質量和效率；

4)邁出了由純二維圖紙向三維電子圖紙轉變的重要一步，在向智能制造可視化轉型方面具有重要意義。