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(zhì)量，解決船舶裝配順序優(yōu)化問題。本文首先分析了國內(nèi)外虛擬裝配技術(shù)的研究方向，并討論了虛擬裝配技術(shù)的實際應(yīng)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(yōu)化問題。本文設(shè)計并實現(xiàn)了船舶分段裝配序列優(yōu)化問題的總體框架，并得到了相應(yīng)的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，詳細分析了船舶分段裝配序列的優(yōu)化因素，并對裝配序列的正確性和合理性進行了檢驗。

關(guān)鍵詞：船舶分段；裝配；序列優(yōu)化；研究

前言

在船舶建造過程中，構(gòu)件裝配質(zhì)量和裝配效率是影響造船質(zhì)量的重要因素。由于造船是一項復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，現(xiàn)代造船工程往往應(yīng)用于數(shù)字信息平臺，其中模擬裝配系統(tǒng)是最常用的新型制造技術(shù)。以數(shù)字軟件構(gòu)建的平臺為基礎(chǔ)，在模擬環(huán)境中對船體構(gòu)件進行分析，實現(xiàn)了船體在模擬環(huán)境下的裝配、測試和設(shè)計。在模擬環(huán)境中，整個模擬過程不僅可以體現(xiàn)在裝配過程中，還可以體現(xiàn)在產(chǎn)品的裝配中，為以后的實際裝配提供了理論依據(jù)。此外，以后的組裝、維護和組件恢復(fù)可以作為基礎(chǔ)。我國造船業(yè)起步較晚，自主研發(fā)制造技術(shù)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(yù)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(gòu)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(gòu)件模型

對船體裝配前需要對船體各個構(gòu)件進行全面分析，通過構(gòu)件船體3D模型，將整個船體結(jié)構(gòu)劃分為若干模塊，并保證所構(gòu)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(guān)的結(jié)構(gòu)模型。而模型的建立首先需要的便是構(gòu)件的幾何特征，包含構(gòu)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(gòu)件的開孔屬性和累加幾何特性等。在構(gòu)件船體分段模型中，需要依照船體結(jié)構(gòu)特征以及功能特征進行劃分，常見的模塊主要為：特征結(jié)構(gòu)、外板結(jié)構(gòu)以及甲板結(jié)構(gòu)和艙室結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)模塊。其中肋骨和縱骨是船體的主構(gòu)件，在設(shè)計時需要注意，應(yīng)當首先完成主構(gòu)件的設(shè)計，在其基礎(chǔ)上完成從屬構(gòu)件的設(shè)計。

在船體的分段裝配建模過程中，可以將結(jié)構(gòu)構(gòu)件分成兩大類。首先是同曲面相關(guān)的模型，其次則是同曲面不相關(guān)的構(gòu)件。例如肋骨以及肋板等構(gòu)件是同船體曲面相關(guān)的構(gòu)件，在建立模型時需要對了解船體的曲線，從而得到構(gòu)件輪廓，從而有效保證構(gòu)件模型的準確性。而數(shù)據(jù)庫的構(gòu)件首先應(yīng)當對構(gòu)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(gòu)件需要獲取船體曲面信息，則應(yīng)當將曲面文件打開，并依照零構(gòu)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(guān)構(gòu)件，通過計算得到構(gòu)建輪廓。從而為模塊的焊接提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。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(shù)量由擬合度決定。在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，大部分結(jié)構(gòu)都同曲面相關(guān)，因此需要著重予以關(guān)注。

2設(shè)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(gòu)成船舶分段結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)產(chǎn)品。船體分段構(gòu)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(tǒng)中通過點面的配合進行組裝。在系統(tǒng)中可以查詢到構(gòu)成分段的所有構(gòu)件信息，另外構(gòu)建模型所需要的設(shè)計信息也可以在數(shù)據(jù)庫視圖中查詢到。分段構(gòu)件的所有信息都可以通過分段數(shù)據(jù)模塊予以查詢，系統(tǒng)還能夠?qū)λ袠?gòu)件質(zhì)量特性等相關(guān)信息進行查詢，令工作人員充分了解構(gòu)件的重心、重量等。

在裝配模擬系統(tǒng)中，組件信息的存儲實際上是組件日志和相關(guān)位置的存儲。如果在設(shè)計中修改組件模型，則相應(yīng)修改裝配模型。本文所述組件在分段裝配中按相應(yīng)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(jié)構(gòu)裝配過程中，首先需要將配件裝配成結(jié)構(gòu)模塊，然后再裝配成結(jié)構(gòu)模塊。艙壁和彎頭是船體框架結(jié)構(gòu)的重要分段模塊。主要結(jié)構(gòu)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(fā)了參數(shù)化零件相關(guān)材料列表、裝配視圖和帶有指導(dǎo)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(fā)生重疊時，將顯示紅色。單擊干涉檢查后，將列出相應(yīng)的組件信息。裝配完成后，在裝配組中，將所有裝配協(xié)調(diào)關(guān)系存儲為組，將裝配信息存儲在對應(yīng)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(fā)現(xiàn)設(shè)計中不合理的地方，以裝配關(guān)系為基礎(chǔ)能夠在模型中進行關(guān)聯(lián)修改。例如可以對不適當一個構(gòu)件進行以此修改，也可以針對同類型成批的構(gòu)件進行批量修改，也能夠有選擇的對一個構(gòu)件的關(guān)聯(lián)構(gòu)件進行修改。在進行關(guān)聯(lián)修改過程中，只需要對所需修改的主構(gòu)件進行修改，例如修改設(shè)計參數(shù)，便能夠進行關(guān)聯(lián)修改，同主構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的子構(gòu)件參數(shù)以及模型都會隨之修改。在關(guān)聯(lián)修改中，對位置約束以及特征進行改變，在刷新構(gòu)件后，同該修改相關(guān)的特征以及所修改的特征都會發(fā)生改變。

4顯示裝配順序

在裝配作業(yè)中，最重要的是規(guī)劃裝配順序。只有保證裝配順序的合理性和科學(xué)性，才能在更大程度上降低裝配成本，提高裝配效率。在設(shè)計過程中，利用計算機輔助設(shè)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(shè)計系統(tǒng)是基于設(shè)計條件和設(shè)計數(shù)據(jù)而設(shè)計的。在虛擬裝配系統(tǒng)中，對裝配段進行反復(fù)驗證，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，判斷是否需要進行修正，直到設(shè)計沒有問題，最終選擇最優(yōu)的裝配方案。通過CAD工具，模型的狀態(tài)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(jiān)控的重疊檢測。

通過裝配過程，我們可以發(fā)現(xiàn)實際裝配中由于設(shè)計不當可能出現(xiàn)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(tài)干擾檢查后，在艙口擋泥板和橫梁處發(fā)現(xiàn)干擾。圖像顯示了干涉區(qū)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(jié)構(gòu)修改，選擇相關(guān)的組件相關(guān)的結(jié)構(gòu)修改，通過數(shù)據(jù)庫查詢，顯示主要機構(gòu)參數(shù)和改變設(shè)計參數(shù)改變組件的信息，確保模型的同步修改和參數(shù)在數(shù)據(jù)庫中。

結(jié)語

對船舶分段裝配序列優(yōu)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(zhì)量，降低其建造成本，這些內(nèi)容對于船舶建造有著十分重要意義。依據(jù)這樣的發(fā)展狀況，本文提出了相應(yīng)優(yōu)化研究內(nèi)容與發(fā)展目標，研究建立了相應(yīng)的裝配序列優(yōu)化系統(tǒng)。

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作者簡介：孫日光，（1982年）；男；漢；遼寧大連；工程師，?？?。

（作者單位：波塞冬船舶設(shè)計（大連）有限公司）