樸香美，朱明華，單小芬

(江南造船(集團)責任有限公司，上海 201913)

船體分段裝配圖作為直接面向生產(chǎn)的一份基礎性圖紙，包含了大量的信息，其設計質(zhì)量將直接影響船舶建造速度與質(zhì)量[1]。目前，分段裝配工藝設計模式為，采用成組技術(shù)原理，以中間產(chǎn)品為導向，實施船體分道，即將分段結(jié)構(gòu)裝配劃分為大組立、中組立、小組立過程。設計員在此過程，即劃分大中小組立及確定組立裝配工藝的過程中，需要翻閱大量的工藝文件，如建造方針、分段建造原則工藝、詳細組立要領、生產(chǎn)場地產(chǎn)能信息等，同時還需要依賴于設計員的經(jīng)驗知識，而這些知識要么分散在各個工藝文件中，要么掌握在個別老師傅或?qū)＜沂掷铮焕谥R共享和相似情況下的知識重用，導致工藝設計水平因人而異，設計自動化程度低，增加了設計周期及成本，不能滿足現(xiàn)代工藝設計的需求。

這就迫切需求工藝設計模式上的創(chuàng)新，提高設計質(zhì)量、改進設計模式、實現(xiàn)技術(shù)進步。鑒于各船型雙層底分段結(jié)構(gòu)相似性較高的特點，對雙層底分段特有結(jié)構(gòu)的組立裝配知識和常見結(jié)構(gòu)的組立裝配共性知識等，根據(jù)成組技術(shù)進行分類及梳理，以CAA(component application architecture)方式進行3DEXP的二次開發(fā)，并將梳理的規(guī)則以知識工程語言(EKL)形式存儲于平臺工藝知識庫，形成結(jié)構(gòu)化的工藝成組規(guī)則，從而實現(xiàn)工藝成組技術(shù)規(guī)范化、自動化、知識化的目標。

1 雙層底分段工藝成組規(guī)則

結(jié)合成組技術(shù)[2-4]，以提高分段建造效率和質(zhì)量為原則，對已建船型進行總結(jié)，結(jié)合小組立智能制造生產(chǎn)線規(guī)劃等生產(chǎn)資源能力，并參考相關(guān)工藝文件，梳理分段工藝步驟、各細分類型的小組立與中組立、是否有曲面板架、組立基面等信息，以及各細分類型的小組立、中組立名稱、零部件編碼、工序要求和并聯(lián)工序等信息，從而確定雙層底分段工藝設計。

1.1 雙層底分段組立類別、命名規(guī)則及劃分原則

1)裝配階段細分類型梳理，即將裝配階段細分為小組立、中組立、大組立、一次總組、二次總組、搭載。

2)中組立細分類型梳理，即將中組立細分為內(nèi)底中組立、內(nèi)底片體中組立、外板片體中組立。

3)中大組散件細分類型梳理，即將零件細分為需拼接的板、不拼接的板、縱骨、加強筋、補板、肘板。

4)小組立細分類型梳理，即將小組立細分為縱桁、肋板、肘板。

5)命名規(guī)則梳理，即梳理各階段及零部件細分類型命名規(guī)則，搭載(003)、二次總組(002)、一次總組(001)、大組立(000)、內(nèi)底中組立(IB1A)、內(nèi)底片體中組立(IB1B)、外板片體中組立(BS1A)、縱桁(GR*)、肋板(FR*)、肘板(BK*)、需拼接的板(K*)、不拼接的板(A*)、縱骨(L*)、加強筋(S*)、補板(C*)、肘板(B*)。

6)各生產(chǎn)區(qū)域分段限制條件梳理，即生產(chǎn)一區(qū)分段長度不超過12 m，生產(chǎn)二區(qū)分段長度不超過21 m。

7)大組立建造方式梳理，即外板帶線型時，以內(nèi)底片體為基面，采用外板散裝的形式，而外板平直時，以外板片體組立為基面，采用內(nèi)底組立翻身到外板的形式[5]。

8)各生產(chǎn)區(qū)域小組立限制條件梳理，即生產(chǎn)一區(qū)組立寬度不超過4 m、高度不超過2 m、質(zhì)量不超過18 t，生產(chǎn)二區(qū)組立寬度不超過6 m、高度不超過2 m、重量不超過30 t，且生產(chǎn)二區(qū)的小組立寬度小于1.5 m狹長型且直線度要求較高的部件，組立長度不超過12 m。

1.2 雙層底分段工藝成組規(guī)則

1)分段組立工藝成組規(guī)則梳理，即梳理各細分類型的中組立及大組立的工序。安裝縱向、橫向構(gòu)件時，按照從中縱到兩側(cè)、從船艉至船艏的基本順序，再結(jié)合實際干涉情況進一步調(diào)整裝配順序[6-7]。

2)中組立建造基面梳理，即定義內(nèi)底中組立以內(nèi)底片體中組立為基面建造、內(nèi)底片體中組立以內(nèi)底拼板為基面建造、外板片體中組立以外板拼板為基面建造。

3)在組立階段未規(guī)定小組、一次總組、二次總組及搭載階段的裝配順序。

2 分段裝配工藝工具開發(fā)

2.1 開發(fā)方案設計

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點、零部件主尺度、材質(zhì)、板架及型材類型等屬性，檢索及判斷組立工藝規(guī)則，獲取各組立階段的建造方法和建造策略，并結(jié)合分段工藝成組規(guī)則，總結(jié)以裝配體為節(jié)點單元的建造順序影響因素，最終提出船體結(jié)構(gòu)工藝成組技術(shù)自動生成方法，工具功能設計流程見圖1。

圖1 工具功能設計流程

1)點擊功能命令并選擇結(jié)構(gòu)樹中相應節(jié)點，勾選同時或分別創(chuàng)建裝配結(jié)構(gòu)樹及工藝成組規(guī)則。

2)程序判斷分段長度是否超過12 m，“否”選取一區(qū)工藝規(guī)則，“是”選取二區(qū)工藝規(guī)則。

3)程序判斷分段外板是否帶線型，“是”大組以內(nèi)底中組立為基面散裝外板，“否”以外板片體中組立為基面建造。

4)二區(qū)工藝規(guī)則下，程序判斷分段內(nèi)底板是否為低溫鋼材料，“是”增加內(nèi)底片體中組立，“否”內(nèi)底片體散裝。

5)二區(qū)規(guī)則下，程序判斷組立寬度是否超過6 m、高度是否超過2 m、質(zhì)量是否超過30 t，“否”作為小組立，“是”作為中組立。

6)二區(qū)規(guī)則下，小組立寬度小于1.5 m狹長型且直線度要求較高的部件，程序判斷組立長度是否超過12 m，“是”截斷為兩個組立，“否”形成一個組立。

7)一區(qū)規(guī)則下，程序判斷組立寬度是否超過4 m、高度是否超過2 m、質(zhì)量是否超過18 t，“否”作為小組立，“是”作為中組立。

8)程序讀取板架類型，根據(jù)裝配結(jié)構(gòu)規(guī)則，生成各層級組立結(jié)構(gòu)。

9)程序根據(jù)補板、肘板等散件位置，將散件歸入相應組立。

10)程序讀取零部件位置，根據(jù)工藝成組規(guī)則，生成從中縱至兩側(cè)、從船尾至船首的裝配順序。

11)程序根據(jù)組立命名規(guī)則，添加屬性信息，即在名稱欄寫入零部件或組立階段名稱。

12)裝配結(jié)構(gòu)及工藝成組結(jié)構(gòu)節(jié)點擴展屬性類別，即擴展組立類別、建造基面、零部件層級號、零部件工序號屬性。

13)程序根據(jù)組立劃分規(guī)則，添加屬性信息，即在組立類別欄，寫入中組立或小組立。

14)程序基于裝配結(jié)構(gòu)樹，根據(jù)工藝成組規(guī)則，添加屬性信息，即在建造基面屬性欄，寫入中大組立建造基面。

15)程序基于裝配結(jié)構(gòu)樹，根據(jù)工藝成組規(guī)則，添加屬性信息，即在零部件層級號屬性欄，寫入零部件在分段裝配過程中所屬層級。

16)程序基于裝配結(jié)構(gòu)樹，根據(jù)工藝成組規(guī)則，添加屬性信息，即在零部件工序號屬性欄，寫入零部件在所屬層級中安裝順序。

17)程序基于零部件層級號及工序號，可視化工藝成組結(jié)構(gòu)。

2.2 系統(tǒng)開發(fā)工具

通過CAA及EKL 2種方式對3DEXP進行二次開發(fā)[8]，使用EKL語言編寫工藝成組規(guī)則，并基于Microsoft Visual Studio2015，使用CAA在三維體驗平臺(3DExperience Platform，3DEXP)界面添加工藝設計工具條及生成工藝成組技術(shù)功能按鈕。點擊功能按鈕，調(diào)用CAA判斷方向、測重、測距函數(shù)及EKL規(guī)則，快速生成雙層底工藝成組規(guī)則。

3 工具功能測試

3.1 規(guī)則調(diào)用

為測試規(guī)則的通用性，以包含雙層底主要結(jié)構(gòu)及生成工藝規(guī)則所需輸入條件的分段為對象進行工藝成組技術(shù)驗證，圖2為功能按鈕及工具主界面，工具使用過程如下。

1)使用測試用分段創(chuàng)建PPR(product-process-resource)節(jié)點、裝配結(jié)構(gòu)節(jié)點及工藝成組規(guī)則頂層節(jié)點，并創(chuàng)建各節(jié)點間的關(guān)聯(lián)。

2)點擊功能鍵彈出工具界面，如圖2，選擇產(chǎn)品模型節(jié)點，并勾選同時或分別創(chuàng)建裝配結(jié)構(gòu)樹及工藝成組規(guī)則，程序通過判斷在“Knowledge Rules To Select”一欄中自動選取適用的工藝知識規(guī)則。

圖2 工具按鈕及工具主界面

3)單擊OK，程序基于規(guī)則生成產(chǎn)品模型對應的裝配結(jié)構(gòu)及工藝成組結(jié)構(gòu)，并創(chuàng)建兩者間的關(guān)聯(lián)，同時各節(jié)點均按規(guī)則自動命名，且各節(jié)點基于規(guī)則完成物料的自動分配。

3.2 測試結(jié)果

測試發(fā)現(xiàn)，程序執(zhí)行時調(diào)用的工藝知識規(guī)則為本功能的關(guān)鍵要素，這些規(guī)則由管理員在平臺中預定義，供程序調(diào)用。傳統(tǒng)模式需要設計員翻閱大量資料并將幾百甚至上千個零件按規(guī)則組織節(jié)點并生成順序，而這個過程中軟件響應速度也非常影響工作效率，因此完成一個分段往往需要1 d或更長時間。測試結(jié)果顯示，裝配結(jié)構(gòu)及工藝成組結(jié)構(gòu)生成結(jié)果基本符合前期梳理的規(guī)則，且相比傳統(tǒng)模式，大幅減少設計工時、自動規(guī)避命名不規(guī)則等人為因素造成的錯誤、信息表達更直觀清晰，且通過細化施工工序可加強設計深度，以下為測試結(jié)果。

1)通過簡單操作調(diào)用規(guī)則后，39 s即可生成結(jié)果，見圖3。

圖3 裝配結(jié)構(gòu)樹

2)小組立結(jié)構(gòu)符合規(guī)則，生成縱桁、肋板、肘板節(jié)點。

3)中組立結(jié)構(gòu)符合規(guī)則，生成內(nèi)底中組立、內(nèi)底片體、外板片體節(jié)點。

4)裝配階段符合規(guī)則，生成小/中/大組立、一次/二次總組、搭載節(jié)點。

5)中大組散件符合規(guī)則，需拼接的板、不拼接的板、縱骨、加強筋、補板、肘板歸入相應組立。

6)零部件命名符合組立及零件命名規(guī)則。

7)裝配結(jié)構(gòu)及工藝成組結(jié)構(gòu)節(jié)點擴展屬性類別，生成組立類別、建造基面、零部件層級號、零部件工序號屬性欄，并正確寫入相關(guān)屬性信息。

7)組立成組結(jié)構(gòu)符合規(guī)則，且從簡單文字描述的傳統(tǒng)方式，改為按詳細施工步驟分解模型顯示的模式，見圖4。

圖4 工藝成組結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

通過提出的基于3DEXP的雙層底分段工藝成組技術(shù)，可快速實現(xiàn)工藝成組規(guī)則的實例化，從而達到工藝規(guī)范化、自動化、知識化的目的。

1)對552個零件進行分段測試，用時不到1 min，縮減設計工時。

2)通過將大量工藝知識進行梳理并形成規(guī)則，利于知識重用。

3)通過規(guī)則自動生成工藝信息，規(guī)避設計員操作不規(guī)范而會導致的問題。

雖然該技術(shù)于提高公司工藝設計能力效果明顯，但該技術(shù)目前未涉及自動規(guī)劃裝配路徑及干涉檢查的功能，為提高該技術(shù)于現(xiàn)場作業(yè)指導的實用性，需要對該技術(shù)繼續(xù)研究，使其功能更加完善。