CN106294965A - 一种船体分段装配序列规划系统及其规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种船体分段装配序列规划系统及其规划方法，包括装配资源管理模块、装配序列规划模块、装配序列仿真模块以及装配序列评价模块；首先，装配资源管理模块完成分段相关信息的录入和装配相关规则的编制；其次，装配序列规划模块通过导入分段信息、确定装配初始条件进行装配序列推理；随后，装配序列仿真模块根据装配序列规划模块的推理结果规划装配路径进行装配过程的仿真；最后，装配序列评价模块对待评价装配序列进行模糊综合评价。本发明能够为装配工艺人员在船体分段装配工艺设计和仿真验证及评价优选的整个工艺过程中提供高效、准确、智能化的解决方案，对提高工艺编制效率、缩短分段建造周期有着重要的意义。

Description

一种船体分段装配序列规划系统及其规划方法

技术领域

本发明涉及计算机辅助工艺设计技术，具体涉及一种船体分段装配序列规划系统及其规划方法。

背景技术

船舶建造是一项复杂的制造工程，由成千上万个构件装配、焊接而成，具有作业范围广泛、工作量大、工作种类多、结构复杂、安装繁琐，劳动力成本高等特点。船体中大部分的装配工作由施工人员完成，现场工人的操作经验在很大程度上会影响最终的装配质量。目前，大中型船舶主要的建造方法是分段建造法，即在设计阶段将整个船体结构按照一定的原则划分为大小不一的分段；在施工阶段首先在分段车间进行分段装配，然后在船台或船坞进行合拢，从而组装成完整的船体。因此，分段装配过程的改善和优化对于缩短船舶建造周期、加快整船建造进度意义重大。

船体分段装配作为船舶建造过程中的关键环节，是船体设计及船体制造的连接纽带，是精品造船、提高船舶质量的重要保障。据统计，在一些工业化的国家，船舶产品的制造过程中有超过30％的人在进行和装配相关的作业，产品的装配工时占制造总工时的一半左右，装配成本占制造总成本的30％-50％，并且制造过程自动化程度及柔性的不断发展，将会使得装配成本仍有上升空间。装配序列规划作为自动化制造领域的核心内容，其主要完成对装配体所属装配结构件装配顺序的自动编排，从而生成满足装配体实际装配需求的装配序列。装配序列规划问题属于一类满足空间几何约束关系、物理约束关系以及机械装配相关约束条件的优选问题。船体分段装配序列规划旨在解决船厂船体分段的实际装配操作之前的装配工艺制定和装配序列评判优选等问题。

由于船体分段建造过程的复杂性、影响因素众多等特性，导致分段装配工艺规划难度较大、制定周期长、工艺优劣评价过程复杂等问题；目前，我国大型船厂的装配工艺制定多根据现有工作经验进行，这种方式主要存在三方面问题：一方面，工艺规划过程制定过程过于依赖经验判断、智能化程度较低且缺乏相应的标准性文件指导，使得装配工艺制定过程缓慢且其质量稳定性也存在较大隐患；另一方面，对已有装配工艺知识缺乏相应的整理和继承，导致工艺制定过程反复，大大延长了整个生产周期；此外，对于制定的装配工艺缺乏相应的评价和验证体系，使得装配工艺的优劣难以进行指标化的评定，这也给实际的生产过程带来了诸多问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种船体分段装配序列规划系统及其规划方法。

技术方案：本发明所述的一种船体分段装配序列规划系统，包括装配资源管理模块、装配序列规划模块、装配序列仿真模块以及装配序列评价模块；所述装配资源管理模块实现分段信息以及装配规则的管理与维护，包括产品信息模块、装配规则管理模块以及零部件连接信息模块，所述产品信息是待装配的船体分段构件信息，包括船体的分段组成信息以及分段构件的属性信息，通过对结构树节点和其属性信息的增加、修改、编辑操作，实现对产品信息和资源信息的基本维护；所述装配规则管理模块实现装配相关规则的制定和管理；所述零部件连接信息模块实现零部件连接信息的录入和管理；所述装配序列规划模块实现装配序列的推理制定，包括对象管理模块、装配工艺制定模块和装配结果管理模块，所述对象管理模块将待装配信息从装配结构树进行选择和导入；所述装配工艺制定模块实现初始条件设置然后进行装配工艺推理；所述结果管理模块实现推理结果的查看和导出；所述装配序列仿真模块对推理出的装配序列进行验证性仿真分析，包括仿真模型管理模块、装配过程仿真模块和仿真结果管理模块，所述仿真模型管理模块进行对装配结构件模型的管理或建立；所述装配过程仿真模块根据装配序列进行仿真分析；所述装配结果管理模块对装配相关视频进行管理，可以进行添加、查看操作；所述装配序列评价模块对装配序列的优劣评价，包括评价体系建立模块和评价结果管理模块，所述评价体系建立模块通过人机交互方式设定评价指标和权重，并进行装配序列综合评价；所述评价结果管理对评价结果进行查看和导出，以便于对比和保存。

进一步的，还包括帮助信息模块，所述帮助信息模块为用户提供必要的相关帮助信息，帮助平台用户掌握工具的使用操作方法和问题的解释与说明信息。

本发明还公开了一种船舶分段装配序列规划系统的规划方法，包括以下步骤：

(1)、根据船体分段结构件列表和从船体分段三维模型上提取的分段构件名称、类型、所属分段信息，在产品信息模块录入相应信息资源，包括分段属性信息、分段的结构件的基本属性信息和自定义属性信息以及分段结构件相关模型信息，并可根据实际情况做实时调整；

(2)、通过装配规则管理模块和零部件连接信息模块完成对已根据专家经验制定好相关规则的录入，并可对添加的规则信息进行实时的添加和修改；

(3)、通过装配序列规划模块中的对象管理模块完成对待装配对象的筛选和信息导入，通过装配工艺制定模块完成初始条件的设置并进行装配序列的推理操作；通过装配结果管理模块实现推理出的装配序列的查看和相关管理，包括导出到EXCEL和储存到数据库；

(4)、通过仿真模型管理模块进行装配序列涉及结构件模型的管理，如果已有相应模型则直接导入，如果没有相应模型可通过CATIA二次开发的嵌入式模块进行结构件模型的建立，然后通过CATIA建立虚拟装配仿真环境进行装配过程仿真，进行静态和动态干涉检查并导出相应干涉文件，最后录制相关装配视频并存储到数据库，以便于工艺人员进行查看和指导实际生产过程；

(5)、通过评价体系建立子模块建立装配序列评价初始设定，若采用系统自带评价指标和权重，则仅需要直接进行装配序列打分；若需要根据实际需要调整现有指标和权重，则可在进行确定评价权重时进行直接修改并根据装配序列进行打分，最后系统会根据内部程序建立二级模糊综合评价机制实现装配序列评价，并可对评价结果进行查看和保存到数据库。

进一步的，所述步骤(3)中装配序列规划流程的具体步骤如下：

(3.1)、通过对象管理模块的装配资源结构树，进行待装配的分段的筛选并导入该分段的相应信息；

(3.2)、在装配工艺制定模块中，根据优先级的高低筛选出符合条件的相应构件，并根据船体分段特点通过人机交互设定初始装配结构件；

(3.3)、根据分段结构特点，在四种常用肋板开口形式中选择相应的肋板开口形式；确定初始条件若需要重新选择，则返回步骤(3.1)，否则直接进行步骤(3.4)；

(3.4)、进行装配序列的装配规则匹配，根据规则匹配推理装配序列；

(3.5)、查看相应装配序列推理结果，直接将结果导出到EXCEL表，或将推理结果直接保存到数据库，便于以后进行装配工艺检查；

(3.6)、若需进行其他分端的装配序列的规划则重复步骤(3.1)～(3.5)，否则，直接退出；

进一步的，所述步骤(4)中虚拟装配仿真流程的具体步骤如下：

(4.1)、查看是否存在相关模型，若存在则直接进行步骤(4.2)，若不存在则通过CATIA嵌入模块进行相关装配模型的建立，然后进行步骤(4.2)；

(4.2)、在CATIA装配环境下进行路径规划，并将装配结构件模型按照装配序列进行装配；

(4.3)、对装配体进行静态干涉检查，若存在干涉则及时调整，直至不存在干涉为止；

(4.4)、根据已有装配序列进行装配路径规划；

(4.5)、进行动态干涉检查，若存在干涉则返回步骤(4.4)或重新进行装配序列规划，若不存在干涉则进行步骤(4.6)；

(4.6)、按照装配路径进行装配过程的仿真，并录制装配过程视频；

(4.7)、输出相关干涉文件，将装配视频进行相关处理和保存，以待后续查看。

进一步的，所述步骤(5)中装配序列评价过程的具体步骤如下；

(5.1)、进入装配序列评价模块，根据条件调出待评价的装配序列；

(5.2)、判断是否采用系统已设置的相应指标和权重，若采用初始值则直接转步骤(5.5)，否则，直接进行步骤(5.3)；

(5.3)、根据分段实际特点重新确定评价因素；

(5.4)设定评价因素的相应权重；

(5.5)工艺人员根据装配序列的特点对待评价的装配序列进行打分；

(5.6)通过内部推理机制实现二级模糊综合评价；

(5.7)评价结果输出和查看，若需重新进行判断则重复步骤(5.1)～(5.7)。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明运用计算机辅助规划技术，将船体分段建造所需的资源、产品、相关工艺信息等高度集成，完成从分段信息输入到分段装配序列推理输出以及装配过程仿真和装配序列评价的船体装配工艺制定全过程的高效智能化管理。

(2)本发明实现了计算机辅助装配序列规划过程，为船舶分段建造的工艺人员在装配序列规划过程中提供了便捷、合理、智能的方法，装配视频文件也为装配操作人员提供了直观的操作指导，为最终达到提高工艺编制效率和缩短分段建造工时的目的提供了合理有效的解决方案。

(3)本发明大大解决现有技术种船体分段装配工艺制定过程缓慢、装配相关知识难以继承和管理以及装配工艺评价过程困难等实际问题，将船体装配工艺相关知识和经验等信息进行集成管理，运用内嵌推理技术实现装配序列的自动推理，通过构建虚拟装配环境进行装配序列的仿真验证并建立模糊综合评价体系进行装配序列的评价。

附图说明

图1为本发明的整体系统结构图；

图2为本发明的船体分段装配工艺规划流程图；

图3为本发明中的装配过程仿真流程图；

图4为本发明中的模糊综合评价流程图；

图5(a)、(b)、(c)为装配工艺规划流程的界面

图6(a)、(b)、(c)为装配序列评价的界面

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1，一种船体分段装配序列规划系统，包括装配资源管理模块、装配序列规划模块、装配序列仿真模块以及装配序列评价模块；

所述装配资源管理模块实现分段信息以及装配规则的管理与维护，包括产品信息模块、装配规则管理模块以及零部件连接信息模块，所述产品信息模块包含船体分段构件信息，通过对结构树节点和其属性信息的增加、修改、编辑等操作，实现对产品信息和资源信息的基本维护；所述装配规则管理模块实现装配相关规则的制定和管理；所述零部件连接信息模块实现零部件连接信息的录入和管理；

所述装配序列规划模块实现装配序列的推理制定，包括对象管理模块、装配工艺制定模块和装配结果管理模块，所述对象管理模块将待装配信息从装配结构树进行选择和导入；所述装配工艺制定模块实现初始条件设置然后进行装配工艺推理；所述结果管理模块实现推理结果的查看和导出；

所述装配序列仿真模块对推理出的装配序列进行验证性仿真分析，包括仿真模型管理模块、装配过程仿真模块和仿真结果管理模块，所述仿真模型管理模块进行对装配结构件模型的管理或建立；所述装配过程仿真模块根据装配序列进行仿真分析；所述装配结果管理模块对装配相关视频进行管理，可以进行添加、查看操作；

所述装配序列评价模块对装配序列的优劣评价，包括评价体系建立模块和评价结果管理模块，所述评价体系建立模块通过人机交互方式设定评价指标和权重，并进行装配序列综合评价；所述评价结果管理对评价结果进行查看和导出，以便于对比和保存。

进一步的，还包括帮助信息模块，所述帮助信息模块为用户提供必要的相关帮助信息，帮助平台用户掌握工具的使用操作方法和问题的解释与说明信息。

如图2，一种船体分段装配序列规划系统，其分段装配工艺规划流程步骤如下(以某散货船326分段为例)：

步骤一：如图5(a)，根据装配序列推理需求从装配结构树中筛选并导入待规划的某散货船326分段；

步骤二：如图5(b)，设定装配序列初始条件，根据装配优先级选择初始装配的内底板构件，并确定肋板开口形式为直通型开口，然后点击下一步自动进入内部规则匹配过程；

步骤三：如图5(c)，对推理生成的9种装配序列结果进行查看、导出或保存操作。

如图4，一种船体分段装配序列规划系统，其装配序列评价流程步骤如下(以某散货船326分段为例)：

步骤一：如图6(a)，根据装配序列评价需求从推理出的某散货船326分段9种装配序列中选择待评价的第一种装配序列；

步骤二：如图6(b)，工艺人员根据企业实际生产情况确定评价指标并手动输入评价指标(包括仰焊数量、结构件装配难度、翻身次数和调整难度)的权重，并结合装配序列对每项指标进行打分，确定指标、权重及分数后综合评价该分段第一种装配序列分值为64.7分；

步骤三：如图6(c)，对该分段可行的9种装配序列评价结果进行查看、导出和保存操作。

Claims (6)

1.一种船体分段装配序列规划系统，其特征在于：包括装配资源管理模块、装配序列规划模块、装配序列仿真模块以及装配序列评价模块

所述装配资源管理模块实现制造装配体结构属性和装配相关规则的管理与维护，包括产品信息模块、装配规则管理模块以及零部件连接信息模块，所述产品信息为待装配的船体分段及其构件信息，包括船体的分段组成信息以及分段构件的属性信息，通过对结构树节点和其属性信息的增加、删除、查看和修改，实现对产品信息和资源信息的基本维护；所述装配规则管理模块实现对装配规则的增加、修改和删除操作，装配规则包含型号规则、优先级规则、元素匹配规则和装配类型规则；所述零部件连接信息模块实现零部件连接信息的录入和管理；

所述装配序列规划模块实现装配序列的推理制定，包括对象管理模块、装配工艺制定模块和装配结果管理模块，所述对象管理模块完成待装配分段的选取和信息导入；所述装配工艺制定模块实现初始条件设置，然后进行装配工艺推理；所述结果管理模块实现推理结果的查看和导出；

所述装配序列仿真模块对推理出的装配序列进行验证性仿真分析，包括仿真模型管理模块、装配过程仿真模块和仿真结果管理模块，所述仿真模型管理模块完成分段结构的模型建立和导入操作；所述装配过程仿真模块根据装配序列进行仿真分析；所述装配结果管理模块对装配相关视频进行管理，可以进行添加和查看操作；

所述装配序列评价模块对装配序列的优劣评价，包括评价体系建立模块和评价结果管理模块，所述评价体系建立模块通过工艺人员参与设定评价指标和权重，并进行装配序列综合评价；所述评价结果管理对评价结果进行查看和导出，以便于对比和保存。

2.根据权利要求1所述的船体分段装配序列规划系统，其特征在于：还包括帮助信息模块，所述帮助信息模块为用户提供必要的相关帮助信息，帮助平台用户掌握工具的使用操作方法和问题的解释与说明信息。

3.一种根据权利要求1或2任意一项所述的船舶分段装配序列规划系统的规划方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、根据船体分段结构件列表和从船体分段三维模型上提取的分段构件名称、类型和所属分段信息，在产品信息模块录入相应信息资源，包括分段属性信息、分段的结构件的基本属性信息和自定义属性信息以及分段结构件相关模型信 息，并可根据实际情况做实时调整；

(2)、通过装配规则管理模块和零部件连接信息模块完成对已根据专家经验制定好相关规则的录入，并可对添加的规则信息进行实时的添加和修改；

(3)、通过装配序列规划模块中的对象管理模块完成对待装配对象的筛选和信息导入，通过装配工艺制定模块完成初始条件的设置并进行装配序列的推理操作；通过装配结果管理模块实现推理出的装配序列的查看和相关管理，包括导出到EXCEL和储存到数据库；

(4)、通过仿真模型管理模块进行装配序列涉及结构件模型的管理，如果已有相应模型则直接导入，如果没有相应模型可通过CATIA二次开发的嵌入式模块进行结构件模型的建立，然后通过CATIA建立虚拟装配仿真环境进行装配过程仿真，进行静态和动态干涉检查并导出相应干涉文件，最后录制相关装配视频并存储到数据库，以便于工艺人员进行查看和指导实际生产过程；

(5)、通过评价体系建立子模块建立装配序列评价初始设定，若采用系统自带评价指标和权重，则仅需要直接进行装配序列打分；若需要根据实际需要调整现有指标和权重，则可在进行确定评价权重时进行直接修改并根据装配序列进行打分，最后系统会根据内部程序建立二级模糊综合评价机制实现装配序列评价，并可对评价结果进行查看和保存到数据库。

4.根据权利要求3所述的船舶分段装配序列规划系统的规划方法，其特征在于：所述步骤(3)中装配序列规划流程的具体步骤如下：

(3.1)、通过对象管理模块的装配资源结构树，进行待装配的分段的筛选并导入该分段的相应信息；

(3.2)、在装配工艺制定模块中，根据优先级的高低筛选出符合条件的相应构件，并根据船体分段特点通过人机交互设定初始装配结构件；

(3.3)、根据分段结构特点，在四种常用肋板开口形式中选择相应的肋板开口形式；确定初始条件若需要重新选择，则返回步骤(3.1)，否则直接进行步骤(3.4)；

(3.4)、进行装配序列的装配规则匹配，根据规则匹配推理生成装配序列；

(3.5)、查看相应装配序列推理结果，直接将结果导出到EXCEL表，或将推理结果直接保存到数据库，便于以后进行装配工艺检查；

(3.6)、若需进行其他分端的装配序列的规划则重复步骤(3.1)～(3.5)，否则，直接退出。

5.根据权利要求3所述的船舶分段装配序列规划系统的规划方法，其特征在于：所述步骤(4)中虚拟装配仿真流程的具体步骤如下：

(4.1)、查看是否存在相关模型，若存在则直接进行步骤(4.2)，若不存在则通过CATIA嵌入模块进行相关装配模型的建立，然后进行步骤(4.2)；

(4.2)、在CATIA装配环境下进行路径规划，并将装配结构件模型按照装配序列进行装配；

(4.3)、对装配体进行静态干涉检查，若存在干涉则及时调整，直至不存在干涉为止；

(4.4)、根据已有装配序列进行装配路径规划；

(4.5)、进行动态干涉检查，若存在干涉则返回步骤(4.)或重新进行装配序列规划，若不存在干涉则进行步骤(4.6)；

(4.6)、按照装配路径进行装配过程的仿真，并录制装配过程视频；

(4.7)、输出相关干涉文件，将装配视频进行相关处理和保存，以待后续查看。

6.根据权利要求3所述船舶分段装配序列规划系统的规划方法，其特征在于：所述步骤(5)中装配序列评价过程的具体步骤如下；

(5.1)、进入装配序列评价模块，根据条件调出待评价的装配序列；

(5.2)、判断是否采用系统已设置的相应指标和权重，若采用初始值则直接转步骤(5.5)，否则，直接进行步骤(5.3)；

(5.3)、根据分段实际特点重新确定评价因素；

(5.4)设定评价因素的相应权重；

(5.5)工艺人员根据装配序列的特点对待评价的装配序列进行打分；

(5.6)通过内部推理机制实现二级模糊综合评价；

(5.7)评价结果输出和查看，若需重新进行判断则重复步骤(5.1)～(5.7)。