CN109866876A - 基于数字孪生的船舶分段建造精度控制方法 - Google Patents
基于数字孪生的船舶分段建造精度控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生的船舶分段建造精度控制方法，包括以下步骤：1)构建船舶分段的数字孪生体；2)采集船舶分段在建造过程中的感知数据，将感知数据传送到数字孪生体，并进行更新；3)将所述感知数据与建造过程的工艺信息进行融合，形成孪生数据，计算各个船舶分段的分段精度；4)计算实际建造过程中总精度与理论建造过程中精度的偏差；5)根据上述偏差进行精度补偿；6)判断是否符合精度要求。本发明利用数字孪生技术，构建船舶分段建造过程分段数字孪生模型，达到船舶分段建造过程实时模拟、监控，很好地解决船舶分段建造过程中工艺与精度之间的协同问题，从而提高船舶分段建造的质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶分段建造精度控制方法，特别是涉及一种基于数字孪生的船舶 分段建造精度控制方法。
背景技术
数字孪生技术是指将物理世界的物体，通过数字化的手段来构建一个一模一样的数 字世界的实体，实现对物理实体的了解、分析和优化。将数字孪生技术应用于船舶分段建造过程中，构建一个船舶分段建造的孪生模型，获取并分析分段建造过程中的实时状 态信息，分段建造孪生模型将会根据实时信息作出相应的动态运行情况，实现对船舶建 造过程状态模拟及监控、工艺优化、故障预测，满足船舶建造智能化、高效化的要求。
目前船舶建造主要有以下几点不足：一、数据测量精度低，数据测量时间长。由于船体分段较大，船舶建造依然依靠手工劳动为主要的工作形式，测量设备精度不高，很 难采集到较高准确度的分段外板数据。二、建造过程中变形现象比较明显。焊接过程中 材料发生收缩、顺序错乱等都会产生严重的变形问题，无法控制，依靠工人经验是无法 准确判断。三、分段建造周期长，加工流程复杂，工序多，会出现加工误差、装配误差， 最终会产生较大的累计误差。
发明内容
发明目的：本发明要解决的技术问题是提供一种基于数字孪生的船舶分段建造精度 控制方法，通过在信息空间中构建船舶分段建造过程数字孪生体，采集建造现场感知数据，实现与信息空间中的数字孪生体数据双向传输，对船舶分段建造过程实时模拟和监控，使得建造质量与工艺之间的相互协同，达到分段建造精度控制的要求。
技术方案：本发明所述的基于数字孪生的船舶分段建造精度控制方法，其特征在于 包括以下步骤：
(1)构建船舶分段在信息空间中的数字孪生体；
(2)采集船舶分段在建造过程中的感知数据，将感知数据传送到数字孪生体，并对数字孪生体进行更新；
(3)将所述感知数据与建造过程的工艺信息进行融合，形成孪生数据，计算各个船舶分段的分段精度；
(4)计算实际建造过程中总精度与理论建造过程中精度的偏差；
(5)根据上述偏差进行精度补偿；
(6)判断是否符合精度要求，如果不满足，返回到步骤(4)，如果满足，本方法 结束。
进一步的，步骤(2)中所述的感知数据包括分段位置数据、焊接温度数据、分段 运输变形数据、建造时长数据、构件外形数据、建造工序数据、分段装配顺序数据、人 员分配数据。
进一步的，步骤(3)中所述的工艺信息包括工艺装备信息、焊接工艺信息、装配 工艺信息、分段运输信息、建造要求信息。
进一步的，步骤(2)中所述的建造过程包括工艺装备制作、分段装配、构件焊接、分段运输。
进一步的，所述的工艺装备包括胎架，采集胎架上感知数据的方法为，在胎架的特定部位安装传感设备，传感设备采集感知数据。
进一步的，步骤(4)中的计算方法为：
其中：ΔS表示实际建造过程中总精度与理论建造过程精度的偏差，N表示船体分段 的数目，MiZS表示第i个分段在实际建造过程中的装配精度，MiZL表示第i个分段理论 建造过程中的装配精度，MiHS表示第i个分段在实际建造过程中的焊接精度，MiZL表示 第I个分段理论建造过程中的焊接精度，Md表示分段吊运过程中的变形精度偏差量，S 表示其他精度偏差量。
进一步的，步骤(5)所述的精度补偿包括工艺补偿，工艺补偿的方法为先将工艺补偿量分配到各个分段，然后将分段工艺补偿量再分解到建造工艺、焊接工艺、装配工 艺进行补偿。
有益效果：本方法能够利用数字孪生技术，建立船舶分段建造数字孪生模型，达到船舶分段建造过程实时模拟、监控，很好地解决船舶分段建造过程中工艺与精度之间的 协同问题，实现整个建造过程可视化，通过采集的感知数据与工艺数据融合，得到误差 补偿结果，提高了分段建造精度，降低了建造修正工作量，缩短了建造周期，保证了建 造质量，为船舶分段建造智能化发展提供了技术支撑。
附图说明
图1是本方法整体流程图；
图2是基于数字孪生的船舶建造过程感知数据融合框架示意图；
图3是船舶分段建造精度补偿规划示意图；
图4是船舶分段建造精度工艺补偿流程示意图。
具体实施方式
本方法的实施例的步骤如图1所示，包括以下步骤：
(1)构建船舶分段建造过程物理实体在信息空间中的数字孪生体，通过在胎架的关键部位布设感知数据采集装置。布设的采集装置采集建造过程的感知数据，将采集的 感知数据分为动态感知数据和静态感知数据。其中：动态感知数据包括：分段位置数据、 焊接温度数据、分段运输变形数据、建造时长数据；静态感知数据包括：构件外形数据、 建造工序数据、分段装配顺序数据、人员分配数据。
(2)创建物理空间与信息空间的双向数据通道，采用Modbus数据传输协议。信息空间根据感知数据更新数字孪生体的建造状态，模拟实际物理空间建造过程，实现实时 监控。
(3)将获取的感知数据进行分类和处理，分别于建造过程工艺信息融合，将采集的感知数据与建造过程工艺信息一一匹配，形成孪生数据。每个分段在建造中每道工艺、工序误差分析，得出各段不同的精度信息。
(4)将步骤(3)中各段精度累加起来，得出实际分段建造过程中的总精度，和理 论精度对比，建立数学公式模型。
所述的数学公式模型按照以下公式计算：
式中：
ΔS表示实际建造过程中总精度与理论精度偏差，N表示船体分段的数目；
MiZS表示第i个分段在实际建造过程中的装配精度，MiZL表示第i个分段理论建造过程中的装配精度；
MiHS表示第i个分段在实际建造过程中的焊接精度，MiZL表示第I个分段理论建造过程中的焊接精度；
Md表示分段吊运过程中的变形精度偏差量，S表示其他精度偏差量。
(5)根据步骤(4)的计算精度偏差结果进行补偿规划。首先是提高工艺装备制作精度，其次是将工艺补偿分配到各个分段，然后在分解到各个分段构件建造工艺、焊接 工艺、装配工艺等进行补偿，再对分段运输过程分段变形量补偿，最后还有对操作人员 的管理与检测，最终实现整个建造过程精度精确补偿。不同用途的船舶建造精度要求不 同，精度补偿规划只需要达到各个船舶建造精度要求，无需无限至提高建造精度，节约 成本和时间。
如图2所示，本发明基于数字孪生的船舶建造过程感知数据融合框架示意图，利用各类传感设备采集船舶分段建造过程中的感知数据，将采集的感知数据分为动态感知数据和静态感知数据，其中动态感知数据包括分段位置数据、焊接温度数据、变形数据、 建造时长数据；静态感知数据包括构件外形数据、建造工序数据、分段装配顺序数据、 人员分配数据。通过采用Modbus协议将感知数据传输到信息空间的数字孪生体，与数 字孪生体中的建造过程工艺信息相匹配，通过建立数学模型，得出各个分段在建造过程 的精度误差，便于分析精度误差原因，得出各段准确精度信息，然后进行精度补偿规划， 直至将整个精度偏差全部补偿。
本发明船舶分段建造精度补偿规划示意图如图3所示。根据数学公式模型计算出的 精度偏差结果，得出精度补偿规划，主要是分成四部分。首先是工艺装备制作，工艺装备精度直接影响后期船舶的寿命；其次是工艺补偿，包括各个分段的构件装配工艺、焊 接工艺补偿；船舶分段在吊装运输过程中变形的补偿；最后是对操作人员的管理、以及 数据检测的准确性。
本发明船舶分段建造精度工艺补偿流程示意图如图4所示。按照建造过程工艺补偿 流程，首先将整个船舶分成N段，将工艺补偿量分别分配到各段中，各个分段按照装配工艺补偿、焊接工艺补偿等工艺补偿，再将各个分段工艺补偿量进一步划分，分配到各 个分段的构件装配工艺补偿、焊接工艺补偿等，至将整个精度偏差全部补偿完成，最终 整个船舶的工艺补偿量为各个分段的工艺补偿量之和，误差补偿完成后满足船舶分段建 造工艺精度要求。
Claims (7)
1.一种基于数字孪生的船舶分段建造精度控制方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)构建船舶分段在信息空间中的数字孪生体；
(2)采集船舶分段在建造过程中的感知数据，将感知数据传送到数字孪生体，并对数字孪生体进行更新；
(3)将所述感知数据与建造过程的工艺信息进行融合，形成孪生数据，计算各个船舶分段的分段精度；
(4)计算实际建造过程中总精度与理论建造过程中精度的偏差；
(5)根据上述偏差进行精度补偿；
(6)判断是否符合精度要求，如果不满足，返回到步骤(4)。
2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的船舶分段建造精度控制方法，其特征在于：步骤(2)中所述的感知数据包括分段位置数据、焊接温度数据、分段运输变形数据、建造时长数据、构件外形数据、建造工序数据、分段装配顺序数据、人员分配数据。
3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的船舶分段建造精度控制方法，其特征在于：步骤(3)中所述的工艺信息包括工艺装备信息、焊接工艺信息、装配工艺信息、分段运输信息、建造要求信息。
4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的船舶分段建造精度控制方法，其特征在于：步骤(2)中所述的建造过程包括工艺装备制作、分段装配、构件焊接、分段运输。
5.根据权利要求4所述的基于数字孪生的船舶分段建造精度控制方法，其特征在于：所述的工艺装备包括胎架，采集胎架上感知数据的方法为，在胎架的特定部位安装传感设备，传感设备采集感知数据。
6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的船舶分段建造精度控制方法，其特征在于步骤(4)中的计算方法为：
其中：ΔS表示实际建造过程中总精度与理论建造过程精度的偏差，N表示船体分段的数目，MiZS表示第i个分段在实际建造过程中的装配精度，MiZL表示第i个分段理论建造过程中的装配精度，MiHS表示第i个分段在实际建造过程中的焊接精度，MiZL表示第1个分段理论建造过程中的焊接精度，Md表示分段吊运过程中的变形精度偏差量，S表示其他精度偏差量。
7.根据权利要求1所述的基于数字孪生的船舶分段建造精度控制方法，其特征在于：步骤(5)所述的精度补偿包括工艺补偿，工艺补偿的方法为先将工艺补偿量分配到各个分段，然后将分段工艺补偿量再分解到建造工艺、焊接工艺、装配工艺进行补偿。
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