CN115092346B - 肋板拉入装配的仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肋板拉入装配的仿真系统及方法，该仿真系统包括装配实体系统和仿真应用系统，该仿真应用系统包括数据处理模块和装配精度仿真模块。装配实体系统，用于获取目标肋板拉入装配过程中的实时数据；数据处理模块，用于对实时数据进行预处理和存储；装配精度仿真模块，用于根据预处理后的实时数据生成装配精度规划数据和目标肋板对应的装配精度仿真模型，并根据装配精度规划数据和装配精度仿真模型进行目标肋板拉入装配过程中的仿真模拟计算。本发明解决了肋板拉入装配精度控制弱，效率低的问题，显著提高了船舶分段建造的智能化水平。

Description

肋板拉入装配的仿真系统及方法

技术领域

本发明涉及船舶智能制造领域，尤其涉及一种肋板拉入装配的仿真系统及方法。

背景技术

肋板装配是船舶分段建造的一个重要生产阶段，其技术水平的直接决定船舶分段建造的效率和精度。目前，国内造船企业普遍采用肋板插入法进行肋板装配作业，首先，在肋板上开设贯通式R型切口，且开口尺寸大于纵骨面板尺寸，再将肋板插入到纵骨片段，最后进行装焊补板。但是，由于该方式在肋板上的切开较大，需要进行大量补板，增加许多焊接与打磨工作量，同时因补板混淆而造成返工，所以该肋板插入法的装配效率不高，且影响分段建造周期。此外，国内少数运用肋板拉入法进行肋板装配作业的造船企业，也存在因未及时发现零件制造偏差、装配变形及装配过程中随机误差耦合的问题而导致大量返工。

针对上述问题，专利CN101372258和CN104260825A公开的船舶肋板拉入制造方法，通过从肋板贯通孔拉入带纵骨的内、外壳板，实现肋板的快速高精度装配。相比于传统的肋板插入装配方法，虽然减轻装配焊接工作量，提高了船体组立装配的效率和质量，但是无法满足各个阶段对装配精度的跟踪控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中肋板拉入装配精度控制弱，效率低的缺陷，提供一种肋板拉入装配的仿真系统及方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

第一方面，本发明提供一种肋板拉入装配的仿真系统，所述仿真系统包括装配实体系统和仿真应用系统，所述装配实体系统和所述仿真应用系统通信连接，所述仿真应用系统包括：数据处理模块和装配精度仿真模块；

所述装配实体系统，用于获取目标肋板拉入装配过程中的实时数据；

所述数据处理模块，用于对所述实时数据进行预处理和存储；

所述装配精度仿真模块，用于根据预处理后的所述实时数据生成装配精度规划数据和所述目标肋板对应的装配精度仿真模型，并根据所述装配精度规划数据和所述装配精度仿真模型进行所述目标肋板拉入装配过程中的仿真模拟计算。

较佳地，所述数据处理模块包括数据处理单元和数据存储单元；

所述数据处理单元，用于对获取的所述实时数据进行噪音处理、数据插补处理和数据平滑处理中的至少一种；

所述数据存储单元，用于将预处理后的所述实时数据存储至数据库；所述数据库包括工艺数据库、工艺规则数据库、零件信息库、用户信息库和系统信息库中的至少一种。

较佳地，所述装配精度仿真模块包括装配精度建模单元、装配精度规划单元和装配精度计算单元；

所述装配精度建模单元，用于基于所述实时数据，构建所述装配精度仿真模型；

所述装配精度规划单元，用于调用所述数据存储单元，并基于装配工艺流程规划、精度控制点设计和预设的控制尺寸余量设计模型，生成所述装配精度规划数据；

所述装配精度计算单元，用于将所述装配精度规划数据输入所述装配精度仿真模型中进行计算，生成仿真计算结果。

较佳地，所述装配精度仿真模型包括零件语义模型、装配树语义模型和约束语义模型中的至少一种；所述零件语义模型表征对零件基本信息的语义表示，所述装配树语义模型表征以产品逻辑层次结构和实际装配流程确定装配序列的语义表示，所述约束语义模型表征在装配过程中对待装配体间的约束关系的语义表示。

较佳地，所述装配精度仿真模块还包括可视化单元；

所述可视化单元，用于将所述实时数据、所述装配精度仿真模型和所述仿真计算结果进行可视化展示。

较佳地，所述装配实体系统包括第一采集模块和第二采集模块；

所述第一采集模块，用于采集卷扬机的运行数据；所述运行数据包括温度数据、转动速度数据、拉力数据、电机电压数据和电机电流数据中的至少一种；

所述第二采集模块，用于采集所述目标肋板、目标底板和其他待装配船体组立的测量数据。

第二方面，本发明提供一种肋板拉入装配的仿真方法，利用第一方面任一项所述的肋板拉入装配的仿真系统实现，所述仿真方法包括：

获取所述目标肋板在拉入装配作业中的实时数据；

对所述实时数据进行预处理；

根据预处理后的所述实时数据生成装配精度规划数据和所述目标肋板对应的装配精度仿真模型，并根据所述装配精度规划数据和所述装配精度仿真模型进行仿真模拟计算。

较佳地，所述对所述实时数据进行预处理的步骤，包括：

对获取的所述实时数据进行噪音处理、数据插补处理和数据平滑处理中的至少一种。

较佳地，所述获取所述目标肋板在拉入装配作业中的实时数据的步骤，包括：

采集卷扬机的运行数据；所述运行数据包括温度数据、转动速度数据、拉力数据、电机电压数据和电机电流数据中的至少一种；

采集所述目标肋板、目标底板和其他待装配船体组立的测量数据。

较佳地，所述仿真方法还包括：

将预处理后的所述实时数据存储至数据库；所述数据库包括工艺数据库、工艺规则数据库、零件信息库、用户信息库和系统信息库中的至少一种。

本发明的积极进步效果在于：提供一种肋板拉入装配的仿真系统及方法，数据处理模块将装置实体系统采集目标肋板拉入装配过程中的实时数据进行预处理，装配精度仿真模块基于预处理后的实时数据生成装配精度仿真模型和装配精度规划数据，并进行仿真模拟计算。本发明实现了肋板拉入装配过程感知、装配精度建模、装配精度规划和装配精度在线仿真与验证，解决了目前肋板拉入装配精度控制能力弱的问题，提高了船舶分段建造中肋板拉入装配的精度和效率，显著提高了船舶分段建造的智能化水平。

附图说明

图1为本发明实施例1的肋板拉入装配的仿真系统的模块示意图。

图2为本发明实施例2的肋板拉入装配的仿真系统的模块示意图。

图3为本发明实施例2的肋板拉入装配的仿真系统的界面图。

图4为本发明实施例2的肋板拉入装配的仿真系统的装配精度仿真的流程图。

图5为本发明实施例3的肋板拉入装配的仿真方法的流程示意图。

图6为本发明实施例3的面向船体组立的肋板拉入装配的过程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供一种肋板拉入装配的仿真系统，如图1所示，该仿真系统包括装配实体系统100和仿真应用系统200，装配实体系统100和仿真应用系统200通信连接，该仿真应用系统200包括：数据处理模块210和装配精度仿真模块220。

装配实体系统100，用于获取目标肋板拉入装配过程中的实时数据。

数据处理模块210，用于对实时数据进行预处理和存储。

装配精度仿真模块220，用于根据预处理后的实时数据生成装配精度规划数据和目标肋板对应的装配精度仿真模型，并根据装配精度规划数据和装配精度仿真模型进行目标肋板拉入装配过程中的仿真模拟计算。

可以理解的，该肋板拉入装配的仿真方法应用于船舶制造，以肋板拉入装配的待装配组立为实体对象。

在具体实施时，装配实体系统100和仿真应用系统200通过5G数据实现实时传输。在目标肋板拉入装配作业过程中，通过装配实体系统100实时获取目标肋板、底板及其他待装配组立的三维测量数据和卷扬机运行的基础数据。装配实体系统100将采集到的待装配组立的三维测量数据和卷扬机运行的基础数据发送至数据处理模块210，数据处理模块210对实时数据进行降噪处理，数据平滑处理等操作后，并动态更新数据处理模块210中预先存储的历史实时数据。

装配精度仿真模块220获取预处理后的实时数据，基于语义技术，构建肋板拉入装配过程中的装配精度仿真模型。调用数据处理模块210中的预先存储的历史实时数据，基于装配工艺流程规划、精度控制点设计和控制尺寸余量设计模型，生成装配精度规划数据。通过装配精度规划数据和装配精度仿真模型进行肋板拉入装配的仿真计算，生成相应的风险提示信息。

本实施例中，提供一种肋板拉入装配的仿真系统，数据处理模块将装置实体系统采集目标肋板拉入装配过程中的实时数据进行预处理，装配精度仿真模块基于预处理后的实时数据生成装配精度仿真模型和装配精度规划数据，并进行仿真模拟计算。本发明实现了肋板拉入装配过程感知、装配精度建模、装配精度规划和装配精度在线仿真与验证，解决了目前肋板拉入装配精度控制能力弱的问题。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例提供一种肋板拉入装配的仿真系统，如图2所示，较之于实施例1进行了改进，具体地：

装配实体系统100包括第一采集模块110和第二采集模块120。

第一采集模块110，用于采集卷扬机的运行数据；运行数据包括温度数据、转动速度数据、拉力数据、电机电压数据和电机电流数据中的至少一种。

第二采集模块120，用于采集目标肋板、目标底板和其他待装配船体组立的测量数据。

在具体实施时，第一采集模块110利用集成在卷扬机上的温度传感器采集温度数据，利用集成在卷扬机上的转速传感器采集转动速度数据，利用集成在卷扬机上的拉力传感器采集拉力数据，利用集成在卷扬机上的电机控制器采集电机电压数据和电机电流数据。

第二采集模块120利用云台和安装在云台上的三维激光扫描仪，采集目标肋板、底板和其他待装配船体组立对应的三维测量数据，该三维测量数据以点云数据的形式进行呈现。

数据处理模块210包括数据处理单元211和数据存储单元212。

数据处理单元211，用于对获取的实时数据进行噪音处理、数据插补处理和数据平滑处理中的至少一种。

数据存储单元212，用于将预处理后的实时数据存储至数据库；数据库包括工艺数据库、工艺规则数据库、零件信息库、用户信息库和系统信息库中的至少一种。

在具体实施时，例如，数据处理单元211可以将获取到的实时数据进行噪音处理时，将点云数据显示在图形终端上或者曲面上，采用半交互半自动的光顺方法对点云数据进行检查调整。数据处理单元211还可以将三维激光扫描仪无法扫描到的位置区域对应的点云数据，通过数据插补处理的方法进行补齐。数据处理单元211还可以对实时数据进行平滑处理，以消除噪音点，从而提高构建的装配精度仿真模型的精度。

数据存储单元212将经过噪音处理、数据插补处理和数据平滑处理后的实时数据分别存储至多个不同的数据库。例如，工艺数据库存储工艺数据，工艺规则数据库存储工艺规则数据，零件信息库存储零件与特征信息数据，用户信息库存储用户信息数据，系统信息库存储系统数据。

装配精度仿真模块220包括装配精度建模单元221、装配精度规划单元222和装配精度计算单元223。

装配精度建模单元221，用于基于实时数据，构建装配精度仿真模型。

装配精度规划单元222，用于调用数据存储单元212，并基于装配工艺流程规划、精度控制点设计和预设的控制尺寸余量设计模型，生成装配精度规划数据。

装配精度计算单元223，用于将装配精度规划数据输入装配精度仿真模型中进行计算，生成仿真计算结果。

其中，装配精度仿真模型包括零件语义模型、装配树语义模型和约束语义模型中的至少一种；零件语义模型表征对零件基本信息的语义表示，装配树语义模型表征以产品逻辑层次结构和实际装配流程确定装配序列的语义表示，约束语义模型表征在装配过程中对待装配体间的约束关系的语义表示。

在具体实施时，装配精度建模单元221根据采集到的卷扬机的运行数据和采集到的目标肋板、目标底板和其他待装配船体组立的测量数据，三维模型的结构特征和装配工艺元数据语义库，构建装配精度仿真模型。

该零件语义模型为零件可视化模型与语义信息模型的集合体，可视化模型是对零件几何信息的可视化描述，语义信息模型是以语义方法对零件基本信息、装配特征信息及物理信息等的补充描述。装配树语义模型是根据产品逻辑层次结构和实际装配流程确定的装配序列的语义表示。约束语义模型是对装配过程中待装配体间的约束关系进行的语义表示，具体可以包括几何约束信息与尺寸约束信息的描述模型。几何约束指两个或者多个几何体之间具有的相互联系的几何关系，尺寸约束包括零部件的尺寸精度和装配件间的公差精度。

装配精度规划单元222通过调用数据存储单元212中工艺数据库、工艺规则数据库、零件信息库、用户信息库和系统信息库中的数据，生成对应于目标肋板的装配精度规划数据。

装配精度计算单元223生成的仿真计算结果包含目标肋板拉入装配过程中的干涉点位置、干涉量和待装配组立的变形量。

装配精度仿真模块220还包括可视化单元224。

可视化单元224，用于将实时数据、装配精度仿真模型和仿真计算结果进行可视化展示。

在具体实施时，可视化单元224可以通过文字、图像或者视频的形式将目标肋板拉入装配的实时数据，目标肋板对应的装配精度仿真模型和目标肋板拉入装配过程中的干涉点位置、干涉量和待装配组立的变形量的仿真计算结果进行可视化展示，从而对目标肋板拉入现场装配作业起到指导作用。

如图3所示，为仿真系统的界面示意图，该图显示出了若干个目标肋板在拉入装配后的模拟效果图。该方式可以预测且可视化的展示多个目标肋板分别拉入装配的过程，实时检测每个目标肋板与底板是否存在卡住，从而为目标肋板拉入装配作业现场提供指导。

在一可实现的方案中，如图4所示，肋板拉入装配现场作业后，装配实体系统100可以实时获取肋板拉入装配的实时物理数据并发送至仿真应用系统200，仿真应用系统200对实时数据进行处理后，并对预设的装配工艺知识库动态信息进行更新。利用更新后的动态信息和处理后的实时数据生成装配精度规划数据和装配精度仿真模型，并进行肋板拉入装配过程的仿真计算，生成指导建议。可以理解的，仿真应用系统200可以通过可视化界面将数据处理、仿真模型构建、仿真计算结果进行展示。

本实施例中，提供一种肋板拉入装配的仿真系统，利用第一采集模块和第二采集模块分别获取卷扬机的运行数据和目标肋板、目标底板和其他待装配船体组立的测量数据，将经过数据处理模块预处理后实时数据发送至装配精度仿真模块进行仿真模拟计算。本发明实现了肋板拉入装配过程感知、装配精度建模、装配精度规划和装配精度在线仿真与验证，解决了目前肋板拉入装配精度控制能力弱的问题，提高了船舶分段建造中肋板拉入装配的精度要求，显著提高了船舶分段建造的智能化水平。

实施例3

如图5所示，利用实施例1或者实施例2的肋板拉入装配的仿真系统实现，本实施例提供一种肋板拉入装配的仿真方法，该仿真方法包括以下步骤：

步骤S1、获取目标肋板在拉入装配作业中的实时数据。

步骤S2、对实时数据进行预处理。

步骤S21、将预处理后的实时数据存储至数据库。数据库包括工艺数据库、工艺规则数据库、零件信息库、用户信息库和系统信息库中的至少一种。

步骤S3、根据预处理后的实时数据生成装配精度规划数据和目标肋板对应的装配精度仿真模型，并根据装配精度规划数据和装配精度仿真模型进行仿真模拟计算。

可以理解的，该肋板拉入装配的仿真方法应用于船舶制造，以肋板拉入装配的待装配组立为实体对象。

如图6所示，为肋板拉入装配过程的示意图，两个卷扬机(图中示出A)将一个目标肋板(图中示出B)沿水平方向进行拉动，而行车(图中示出D)沿垂直方向调整目标肋板的位置，以使得目标肋板可以按照预设精度要求装配入目标底板(图中示出C)的预设位置处。

在步骤S1中，在目标肋板拉入装配作业过程中，实时获取目标肋板、目标底板及其他待装配组立的三维测量数据和卷扬机运行的基础数据。

在步骤S2-步骤S21中，对实时数据进行降噪处理，数据平滑处理等操作后，并根据预处理后的实时数据动态更新预先存储的历史实时数据。

在步骤S3中，获取预处理后的实时数据，基于语义技术，构建肋板拉入装配过程中的装配精度仿真模型。调用预先存储的历史实时数据，基于装配工艺流程规划、精度控制点设计和控制尺寸余量设计模型，生成装配精度规划数据。通过装配精度规划数据和装配精度仿真模型进行肋板拉入装配的仿真计算，生成相应的风险提示信息。

在一可实施的方案中，步骤S1具体包括：

步骤S11、采集卷扬机的运行数据；运行数据包括温度数据、转动速度数据、拉力数据、电机电压数据和电机电流数据中的至少一种。

步骤S12、采集目标肋板、目标底板和其他待装配船体组立的测量数据。

在步骤S11中，利用集成在卷扬机上的温度传感器采集温度数据，利用集成在卷扬机上的转速传感器采集转动速度数据，利用集成在卷扬机上的拉力传感器采集拉力数据，利用集成在卷扬机上的电机控制器采集电机电压数据和电机电流数据。

在步骤S12中，利用云台和安装在云台上的三维激光扫描仪，采集目标肋板、底板和其他待装配船体组立对应的三维测量数据，该三维测量数据以点云数据的形式进行呈现。

在一可实施的方案中，步骤S2包括：

对获取的实时数据进行噪音处理、数据插补处理和数据平滑处理中的至少一种。

具体地，将获取到的实时数据进行噪音处理时，将点云数据显示在图形终端上或者曲面上，采用半交互半自动的光顺方法对点云数据进行检查调整。将三维激光扫描仪无法扫描到的位置区域对应的点云数据，通过数据插补处理的方法进行补齐。还可以对实时数据进行平滑处理，以消除噪音点，从而提高装配精度仿真模型的精度。

本实施例中，提供一种肋板拉入装配的仿真方法，将装置实体系统采集目标肋板拉入装配过程中的实时数据进行预处理，基于预处理后的实时数据生成装配精度仿真模型和装配精度规划数据，并进行仿真模拟计算。本发明实现了肋板拉入装配过程感知、装配精度建模、装配精度规划和装配精度在线仿真与验证，解决了目前肋板拉入装配精度控制能力弱且效率低的问题。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种肋板拉入装配的仿真系统，其特征在于，所述仿真系统包括装配实体系统和仿真应用系统，所述装配实体系统和所述仿真应用系统通信连接，所述仿真应用系统包括：数据处理模块和装配精度仿真模块；

所述装配实体系统，用于获取目标肋板拉入装配过程中的实时数据；

所述装配实体系统包括第一采集模块和第二采集模块；

所述第一采集模块，用于采集卷扬机的运行数据；所述运行数据包括温度数据、转动速度数据、拉力数据、电机电压数据和电机电流数据中的至少一种；

所述第二采集模块，用于采集所述目标肋板、目标底板和其他待装配船体组立的测量数据；

所述数据处理模块，用于对所述实时数据进行预处理和存储；

所述数据处理模块包括数据处理单元和数据存储单元；

所述数据处理单元，用于对获取的所述实时数据进行噪音处理、数据插补处理和数据平滑处理中的至少一种；

所述数据存储单元，用于将预处理后的所述实时数据存储至数据库；所述数据库包括工艺数据库、工艺规则数据库、零件信息库、用户信息库和系统信息库中的至少一种；

所述装配精度仿真模块，用于根据预处理后的所述实时数据生成装配精度规划数据和所述目标肋板对应的装配精度仿真模型，并根据所述装配精度规划数据和所述装配精度仿真模型进行所述目标肋板拉入装配过程中的仿真模拟计算；

所述装配精度仿真模块包括装配精度建模单元、装配精度规划单元和装配精度计算单元；

所述装配精度建模单元，用于基于所述实时数据，构建所述装配精度仿真模型；

所述装配精度规划单元，用于调用所述数据存储单元，并基于装配工艺流程规划、精度控制点设计和预设的控制尺寸余量设计模型，生成所述装配精度规划数据；

所述装配精度计算单元，用于将所述装配精度规划数据输入所述装配精度仿真模型中进行计算，生成仿真计算结果；

所述装配精度仿真模型包括零件语义模型、装配树语义模型和约束语义模型中的至少一种；所述零件语义模型表征对零件基本信息的语义表示，所述装配树语义模型表征以产品逻辑层次结构和实际装配流程确定装配序列的语义表示，所述约束语义模型表征在装配过程中对待装配体间的约束关系的语义表示。

2.如权利要求1所述的肋板拉入装配的仿真系统，其特征在于，所述装配精度仿真模块还包括可视化单元；

所述可视化单元，用于将所述实时数据、所述装配精度仿真模型和所述仿真计算结果进行可视化展示。

3.一种肋板拉入装配的仿真方法，其特征在于，利用如权利要求1和2中的任一项所述的肋板拉入装配的仿真系统实现，所述仿真方法包括：

获取所述目标肋板在拉入装配作业中的实时数据；

对所述实时数据进行预处理；

根据预处理后的所述实时数据生成装配精度规划数据和所述目标肋板对应的装配精度仿真模型，并根据所述装配精度规划数据和所述装配精度仿真模型进行仿真模拟计算。

4.如权利要求3所述的肋板拉入装配的仿真方法，其特征在于，所述对所述实时数据进行预处理的步骤，包括：

对获取的所述实时数据进行噪音处理、数据插补处理和数据平滑处理中的至少一种。

5.如权利要求3所述的肋板拉入装配的仿真方法，其特征在于，所述获取所述目标肋板在拉入装配作业中的实时数据的步骤，包括：

采集卷扬机的运行数据；所述运行数据包括温度数据、转动速度数据、拉力数据、电机电压数据和电机电流数据中的至少一种；

采集所述目标肋板、目标底板和其他待装配船体组立的测量数据。

6.如权利要求3所述的肋板拉入装配的仿真方法，其特征在于，所述仿真方法还包括：

将预处理后的所述实时数据存储至数据库；所述数据库包括工艺数据库、工艺规则数据库、零件信息库、用户信息库和系统信息库中的至少一种。