一種精益造船方法
2023-04-25 21:55:51
專利名稱：一種精益造船方法
技術領域：
本發明涉及船舶製造領域，尤其是一種智能化造船方法，具體地說是一種包含六個子系統、實現了船體套料工作的集成信息化的的精益造船方法。
背景技術：
目前，船舶建造系統是以船體平臺為支撐，由很多子系統有機集成而成。每個子系統由數千的零件和配套設備構成。通過加工大量的零件，並進行複雜的逐級裝配後，才可完成整個船舶系統的製造。近幾年我國的船舶製造業雖然發展有所起色，在技術和產量上縮短了與國外造船強國差距，但是目前我國的船舶製造業在信息化水平方面還明顯落後於國夕卜。我國船舶製造業與國外造船強國的主要差距是智能化程度弱、物資統計的雜亂與信息不同步；致使在船舶製造中，傳統模式下無效時間佔的比重遠遠大於有效時間的比重。產品開發周期長，生產效益低下。
發明內容
本發明的目的是針對船舶製造中，傳統模式下無效時間佔的比重遠遠大於有效時間的比重。產品開發周期長，生產效益低下的問題，提出一種精益造船系統，主要針對船舶套料使用全過程中的信息進行計算，將套料結果進行高效的優化和整合，並能進行對套料的基本智能化管理操作。本發明的技術方案是一種精益造船方法，它包括整版材料和餘料資料庫的建立步驟；零件資料庫的建立步驟；套料的步驟；切割的步驟；以及餘料錄入和結果輸出的步驟。本發明的方法具體包括以下步驟(a)、整版材料和餘料資料庫的建立購買材料，採用測量儀器對整版材料和餘料的尺寸進行檢測，並且記錄相關材料的尺寸和數量，錄入相應的資料庫；(b)、零件資料庫的建立步驟根據待建船隻需要的零件建立零件資料庫，記錄所需零件的尺寸、數量以及各零件所處的分段位置、優先級；(C)、套料的步驟選擇船隻中優先級高的分段和分段中優先級高的零件，優先選擇餘料資料庫中的餘料進行套料；如果餘料中不滿足條件，則在整版材料資料庫中進行套料；(d)、切割的步驟完成對整個船隻的零件進行套料後，進行切割；(e)、餘料錄入和結果輸出的步驟本發明的套料的步驟包括在船隻的優先級高的分段中選擇優先級高的零件進行套料，依次查看零件化成矩形塊後的槽形水平線、梯形水平線，如果餘料庫中的材料不滿足匹配條件，則從整版材料庫中進行選擇。本發明的套料的步驟具體包括
已知η個零件化成的矩形件Rl，R2，…，Rn，寬和高一定，設小矩形件Ri的寬為Wi，高為hi;以Wi，h表示；i=l，2，…，η ;餘料或整版材料矩形件的寬為W，高為H，以W，H表示；步驟I若當前待套料零件的最低槽形水平線的高hmin ^ H，或所有零件化成的矩形塊件均被排放完，則轉步驟6 ;否則，轉步驟2 ;步驟2採用最優組合算法依次對待套料零件的槽形水平線進行位置配置，找到其最優組合；
設第i個槽形水平線的長度為Li，對應的最優矩形件組合為(wn，hn)，(wi2,hi2),…，(win，hin)，設du是第i個槽型水平線的長度，計算第i個槽形水平線的長度與組合矩形總寬度之差du=Li-Swu ；n表示的是最優矩形件組合中小矩形的個數；定義dmin表示槽形水平線的長度與組合矩形總寬度之差最小的值；，I表示滿足dij=dmin的所有dij的集合；設111表示集合I含有元素的個數；若dmin=0，即槽型水平線的長度與組合矩形的總寬度相等，則轉到步驟3 ;否則，轉到步驟4 ；步驟3若I I I =1，即只有一條槽形水平線滿足，則對所有矩形塊按排放算法對其最優組合矩形塊進行排放；否則選擇最低的槽形水平線優先排放，並返回步驟I;若有多條最低槽型水平線，則選擇組合高度數最小的矩形塊優先排放，並返回步驟I ;若有多條滿足組合高度數最小，則優先排放最左邊的槽型水平線；步驟4對所有的梯形水平線，判斷是否存在最優梯形水平線，若存在這樣的梯形水平線，若滿足條件的梯形唯一，則優先排放，返回步驟I ;否則優先排放面積大的矩形到對應的梯形，返回步驟I;若有多個滿足排放面積最大的矩形，則優先排放最左邊的梯形，返回步驟I;步驟5若11|=1，則由排放算法對其最優組合矩形塊進行排放；否則在所有已排放的矩形塊中選擇最低的槽形水平線優先排放，轉步驟I;若有多條槽型水平線滿足，則在所有已排放的矩形塊中選擇組合高度數最小的優先排放，轉步驟I ;若有多個矩形塊滿足組合高度數最小，則優先排放最左邊的槽形水平線；步驟6終止；輸出套料排樣圖。本發明的套料的步驟中，最優組合算法是對已排放矩形構成的槽形水平線，從未排矩形中找其最優組合，使最優組合儘量排滿該水平線，包括以下步驟步驟I對所有剩餘未排小矩形，取出能排放到該槽形水平線上的矩形件，構成可排矩形件集合，記為S。步驟2對集合S中的小矩形件，按照面積或者高度排序，利用貪婪算法，找到其最優組合。本發明的套料的步驟中，排放算法包括以下步驟對已排放矩形構成的某槽形水平線，及其對應的最優組合矩形塊，步驟I在該槽形水平線的最優組塊中，判斷是否有排放後剛好與該水平線左、右相鄰水平線等高的小矩形件；若存在這種矩形件，則優先排放，若排放後，與左相鄰水平線等高，則緊貼左端排放；
若排放後，與右相鄰水平線等高，則緊貼右端排放。步驟2根據槽形水平線的左、右相鄰水平線的高低，對剩餘的最優組合塊進行排放；具體做法是若該水平線對應的組合矩形塊只有一個，則沿水平線高端排放；否則，將其對應的小矩形件組合塊按高到低排序，使新的組合塊的高端緊挨該水平線的高端排放。定義(I)槽形、梯形、凸形水平線每一個排放狀態，對應一條排放輪廓線，由已排放的最上面的小矩形件的邊構成，該輪廓線使得所有已排放的小矩形件在其下方。在圖I中，輪廓線由較粗的線段構成。輪廓線中水平方向的線段，稱為水平線。若某條水平線的左、右相鄰水平線均高於該水平線，稱之為槽形水平線。 若某條水平線的左、右相鄰水平線中，有一條高於該水平線而另一條低於該水平線，稱之為梯形水平線。若某條水平線的左、右相鄰水平線均低於該水平線，稱之為凸形水平線。例如，在圖2中，矩形I和4上方的水平線為槽形水平線；矩形2的為凸形水平線；矩形3與5上的為梯形水平線。初始排放狀態下，大矩形件的底邊為槽形水平線，其相鄰的左右水平線，看成高為H的梯形水平線。若槽形水平線的左相鄰水平線低於右相鄰水平線，稱槽形水平線的左端為低端，而右端為高端。否則，稱槽形水平線的左端為高端，而右端為低端。(2)最優槽形水平線對已排放矩形構成的某槽形水平線，從未排矩形件中找出一組小矩形件，使其儘量能填充滿該槽形水平線。這樣，每個槽形水平線都對應一個組合矩形塊。用組合矩形塊填充之後，剩餘的槽形寬度越小，則該槽形水平線與其組合矩形塊越匹配。若某個槽形水平線對應的矩形組合塊，與該槽形水平線匹配得最好，稱其為最優槽形水平線。(3)最優梯形水平線對某梯形水平線，若存在某未排矩形件排放於此，剛好能填充滿該水平線，稱該水平線為最優梯形水平線。(4)組合高度數對一組矩形件，將相同高度的矩形件合併成一個矩形件，形成新的矩形件的數量，稱為該組矩形件的組合高度數。(5)矩形件排樣的優化問題，是將數量大的小矩形件儘可能多地、無重疊地排放到一個定寬、定長(或無限長)的矩形板材上，使其利用率達到最大。本發明的有益效果本發明的精益造船系統，智能化程度高，套料損耗低，在船舶製造過程中消除不必要的浪費，提高效率降低成本。精益生產把產品生產全過程分成有效時間和無效時間。在船舶製造中，傳統模式下無效時間佔的比重遠遠大於有效時間的比重。產品生產就是為了儘量的減少無效時間，才能縮短產品開發周期，提高生產效益。本發明的精益造船系統，通過集成零件、材料以及套料的方法，實現了船體套料工作的集成信息化，提高了工作效率，縮短了生產周期。本發明主要針對船舶套料使用全過程中的數據匹配，將套料結果進行優化和整合，降低無效時間，提高效率，並且能及時的發布和反饋套料的材料庫存、分配狀態，以及套料任務的進度，套料的結果，餘料的使用狀態等，並且最後加以分析統計，以調整管理策略，最終可提高企業的整體效益。
圖I是已排放零件構成的輪廓線圖。圖2是已排放零件構成的水平線圖。圖3是本發明的套料流程圖之一。圖4是本發明的套料流程圖之二。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。 如圖3、4所示，一種精益造船系統，其中套料任務管理子系統是本發明的重點；套料任務管理子系統將任務劃分為五大階段，分別為準備、後置、配盤、現場和已完成，五大階段形成一個套料的流程。a)準備此階段任務為準備零件、材料數據的階段，其中零件數據由零件模塊中而來，材料數據由材料模塊中而來，並且材料的加入是通過材料的預估功能加入,其中可以實時看到零件面積與材料面積的當前關係。b)後置後置階段分為兩部分，待套料和後置中。待套料任務為已準備好零件、材料數據，並且已經導出數據，等待第三方軟體套料完成後導入套料結果的任務。此階段的零件和材料數據為鎖定狀態，不可再改動；後置中任務為已將第三方軟體的套料結果導入系統，在本系統中可以進行手動調整套料結果，增加、複製、刪除零件，調整材料(包括互換材料，增加、刪除套料板)，優化套料，定義餘料，定義零件順序，定義啟割點，生產圖紙等操作。c)配盤此狀態下任務已經生成圖紙，將任務發布下去，倉管員在系統中參照材料所在的堆位堆層，將材料分配給任務。此狀態任務只可配置材料，不可修改零件與材料數據。d)現場現場階段即為任務的待確認階段，此狀態下任務數據解鎖，但是只有部分功能開放給現場切割工人，工人在現場進行切割後，需在此確認切割套料板或者任務，使得切割結果寫入資料庫，反饋到零件與材料模塊的數據和狀態上。e)已完成已完成任務即為已切割完成的任務，其中的零件全部已變為實體的零件，材料已被切割，數據不可改變，任務進入此狀態即為只讀狀態，不可有任何操作。在本發明中，提供兩種材料預估的方法，分別為自動預估和手動預估。手動預估方法由用戶自行根據計算結果調整不同規格的材料選取，材料數據將保存在任務數據以及資料庫中。自動預估的流程如圖3所示，自動預估中，系統可自動計算需要的材料面積，材料的選取，可交給用戶選擇(面積大/小優先，長寬比大/小優先，餘料優先，隨機)，也可由程序自動從任務所在船舶的材料資料庫中選取材料進行預估；精細的預估可利用零件的矩形外框，和矩形排樣算法，材料由用戶選取，同時參照零件的利用率。採用矩形排樣方法，可較快的找到較為優的結果，滿足了在預估過程中需要快速計算並且相應的要求，其方法描述如下,方法流程如圖4 (I)所需基礎方法排放狀態，以鍊表方式實現，鍊表表不一連串不同高度的水平線；水平線，建立水平線類，其特徵由水平線所在的鍊表左右相鄰水平線高度確定，若為最左水平線或最右水平線，則由水平線鍊表所在的大矩形高度確定特徵；最優槽型水平線，建立判斷方法，從未排樣的零件矩形中，找到一組組合矩形塊，與該槽型水平線匹配的最好(如下文(2)中描述);最優梯形水平線，建立判斷方法，若能從未排樣的零件矩形中，找到一塊矩形可正好填充該水平線(如下文(3)中描述);組合高度數，建立計算方法(如下文(4)中描述)。( 2 )查找最優槽形水平線的方法通過循環大矩形內的水平線鍊表，查找槽型水平線，再依照最優槽型水平線的判斷方法，得知此水平線是否為最右槽型水平線；查找最優梯形水平線，通過遍歷大矩形內的水平線鍊表，查找梯形水平線，再依照最優梯形水平線的判斷方法，得知此水平線是否為最優梯形水平線；排放槽型水平線的準則，若確定排放此槽型水平線，並且已找到最優組合，則按照從高到低並且靠高端排放。(3)最優組合算法利用貪婪算法，從可放入槽型水平線的零件矩形集合中，按照設定的優先級排序，尋找最優組合. (4)排放算法在槽型水平線的最優組合中，若有正好與相鄰水平線同高度的零件矩形塊，則優先排放此矩形塊，剩餘的矩形塊依照高低排練，靠著高端進行排放。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種精益造船方法，其特徵是它包括整版材料和餘料資料庫的建立步驟；零件資料庫的建立步驟；套料的步驟；切割的步驟；以及餘料錄入和結果輸出的步驟。
2.根據權利要求I所述的精益造船方法，其特徵是所述的方法具體包括以下步驟 (a)、整版材料和餘料資料庫的建立購買材料，採用測量儀器對整版材料和餘料的尺寸進行檢測，並且記錄相關材料的尺寸和數量，錄入相應的資料庫； (b)、零件資料庫的建立步驟根據待建船隻需要的零件建立零件資料庫，記錄所需零件的尺寸、數量以及各零件所處的分段位置、優先級； (C)、套料的步驟選擇船隻中優先級高的分段和分段中優先級高的零件，優先選擇餘料資料庫中的餘料進行套料；如果餘料中不滿足條件，則在整版材料資料庫中進行套料； (d)、切割的步驟完成對整個船隻的零件進行套料後，進行切割； (e)、餘料錄入和結果輸出的步驟
3.根據權利要求I所述的精益造船方法，其特徵是所述的套料的步驟包括 在船隻的優先級高的分段中選擇優先級高的零件進行套料，依次查看零件化成矩形塊後的槽形水平線、梯形水平線，如果餘料庫中的材料不滿足匹配條件，則從整版材料庫中進行選擇。
4.根據權利要求3所述的精益造船方法，其特徵是所述的套料的步驟具體包括 已知η個零件化成的矩形件R1, R2,…，Rn，寬和高一定，設小矩形件Ri的寬為Wi，高為hi;以Wi, h表示；i=l，2，…，η ;餘料或整版材料矩形件的寬為W，高為H，以W，H表示； 步驟I若當前待套料零件的最低槽形水平線的高hmin ^ H，或所有零件化成的矩形塊件均被排放完，則轉步驟6 ;否則，轉步驟2 ; 步驟2採用最優組合算法依次對待套料零件的槽形水平線進行位置配置，找到其最優組合； 設第i個槽形水平線的長度為Li,對應的最優矩形件組合為(wn, hn), (wi2, hi2), ···,(win, hin)，設du是第i個槽型水平線的長度，計算第i個槽形水平線的長度與組合矩形總寬度之差=Clu=Li-Swu ;n表示的是最優矩形件組合中小矩形的個數；定義dmin表示槽形水平線的長度與組合矩形總寬度之差最小的值；，！表示滿足du=dmin的所有du的集合；設|1表示集合I含有元素的個數； 若dmin=0，即槽型水平線的長度與組合矩形的總寬度相等，則轉到步驟3 ;否則，轉到步驟4; 步驟3若111 =1，即只有一條槽形水平線滿足，則對所有矩形塊按排放算法對其最優組合矩形塊進行排放；否則選擇最低的槽形水平線優先排放，並返回步驟I ;若有多條最低槽型水平線，則選擇組合高度數最小的矩形塊優先排放，並返回步驟I ;若有多條滿足組合高度數最小，則優先排放最左邊的槽型水平線； 步驟4對所有的梯形水平線，判斷是否存在最優梯形水平線，若存在這樣的梯形水平線，若滿足條件的梯形唯一，則優先排放，返回步驟I ;否則優先排放面積大的矩形到對應的梯形，返回步驟I ;若有多個滿足排放面積最大的矩形，則優先排放最左邊的梯形，返回步驟I ; 步驟5若111=1，則由排放算法對其最優組合矩形塊進行排放；否則在所有已排放的矩形塊中選擇最低的槽形水平線優先排放，轉步驟I ;若有多條槽型水平線滿足，則在所有已排放的矩形塊中選擇組合高度數最小的優先排放，轉步驟I;若有多個矩形塊滿足組合高度數最小，則優先排放最左邊的槽形水平線； 步驟6終止；輸出套料排樣圖。
5.根據權利要求4所述的精益造船方法，其特徵是所述的套料的步驟中，最優組合算法是對已排放矩形構成的槽形水平線，從未排矩形中找其最優組合，使最優組合儘量排滿該水平線，包括以下步驟 步驟1對所有剩餘未排小矩形，取出能排放到該槽形水平線上的矩形件，構成可排矩形件集合，記為S。
步驟2對集合S中的小矩形件，按照面積或者高度排序，利用貪婪算法，找到其最優組合。
6.根據權利要求4所述的精益造船方法，其特徵是所述的套料的步驟中，排放算法包括以下步驟 對已排放矩形構成的某槽形水平線，及其對應的最優組合矩形塊， 步驟1在該槽形水平線的最優組塊中，判斷是否有排放後剛好與該水平線左、右相鄰水平線等高的小矩形件； 若存在這種矩形件，則優先排放， 若排放後，與左相鄰水平線等高，則緊貼左端排放； 若排放後，與右相鄰水平線等高，則緊貼右端排放。
步驟2根據槽形水平線的左、右相鄰水平線的高低，對剩餘的最優組合塊進行排放；具體做法是若該水平線對應的組合矩形塊只有一個，則沿水平線高端排放；否則，將其對應的小矩形件組合塊按高到低排序，使新的組合塊的高端緊挨該水平線的高端排放。
全文摘要
一種精益造船方法，它包括整版材料和餘料資料庫的建立步驟；零件資料庫的建立步驟；套料的步驟；切割的步驟；以及餘料錄入和結果輸出的步驟。本發明的精益造船系統，智能化程度高，套料損耗低，在船舶製造過程中消除不必要的浪費，提高效率降低成本。精益生產把產品生產全過程分成有效時間和無效時間。在船舶製造中，傳統模式下無效時間佔的比重遠遠大於有效時間的比重。產品生產就是為了儘量的減少無效時間，才能縮短產品開發周期，提高生產效益。
文檔編號G06Q10/06GK102880940SQ20121036355
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者李千目, 劉婷, 戚湧, 侯君, 餘立功, 路國翠, 汪歡 申請人:無錫南理工科技發展有限公司