一種船體分段裝配序列規劃系統及其規劃方法與流程
2023-05-11 19:39:26
本發明涉及計算機輔助工藝設計技術，具體涉及一種船體分段裝配序列規劃系統及其規劃方法。
背景技術：
船舶建造是一項複雜的製造工程，由成千上萬個構件裝配、焊接而成，具有作業範圍廣泛、工作量大、工作種類多、結構複雜、安裝繁瑣，勞動力成本高等特點。船體中大部分的裝配工作由施工人員完成，現場工人的操作經驗在很大程度上會影響最終的裝配質量。目前，大中型船舶主要的建造方法是分段建造法，即在設計階段將整個船體結構按照一定的原則劃分為大小不一的分段；在施工階段首先在分段車間進行分段裝配，然後在船臺或船塢進行合攏，從而組裝成完整的船體。因此，分段裝配過程的改善和優化對於縮短船舶建造周期、加快整船建造進度意義重大。
船體分段裝配作為船舶建造過程中的關鍵環節，是船體設計及船體製造的連接紐帶，是精品造船、提高船舶質量的重要保障。據統計，在一些工業化的國家，船舶產品的製造過程中有超過30％的人在進行和裝配相關的作業，產品的裝配工時佔製造總工時的一半左右，裝配成本佔製造總成本的30％-50％，並且製造過程自動化程度及柔性的不斷發展，將會使得裝配成本仍有上升空間。裝配序列規劃作為自動化製造領域的核心內容，其主要完成對裝配體所屬裝配結構件裝配順序的自動編排，從而生成滿足裝配體實際裝配需求的裝配序列。裝配序列規劃問題屬於一類滿足空間幾何約束關係、物理約束關係以及機械裝配相關約束條件的優選問題。船體分段裝配序列規劃旨在解決船廠船體分段的實際裝配操作之前的裝配工藝制定和裝配序列評判優選等問題。
由於船體分段建造過程的複雜性、影響因素眾多等特性，導致分段裝配工藝規劃難度較大、制定周期長、工藝優劣評價過程複雜等問題；目前，我國大型船廠的裝配工藝制定多根據現有工作經驗進行，這種方式主要存在三方面問題：一方面，工藝規划過程制定過程過於依賴經驗判斷、智能化程度較低且缺乏相應的標準性文件指導，使得裝配工藝制定過程緩慢且其質量穩定性也存在較大隱患；另一方面，對已有裝配工藝知識缺乏相應的整理和繼承，導致工藝制定過程反覆，大大延長了整個生產周期；此外，對於制定的裝配工藝缺乏相應的評價和驗證體系，使得裝配工藝的優劣難以進行指標化的評定，這也給實際的生產過程帶來了諸多問題。
技術實現要素：
發明目的：本發明的目的在於解決現有技術中存在的不足，提供一種船體分段裝配序列規劃系統及其規劃方法。
技術方案：本發明所述的一種船體分段裝配序列規劃系統，包括裝配資源管理模塊、裝配序列規劃模塊、裝配序列仿真模塊以及裝配序列評價模塊；所述裝配資源管理模塊實現分段信息以及裝配規則的管理與維護，包括產品信息模塊、裝配規則管理模塊以及零部件連接信息模塊，所述產品信息是待裝配的船體分段構件信息，包括船體的分段組成信息以及分段構件的屬性信息，通過對結構樹節點和其屬性信息的增加、修改、編輯操作，實現對產品信息和資源信息的基本維護；所述裝配規則管理模塊實現裝配相關規則的制定和管理；所述零部件連接信息模塊實現零部件連接信息的錄入和管理；所述裝配序列規劃模塊實現裝配序列的推理制定，包括對象管理模塊、裝配工藝制定模塊和裝配結果管理模塊，所述對象管理模塊將待裝配信息從裝配結構樹進行選擇和導入；所述裝配工藝制定模塊實現初始條件設置然後進行裝配工藝推理；所述結果管理模塊實現推理結果的查看和導出；所述裝配序列仿真模塊對推理出的裝配序列進行驗證性仿真分析，包括仿真模型管理模塊、裝配過程仿真模塊和仿真結果管理模塊，所述仿真模型管理模塊進行對裝配結構件模型的管理或建立；所述裝配過程仿真模塊根據裝配序列進行仿真分析；所述裝配結果管理模塊對裝配相關視頻進行管理，可以進行添加、查看操作；所述裝配序列評價模塊對裝配序列的優劣評價，包括評價體系建立模塊和評價結果管理模塊，所述評價體系建立模塊通過人機互動方式設定評價指標和權重，並進行裝配序列綜合評價；所述評價結果管理對評價結果進行查看和導出，以便於對比和保存。
進一步的，還包括幫助信息模塊，所述幫助信息模塊為用戶提供必要的相關幫助信息，幫助平臺用戶掌握工具的使用操作方法和問題的解釋與說明信息。
本發明還公開了一種船舶分段裝配序列規劃系統的規劃方法，包括以下步驟：
(1)、根據船體分段結構件列表和從船體分段三維模型上提取的分段構件名稱、類型、所屬分段信息，在產品信息模塊錄入相應信息資源，包括分段屬性信息、分段的結構件的基本屬性信息和自定義屬性信息以及分段結構件相關模型信息，並可根據實際情況做實時調整；
(2)、通過裝配規則管理模塊和零部件連接信息模塊完成對已根據專家經驗制定好相關規則的錄入，並可對添加的規則信息進行實時的添加和修改；
(3)、通過裝配序列規劃模塊中的對象管理模塊完成對待裝配對象的篩選和信息導入，通過裝配工藝制定模塊完成初始條件的設置並進行裝配序列的推理操作；通過裝配結果管理模塊實現推理出的裝配序列的查看和相關管理，包括導出到EXCEL和儲存到資料庫；
(4)、通過仿真模型管理模塊進行裝配序列涉及結構件模型的管理，如果已有相應模型則直接導入，如果沒有相應模型可通過CATIA二次開發的嵌入式模塊進行結構件模型的建立，然後通過CATIA建立虛擬裝配仿真環境進行裝配過程仿真，進行靜態和動態幹涉檢查並導出相應幹涉文件，最後錄製相關裝配視頻並存儲到資料庫，以便於工藝人員進行查看和指導實際生產過程；
(5)、通過評價體系建立子模塊建立裝配序列評價初始設定，若採用系統自帶評價指標和權重，則僅需要直接進行裝配序列打分；若需要根據實際需要調整現有指標和權重，則可在進行確定評價權重時進行直接修改並根據裝配序列進行打分，最後系統會根據內部程序建立二級模糊綜合評價機制實現裝配序列評價，並可對評價結果進行查看和保存到資料庫。
進一步的，所述步驟(3)中裝配序列規劃流程的具體步驟如下：
(3.1)、通過對象管理模塊的裝配資源結構樹，進行待裝配的分段的篩選並導入該分段的相應信息；
(3.2)、在裝配工藝制定模塊中，根據優先級的高低篩選出符合條件的相應構件，並根據船體分段特點通過人機互動設定初始裝配結構件；
(3.3)、根據分段結構特點，在四種常用肋板開口形式中選擇相應的肋板開口形式；確定初始條件若需要重新選擇，則返回步驟(3.1)，否則直接進行步驟(3.4)；
(3.4)、進行裝配序列的裝配規則匹配，根據規則匹配推理裝配序列；
(3.5)、查看相應裝配序列推理結果，直接將結果導出到EXCEL表，或將推理結果直接保存到資料庫，便於以後進行裝配工藝檢查；
(3.6)、若需進行其他分端的裝配序列的規劃則重複步驟(3.1)～(3.5)，否則，直接退出；
進一步的，所述步驟(4)中虛擬裝配仿真流程的具體步驟如下：
(4.1)、查看是否存在相關模型，若存在則直接進行步驟(4.2)，若不存在則通過CATIA嵌入模塊進行相關裝配模型的建立，然後進行步驟(4.2)；
(4.2)、在CATIA裝配環境下進行路徑規劃，並將裝配結構件模型按照裝配序列進行裝配；
(4.3)、對裝配體進行靜態幹涉檢查，若存在幹涉則及時調整，直至不存在幹涉為止；
(4.4)、根據已有裝配序列進行裝配路徑規劃；
(4.5)、進行動態幹涉檢查，若存在幹涉則返回步驟(4.4)或重新進行裝配序列規劃，若不存在幹涉則進行步驟(4.6)；
(4.6)、按照裝配路徑進行裝配過程的仿真，並錄製裝配過程視頻；
(4.7)、輸出相關幹涉文件，將裝配視頻進行相關處理和保存，以待後續查看。
進一步的，所述步驟(5)中裝配序列評價過程的具體步驟如下；
(5.1)、進入裝配序列評價模塊，根據條件調出待評價的裝配序列；
(5.2)、判斷是否採用系統已設置的相應指標和權重，若採用初始值則直接轉步驟(5.5)，否則，直接進行步驟(5.3)；
(5.3)、根據分段實際特點重新確定評價因素；
(5.4)設定評價因素的相應權重；
(5.5)工藝人員根據裝配序列的特點對待評價的裝配序列進行打分；
(5.6)通過內部推理機制實現二級模糊綜合評價；
(5.7)評價結果輸出和查看，若需重新進行判斷則重複步驟(5.1)～(5.7)。
有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：
(1)本發明運用計算機輔助規劃技術，將船體分段建造所需的資源、產品、相關工藝信息等高度集成，完成從分段信息輸入到分段裝配序列推理輸出以及裝配過程仿真和裝配序列評價的船體裝配工藝制定全過程的高效智能化管理。
(2)本發明實現了計算機輔助裝配序列規划過程，為船舶分段建造的工藝人員在裝配序列規划過程中提供了便捷、合理、智能的方法，裝配視頻文件也為裝配操作人員提供了直觀的操作指導，為最終達到提高工藝編制效率和縮短分段建造工時的目的提供了合理有效的解決方案。
(3)本發明大大解決現有技術種船體分段裝配工藝制定過程緩慢、裝配相關知識難以繼承和管理以及裝配工藝評價過程困難等實際問題，將船體裝配工藝相關知識和經驗等信息進行集成管理，運用內嵌推理技術實現裝配序列的自動推理，通過構建虛擬裝配環境進行裝配序列的仿真驗證並建立模糊綜合評價體系進行裝配序列的評價。
附圖說明
圖1為本發明的整體系統結構圖；
圖2為本發明的船體分段裝配工藝規劃流程圖；
圖3為本發明中的裝配過程仿真流程圖；
圖4為本發明中的模糊綜合評價流程圖；
圖5(a)、(b)、(c)為裝配工藝規劃流程的界面
圖6(a)、(b)、(c)為裝配序列評價的界面
具體實施方式
下面對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護範圍不局限於所述實施例。
如圖1，一種船體分段裝配序列規劃系統，包括裝配資源管理模塊、裝配序列規劃模塊、裝配序列仿真模塊以及裝配序列評價模塊；
所述裝配資源管理模塊實現分段信息以及裝配規則的管理與維護，包括產品信息模塊、裝配規則管理模塊以及零部件連接信息模塊，所述產品信息模塊包含船體分段構件信息，通過對結構樹節點和其屬性信息的增加、修改、編輯等操作，實現對產品信息和資源信息的基本維護；所述裝配規則管理模塊實現裝配相關規則的制定和管理；所述零部件連接信息模塊實現零部件連接信息的錄入和管理；
所述裝配序列規劃模塊實現裝配序列的推理制定，包括對象管理模塊、裝配工藝制定模塊和裝配結果管理模塊，所述對象管理模塊將待裝配信息從裝配結構樹進行選擇和導入；所述裝配工藝制定模塊實現初始條件設置然後進行裝配工藝推理；所述結果管理模塊實現推理結果的查看和導出；
所述裝配序列仿真模塊對推理出的裝配序列進行驗證性仿真分析，包括仿真模型管理模塊、裝配過程仿真模塊和仿真結果管理模塊，所述仿真模型管理模塊進行對裝配結構件模型的管理或建立；所述裝配過程仿真模塊根據裝配序列進行仿真分析；所述裝配結果管理模塊對裝配相關視頻進行管理，可以進行添加、查看操作；
所述裝配序列評價模塊對裝配序列的優劣評價，包括評價體系建立模塊和評價結果管理模塊，所述評價體系建立模塊通過人機互動方式設定評價指標和權重，並進行裝配序列綜合評價；所述評價結果管理對評價結果進行查看和導出，以便於對比和保存。
進一步的，還包括幫助信息模塊，所述幫助信息模塊為用戶提供必要的相關幫助信息，幫助平臺用戶掌握工具的使用操作方法和問題的解釋與說明信息。
如圖2，一種船體分段裝配序列規劃系統，其分段裝配工藝規劃流程步驟如下(以某散貨船326分段為例)：
步驟一：如圖5(a)，根據裝配序列推理需求從裝配結構樹中篩選並導入待規劃的某散貨船326分段；
步驟二：如圖5(b)，設定裝配序列初始條件，根據裝配優先級選擇初始裝配的內底板構件，並確定肋板開口形式為直通型開口，然後點擊下一步自動進入內部規則匹配過程；
步驟三：如圖5(c)，對推理生成的9種裝配序列結果進行查看、導出或保存操作。
如圖4，一種船體分段裝配序列規劃系統，其裝配序列評價流程步驟如下(以某散貨船326分段為例)：
步驟一：如圖6(a)，根據裝配序列評價需求從推理出的某散貨船326分段9種裝配序列中選擇待評價的第一種裝配序列；
步驟二：如圖6(b)，工藝人員根據企業實際生產情況確定評價指標並手動輸入評價指標(包括仰焊數量、結構件裝配難度、翻身次數和調整難度)的權重，並結合裝配序列對每項指標進行打分，確定指標、權重及分數後綜合評價該分段第一種裝配序列分值為64.7分；
步驟三：如圖6(c)，對該分段可行的9種裝配序列評價結果進行查看、導出和保存操作。