船体分段装配序列规划系统设计

摘要：船舶分段在整个船舶建造过程中起着非常重要的作用。船舶装配的虚拟模拟可以有效地缩短施工周期，找出施工过程中的不合理情况，降低返工率，降低施工成本。该方法能有效保证施工质量，解决船舶装配顺序优化问题。本文首先分析了国内外虚拟装配技术的研究方向，并讨论了虚拟装配技术的实际应用情况。然后，选择一种更合适的形式，有效地解决了船舶分段装配序列优化问题。本文设计并实现了船舶分段装配序列优化问题的总体框架，并得到了相应的结果。在此基础上，详细分析了船舶分段装配序列的优化因素，并对装配序列的正确性和合理性进行了检验。

关键词：船舶分段；装配；序列优化；研究

前言

在船舶建造过程中，构件装配质量和装配效率是影响造船质量的重要因素。由于造船是一项复杂而庞大的系统工程，现代造船工程往往应用于数字信息平台，其中模拟装配系统是最常用的新型制造技术。以数字软件构建的平台为基础，在模拟环境中对船体构件进行分析，实现了船体在模拟环境下的装配、测试和设计。在模拟环境中，整个模拟过程不仅可以体现在装配过程中，还可以体现在产品的装配中，为以后的实际装配提供了理论依据。此外，以后的组装、维护和组件恢复可以作为基础。我国造船业起步较晚，自主研发制造技术相对较少。分段建造仍然是中国造船的基本模式。其施工步骤包括四个主要步骤：一是对制造船舶的钢板进行预处理；二是将零部件组合成平面分段和部件模块；第三，将部件和平面分段等构件组合成分段以及总段。第四，将分段、总段进行组合，最终形成完整的船体。

1建立分段构件模型

对船体装配前需要对船体各个构件进行全面分析，通过构件船体3D模型，将整个船体结构划分为若干模块，并保证所构件模型中每个模块都是独立的装配体，依照功能以及位置建立起相关的结构模型。而模型的建立首先需要的便是构件的几何特征，包含构件的种类、所属以及在船体的具体位置等，另外还需要注重构件的开孔属性和累加几何特性等。在构件船体分段模型中，需要依照船体结构特征以及功能特征进行划分，常见的模块主要为：特征结构、外板结构以及甲板结构和舱室结构等结构模块。其中肋骨和纵骨是船体的主构件，在设计时需要注意，应当首先完成主构件的设计，在其基础上完成从属构件的设计。

在船体的分段装配建模过程中，可以将结构构件分成两大类。首先是同曲面相关的模型，其次则是同曲面不相关的构件。例如肋骨以及肋板等构件是同船体曲面相关的构件，在建立模型时需要对了解船体的曲线，从而得到构件轮廓，从而有效保证构件模型的准确性。而数据库的构件首先应当对构件进行编号，其次则是对船体曲面信息获取与否进行判断。如果构件需要获取船体曲面信息，则应当将曲面文件打开，并依照零构件的位置，对3D曲线进行放样，建立起剖切面模型，以此获得其同船体曲面相关构件，通过计算得到构建轮廓。从而为模块的焊接提供数据基础。然后解除其作为交线的二阶几何约束，拟合并添加控制点，控制点的数量由拟合度决定。在船体结构设计中，大部分结构都同曲面相关，因此需要着重予以关注。

2设计分析

基本模型的建立是模型整体分段装配的初始过程，图形模型以及基本模型是构成船舶分段结构的基础产品。船体分段构建的成分、物理特性以及几何信息等基本信息都是籍由基本模型进行表述。船体分段的各个部件在图形系统中通过点面的配合进行组装。在系统中可以查询到构成分段的所有构件信息，另外構建模型所需要的设计信息也可以在数据库视图中查询到。分段构件的所有信息都可以通过分段数据模块予以查询，系统还能够对所有构件质量特性等相关信息进行查询，令工作人员充分了解构件的重心、重量等。

在装配模拟系统中，组件信息的存储实际上是组件日志和相关位置的存储。如果在设计中修改组件模型，则相应修改装配模型。本文所述组件在分段装配中按相应的顺序进行装配。当组件模块形成小模块时，它们在组件段中组装，最终组装成外壳。在船体结构装配过程中，首先需要将配件装配成结构模块，然后再装配成结构模块。舱壁和弯头是船体框架结构的重要分段模块。主要结构模块组装完成后，再进行分段模型的组装。利用SolidWorks装配文档工具，开发了参数化零件相关材料列表、装配视图和带有指导线的零件编号。装配类型可分为组件装配、组装配和段装配。组件分组组装，您可以选择浏览单个组件，也可以选择组装一组组件。当在装配过程中发生重叠时，将显示红色。单击干涉检查后，将列出相应的组件信息。装配完成后，在装配组中，将所有装配协调关系存储为组，将装配信息存储在对应的装配表中，并保存得到的模型。

3管理模型

通过使用分段装配模型进行船体的装配模拟，在模拟过程中就能直观的发现设计中不合理的地方，以装配关系为基础能够在模型中进行关联修改。例如可以对不适当一个构件进行以此修改，也可以针对同类型成批的构件进行批量修改，也能够有选择的对一个构件的关联构件进行修改。在进行关联修改过程中，只需要对所需修改的主构件进行修改，例如修改设计参数，便能够进行关联修改，同主构件相关联的子构件参数以及模型都会随之修改。在关联修改中，对位置约束以及特征进行改变，在刷新构件后，同该修改相关的特征以及所修改的特征都会发生改变。

4显示装配顺序

在装配作业中，最重要的是规划装配顺序。只有保证装配顺序的合理性和科学性，才能在更大程度上降低装配成本，提高装配效率。在设计过程中，利用计算机辅助设计工具可以有效地计算出装配序列，计算机可以生成各种装配方案。本设计系统是基于设计条件和设计数据而设计的。在虚拟装配系统中，对装配段进行反复验证，及时发现设计中存在的问题，判断是否需要进行修正，直到设计没有问题，最终选择最优的装配方案。通过CAD工具，模型的状态可以显示在组装过程中，以便用户可以看到整个装配过程，通过软件的演示功能，整个过程的模拟装配可以查看，并通过装配组件可以被监控的重叠检测。

通过装配过程，我们可以发现实际装配中由于设计不当可能出现的问题，如间隙过小或过大，零件之间的干涉等。由这些小段组成的段装配完成后，可以看到整个段的装配信息，也可以看到这些段的工作过程。通过干涉检查，可以对装配后的模型进行干涉检查，并突出干涉部分。例如，对甲板装配模型进行静态干扰检查后，在舱口挡泥板和横梁处发现干扰。图像显示了干涉区域的长度、宽度和高度，并突出显示了所涉及的组件。组装后，干扰组件程序提供的功能结构修改，选择相关的组件相关的结构修改，通过数据库查询，显示主要机构参数和改变设计参数改变组件的信息，确保模型的同步修改和参数在数据库中。

结语

对船舶分段装配序列优化项目进行研究，就能够有效缩短船舶建造的周期，有效提升船舶建造质量，降低其建造成本，这些内容对于船舶建造有着十分重要意义。依据这样的发展状况，本文提出了相应优化研究内容与发展目标，研究建立了相应的装配序列优化系统。

参考文献

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[2]李敬花，余峰，樊付见.基于遗传模拟退火融合算法的船舶分段装配序列优化[J].计算机集成制造系统，2013，01：39-45.

[3]战翌婷，刘玉君，邓燕萍.船体结构分段装配研究[J].造船技术，2011（6）：22-24+45.

作者简介：孙日光，（1982年）；男；汉；辽宁大连；工程师，专科。

（作者单位：波塞冬船舶设计（大连）有限公司）