基于三维体验平台的复杂装配可视化技术

费玉清，孙浩月，李海波

(江南造船集团(有限)责任公司，上海 201913)

0 引 言

实现中大组立工序可视化的前提是具有一个合理完整的装配工艺信息模型，基于三维体验平台(3D Experience Platform,3DEXP)的船舶设计模式不仅能提供产品设计模型，而且能集成多种装配工艺信息，有效实现工艺信息模型的创建，是中大组立工序可视化技术研究的基础。当前，现场直接利用包含丰富的产品信息和工艺工序信息的三维模型作为施工建造的可视化指导工具还没有相应的软件和硬件条件。对此，基于3DEXP，采用模型轻量化转换的方法，利用强大的模型组装拆卸和视图功能实现工序可视化技术[1]。

1 模型信息规范化分类

对工艺信息进行详细的梳理和分类，有利于完整地定义产品工艺信息，清晰地理解不同建造阶段所需的信息，对后续交付物设计有很大帮助。基于3DEXP创建装配工艺信息模型，对工艺信息进行分类，具体如下：

1)零部件基本属性包括零部件件号、板厚、材质和零部件内安装角度等；

2)装配信息包括零部件名称、板厚朝向、船中符号、组立位置方向、零部件间安装角度、零部件定位尺寸、主尺度和检验数据等；

3)焊接信息包括焊接方式、焊接节点和焊脚高度；

4)结构信息包括过渡斜、开孔大小、形状和尺寸；

5)精度信息包括余量和收缩量。

在3DEXP中，采用三维标注的方式将工艺信息在模型上表达出来，标注类型有文本标注、尺寸标注和焊接符号标注等3种。此外，需确定三维标注在结构树上的组织节点，根据工艺信息的分类，在结构树上创建多个3D part存放不同类别的标注信息。小组立安装所需工艺信息放置在小组立下的3D part内；中大组立安装所需工艺信息放置在中大组立下的3D part内。按施工类型和施工流程对工艺信息进行分类，为现场作业人员获取不同阶段的工艺信息提供较高的便利性，从而直接提高施工效率。

2 基于3DEXP的中大组立装配信息模型构建

装配信息模型(见图1)是一种以几何模型为载体，基于MBD(Model Based Definition)技术，包含装配顺序中与装配有关的各种信息的数字化集成模型。建立该模型的目的是为产品的装配环节提供切实可靠的技术支持和保障[2]。

图1 装配信息模型

构建装配信息模型主要完成的工作有创建零部件结构树、构建零部件流向属性标注集和定义零部件工序属性(见图2)。构建装配信息模型的主要流程是：基于产品主模型，在3DEXP上搭建产品结构树；构建标注集，描述零部件的属性和装配工艺；根据中大组立工序规范，定义中大组立装配工序属性。

图2 装配信息模型中零部件工序属性的定义

3 中大组立工序可视化中大组立装配工序的定义

船体结构分段的类型繁多，不同分段的中大组立装配工序各有差异。首先对各种类型分段的中大组立进行分析，然后对装配过程中的所有装配工序进行分类划分整理，描述各种工序所表达的内容，最后形成中大组立装配工序规范(见表1)[3]。中大组立工序规范采用XML的形式定义。

表1 中大组立装配工序规范

根据规范文件对不同分段的中大组立进行工序定义，生成零部件工序对照表。

4 模型结构与工艺信息的转换

装配信息模型经过模型轻量化转换之后，显示的是3DEXP中结构和工艺的内联属性信息，不方便现场人员查看。利用.NET平台的二次开发程序提取数字化模型中零部件的名称信息，实现结构信息的规范化转换(见图3)。装配中的工艺信息、定位方向和尺寸等装配信息通过标注的形式表达出来。

图3 模型信息规范化转换

5 基于装配工序构建装配树和视图

实际上，现场工人关注的并非分段的整体信息，而是完成自己工位作业所需的必要信息，同时希望这些必要信息通过简单、直观的形式表达出来。因此，将分段整体信息分解到单个工序中，根据装配工序对照表和二次开发程序，在系统中自动构建装配工序装配树，最后以工序为单位创建工序可视化视图(见图4)。现场操作人员在平板电脑上利用系统插件不仅能快速浏览、参考和查询工序可视化视图，而且能对三维模型进行交互操作，查看模型装配工艺的标注集信息[4]。在创建装配工序可视化视图时，应注意以下内容：

图4 工序可视化视图

1)明确表达分段的重要装配工艺信息，如定位信息、名称信息；

2)明确表达分段装配的序列和方法；

3)保证工序所有表达的内容合理、正确，符合实际装配要求。

6 结 语

以往都是依靠精细的二维结构图指导船舶建造施工作业，但对于结构复杂、布置紧凑的区域，由于图面标注的信息量巨大，会给不同作业人员查找信息的效率和准确率带来一定影响。通过对3DEXP的数字化模型可视化技术进行研究，为现场装配人员提供了包含工艺信息的三维模型和工序可视化视图。每个视图中只包含某个阶段涉及的安装信息，这样装配人员可参照工序可视化视图进行中大组立安装，现场作业人员可根据需要详细查看结构和测量安装尺寸等，从而快速定位、安装。

本文提出的中大组立工序可视化技术具有以下优点：

1)能克服传统二维装配工艺文件存在的信息匮乏和理解困难等缺点，具有直观、简洁、可视的表达效果，使操作者更容易理解工艺内容；

2)可完全取代传统的二维纸质装配图纸，有效提高工艺文件的指导性；

3)能使空间密集区划的视图过程更简单直观，提高现场装配的质量和效率；

4)迈出了由纯二维图纸向三维电子图纸转变的重要一步，在向智能制造可视化转型方面具有重要意义。