船舶结构分段虚拟装配工艺的应用_钱汝娟.pdf

第 31 卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.31 No.2Feb.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言船舶生产制造中的分段装配是必须要重视的一项工作，其完成效率和质量直接关乎到整个船舶建造的效率与质量。就当下的情况来言，我们的船舶结构分段装配缺少完善的验证方法，大多是由设计工作人员以自身经验为基础展开计划的制定，所制定的计划不甚严密，在分段装配过程中要花费时间去修改完善，这样会在很大程度上影响整个制造工期。在过往的船舶生产制造中，船舶结构分段装配图纸所展示的内容存在一定的欠缺，针对一些比较繁复的工艺往往无法完美展示出来，使船舶结构的精准度大打折扣。而虚拟装配的有效应用，真正从根源上解决了上述问题，通过高效的可视化模拟过程，可以更加精确地引导船舶结构的规划，更加全面地验证所制定的方案。虚拟装配技术融入全新的计算机信息技术，通过这类技术的应用可以生成装配动画和 3D模型，使装配信息更加全面易懂，以此促进船舶产品生产与制造的进程1。1 虚拟装配技术的主要特征“虚拟装配”整体目标的实现，需要交互式的环境作为保障，需要交互设施的应用来模仿实际作业中的零件装配。在实际操作过程中，“虚拟装配”主要实现的船舶结构分段虚拟装配工艺的应用钱汝娟，周涛涛，王亚奇，李成垒（扬州中远海运重工有限公司，江苏 扬州 225211）摘 要：船舶结构所包含的内容极为复杂，分段装配是其中一个非常重要的环节，在此项操作展开之前，有必要进行虚拟装配。虚拟装配能够大大缩减组装船舶所耗费的时间，能够协助相关人员及时发现一些不足之处，从而使船舶的结构更加趋于合理。可以说，在整个船舶生产制造的过程中，船舶结构的装配是重中之重。而船舶结构分段的虚拟装配，是以计算机作为主要工具，通过计算机的虚拟环境去评估和分析船舶各个零部件、不同单元以及不同组立结构的装配环节，从而发现一些问题，达到降低返工率的目标。本文探讨了虚拟装配技术的主要特征、虚拟装配系统的优势、船舶结构分段虚拟装配工艺的实际应用等内容，希望可以为船舶结构分段虚拟装配工艺的提升贡献一份力量。关键词：船舶结构；虚拟装配技术；结构分段中图分类号：U671.4 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.02.016引用格式 钱汝娟,周涛涛,王亚奇,等.船舶结构分段虚拟装配工艺的应用 J.船舶物资与市场,2023,31(2):48-50.收稿日期：2022-10-18作者简介：钱汝娟（1984-），女，本科，工程师，研究方向为船舶与海洋工程。是处理序列、检测实时碰撞、装配约束处置、装配路径等不同的功能，以帮助相关人员做出更加精准的判别2。虚拟装配完成以后，会形成较为详致的信息、报告，供后续设计施工人员参考。开展虚拟装配所依赖的主要工具是计算机，需要相关人员全面弄清产品外形、精度等方面的特征。和一些常见的装配仿真技术不同，虚拟装配技术具备其独特的特征。过往传统的装配仿真遵循一定的流程，首先就是要针对仿真环境进行合理的选择与构建，对模型装配顺序加以编制，严格遵从相关的规定，待编写完成之后才能进行组装。所以模型在其中起到了极为关键的作用。虚拟装配技术和传统仿真技术区别很大。虚拟装配的整个过程融合了多种不同的学科知识，需要相关工作者具备丰富的工作经验，发挥自身工作的积极性。之所以要展开虚拟装配工作，其目标非常明确，就是要对产品的可设计性进行全面的验证，对产品的装配性进行相关的检验，得到一个较好地、与实情契合的方案。由此可以看出，虚拟装配技术的智能化程度比较高，具有极大的应用空间和应用潜力。2 虚拟装配系统的主要优势如今的船舶生产制造趋向于一体化模式，虚拟装配在其中的作用日益凸显。和传统的装配系统相比较，第 2 期 49 虚拟装配系统可验证产品的装配性，能够验证最优装配规划，可节约规划时间，规划的灵活度更高，可以帮助相关工作者提升能力经验等。虚拟装配系统的主要优势有：1）可验证产品的装配性针对产品的可装配性展开验证的过程中，虚拟装配系统的优势即会彰显出来，这种优势非常明显。通过虚拟装配的应用，可以通过实时仿真装配过程，及时发现产品可能存在的一项或者几项不同的缺陷，提醒相关人员第一时间合理去解决，规避后续的麻烦。2）可验证最优装配规划在虚拟装配的整个过程中，装配序列规划是非常关键的内容。鉴于装配序列规划所具备的重要作用，寻找最优装配规划的必要性非常大。最优装配规划需要多次验证，绝非一次实验能够完成。因此，对设计人员提出了更高的要求，需要进行反复的尝试才能完成该项工作3。3）缩短规划所需时间传统的装配规划耗时又费力，相关人员需要参考相关的工艺手册，通过网站、书籍查阅大量的资料，需要花费很长时间进行复杂的计算等，最终才能得出工艺文件及工序图。以上工作流程占用了大量的时间资源，对工作人员的身心也是极大的考验，然而后续的规划还可能存在一些相关的漏洞。而虚拟装配技术的运用，能够帮助企业解放出更多的人力，减轻相关专业工作者的劳动量，并且缩短产品开发时间。通过不断运用虚拟装配技术，使相应的工艺水平得到提升。4）使规划灵活度得到增强对于过往陈旧的装配工艺来说，工艺书是固定不变的参考，这样又存在一些弊端。比如，一旦在装配实践中出现突发状况，而针对这样的情况，工艺书没有列出问题的详细解决方案，就会影响整个设计制造的进程。而在运用虚拟装配技术后，一旦在装配实践中出现突发状况，相关工作者就可以第一时间展开再次规划，通过及时有效的措施去弥补这些缺陷，从而不影响整个设计制造的进程。5）可协助相关工作者提升装配水平及经验产品虚拟装配仿真平台的构建是一个极其复杂的过程，需要相关工作者关注每一个细节，同时需要强化内心责任及耐心，最终设计出较为完善的平台。当然，这样的平台作用很大，装配工作人员可以利用这样的平台展开操作练习。通过实际的观看和练习，熟悉装配过程，提升整体水平，大大缩短装配周期4。3 船舶管路系统虚拟装配方案分析针对船舶管路系统的虚拟装配，要提前制定好详细的计划方案，确定合适的装配方法，选择合适的虚拟装配序列，确定好装配路径等。3.1 确定合理的装配方式管路安装涉及诸多内容，方法也很多，比如分段预装方式、系统安装方式等。系统安装方式是过去一直都采用的方法，主要是运用吊装的形式，把管子装入船上，主要是按照图纸的要求去确定具体的安装流程以及安装实际区域等，最后还需要展开相应的安装工作。系统安装的方式有其较为鲜明的特点，一般不易产生差错，相关工作者在安装过程中能够比较容易地了解管子系统的概况。但是系统安装的方式也有其较为鲜明的缺点，这种方法的安装困难大，实际花费的时间比较多，效率也不高，常态化的作业是外场作业5。预装方式主要是用于分段建造，工作者以图纸作为重要参照，把管子装置于分段之中，继而成为一个组合单元。船体分段建造本身就是比较重要的流程，而在总装的过程中，需要对不同的管子进行合拢，这样才会更好地完成管子系统的整个装配。从现阶段的情况来看，分段预装法这类方法是使用频次较高的方法，效率更高，相应难度系数更小，还能够全面确保安装质量。使用分段预装法所展开的安装，能尽可能地规避外场作业，其常态化作业类型是内场作业，安全性更好。3.2 虚拟装配序列的选择以及装配路径的确定合理选择和确定虚拟装配序列及相关路径具有十分重要的意义，能够确保不同装配件形成与之相适应的装配顺序和无物理碰撞的运动轨迹，规避相互干涉的情况，使装配更加合理、安全、高效6。常见的装配序列有组件识别法、装配优先约束关系法等；常用的路径规划有位姿空间法、基于遗传算法的路径规划法等。比如，针对动力舱管路系统虚拟装配展开相应的设计以及规划，这一类管系比较复杂，可以在此以拆卸法作为主要方法，能够在较短的时间内确定拆装序列，最快地选择合适的路径。如此非常容易进行一些对比分析，然后获得比较合乎实际的虚拟装配流程，这样的难度系数较低。动力舱管路系统中的绝大部分部件有着较好的抗变形性能，可将其视作一个刚体系统，在具体的装配进程中，相关工作者几乎不用考虑变形带来的一系列问题，对于装配和拆卸来说是可逆的。装配工作者在展开实践工作的过程中只需要界定拆卸的顺序、方向以及位移，确定好不同部位之间的碰撞或者干涉，最后将记录的拆卸过程反钱汝娟,等：船舶结构分段虚拟装配工艺的应用船舶物资与市场第 31 卷 第 2 期 50 向生成，就能够获取到整个的装配过程。4 船舶结构分段虚拟装配流程船舶结构分段虚拟装配，需要遵循相应的规范要求，比如建立装配模型、创造虚拟装配环境、合理规划装配工艺、进行人机工程分析，开展装配工艺分析等。4.1 建立装配模型针对船舶结构的分段规划，是有一定的规律可循的，相关工作人员一般都会参考船舶结构分段的主要特点去建立模型，更加精准地表达装配部件。最终建立模型以后，就能够非常轻松地对船舶结构分段模型进行整合。4.2 创造虚拟装配环境此项操作展开之前，相关人员需做好准备工作，预先建立一个三维的模型库。这样的三维模型库包含很多不同的模型，比如夹具模型、产线模型等。经由三维模型及模型库的创建，能够将其导入到 DELMIA 仿真软件当中，同时创造出相应的虚拟装配环境7。4.3 规划装配工艺在实际规划的过程中，要秉持科学的理念。可以说，这样的规划是船舶结构分段虚拟装配必不可少的环节，目标明确，就是对船舶结构分段装配过程进行合理的界定。规划装配工艺的内容主要涉及装配序列制定、装配单元区分、焊接形式明确、装配动作创建等不同的方面。4.4 人机工程分析现阶段，我国大部分船舶生产制造企业对于船舶结构分段装配，依然采取手工装配的方式。所以应当做好人机工程分析工作，相关人员需要结合具体装配环节的舒适性、可达性以及可视性等进行。4.5 装配工艺分析在船舶结构分段装配实施模拟时，应当经由分析过程及时挖据出装配环节出现的不同问题，第一时间对发现的问题进行调整和改善，以确保后续装配计划的可操作性。当前，使用比较多的分析方式主要包含自由度分析、干涉检测以及约束分析等。经由 DELMIA 仿真软件当中对船舶结构分段装配整个环节加以分析，能够在具体装配作业以前发现装配计划内容里面存在的不足，进而避免由于设计不到位等其他因素所造成的返工问题，从而真正降低返工率，在很大程度上提升装配的质量以及效率8。5 结语船舶生产制造包含较多的工艺和流程，需要焊接完成很多不同的构件，不仅施工量比较大，涉及到的工种比较多，安装的程序也比较繁复。作为一个必不可缺的环节，船舶构件装配是一条极为重要的纽带，其有效连接起船舶的设计与生产环节，切实保障船舶产品的建造质量。针对现代虚拟装配工艺应用展开相关的研究，可以进一步提升虚拟装配技术的发展空间，高效解决船舶设计生产过程中出现的各类装配问题，推动船舶工业的可持续发展。虚拟装配工艺在船舶结构分段装配中的应用，可以为船舶建造节省出更多的时间，为设计建造人员创设更加优质的工作环境，为船舶企业节省更多的开发和设计成本，更好地保证船舶设计和建造的质量。因此，未来针对虚拟装配工艺的研究应当不断加大力度、拓宽范围，不断完善船舶结构分段虚拟装配技术体系，全面推动我国造船产业的发展。参考文献：1刘颖.船体分段构件的虚拟装配工艺规划技术研究D.镇江:江苏科技大学,2013.2刘阳.分段虚拟装配技术研究D.上海:上海交通大学,2013.3崔爽,胡以怀.基于SolidWorks的船舶风帆虚拟装配模拟J.电脑开发与应用.2021(12).33-34.4 蒋艳会,甄希金,韦乃琨,等.船舶虚拟装配系统研究及应用 C/第十二届全国内河船舶与航运学术会议,2012.5 陈宏伟.面向在线作业指导的船体建造三维工艺设计技术研究 D.大连:大连理工大学,2020.6 郑志军.船体分段装配过程的现场可视化应用研究 D.哈尔滨:哈尔滨工程大学,2020.7 王龙侃,许维军,张之凡,等.基于遗传算法的船体分段装配优化 J.中国舰船研究,2020(6):50-53+62.8 李军.基于虚拟仿真技术的船体分段制造计划管理研究 D.镇江:江苏科技大