船舶结构分段虚拟装配工艺的应用研究

船舶结构分段虚拟装配工艺的应用研究

赵宝建

江南造船（集团）有限责任公司 上海市  201913 

摘要：对于船舶结构而言，分段装配起着不可替代的重要作用。在船舶结构开始分段装配以前，进行虚拟装配能够大幅减少船舶结构组装时间，及时发现船舶结构存在的不合理部分，将返工率控制在最低水平，以保障船舶的整体质量。基于此，本文就船舶结构分段虚拟装配工艺的应用进行深入研究。

关键词：船舶结构；分段虚拟；装配工艺；应用

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.虚拟装配系统的主要功能

在现代船舶生产建造的过程中，虚拟装配系统扮演了至关重要的角色。虚拟装配系统所具备的功能是传统装配系统无法比拟的。现就其主要功能阐述如下：

1.1使方案更加灵活

过去传统的装配，工艺书的灵活度很差，一旦装配工作产生一些意外情况，工艺书中没有对其说明，就会影响船舶建造的周期和质量。应用虚拟装配系统之后，即使产生一些意外的情况，相关人员月可以从新进行方案的修改完善，最终使这些情况得以消除，促进船舶制造的效率及质量。

1.2有效节省时间成本

传统的装配耗时日久，计算很复杂，且需要查看很多的资料内容，最终的规划也不尽完善。而在应用虚拟装配系统之后，会使船舶工作人员的工作量大大减少，更多人力资源可以得到解放，相关的时间成本也会降低不少。

1.3可验证产品的装配性

在验证产品可装配性的时候，虚拟装配技术是较为常用的，它在其中发挥出来的功能是不可替代的。通过运用虚拟装配技术，能够对装配的整个过程加以模拟仿真，从而协助工作者及时发现不足，弥补缺陷，合理解决各种问题，使后续装配工作的效率和质量变更高。

1.4可验证最优装配规划

虚拟装配技术的产生和应用，依附于时代和产业而生，造船业的发展亦离不开这样的技术。规划装配序列对虚拟装配是很重要的，一定要使其达到最优化。最优化目标的实现不是一次即能完成的，需要多次反复检验论证。虚拟装配系统的应用是一项非常重要的举措。

2.船舶结构分段虚拟装配流程

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

2.5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。

3.船舶结构分段虚拟装配工艺的应用

3.1船舶结构分段装配对象成组设计

船舶产品自身就有着大量的结构部件，同时伴随船东对于船舶产品诉求的日益多元化；在各式各样因素的影响下，船舶结构部件正在向着批量更少、类型更多的方向不断发展。对于以往只依赖于制造者或者设计工作者自身的经验开展结构部件的区分，无法实现成组制造改善目标的情况，对智能成组技术进行深层次剖析，引进相应的优化算法，全面结合船舶结构部件众多因素的类似性，制定对应的流程，整合计算机技术运用于成组技术也就是智能成组技术，对船舶结构部件组立进行“成本低、速度快”的区分，防止由于设计工作者的主观意识而造成的误差，依赖于数学优化算法，最后实现船舶结构部件“成组大批量”的目标。

3.2基于智能装配工艺的精度控制设计

装配工艺具有“多约束、多目标”的特点，在各类约束条件下明确所优化对象的优先级，对于装配效率及质量的加强具有异常重要的价值。经由选择使用各种类型的船舶结构分段装配计划，以系统数据库为前提，在3D模型当中针对船舶结构分段装配工作的精准程度进行仿真、模拟，对于仿真环节各类误差因素对船舶结构质量造成的影响进行全方位的分析，明确装配计划和误差传输信息间的映射关联，以便于可以在人机交互式条件下对装配工艺加以改善、调整。对船舶结构分段装配工艺的精准度进行智能控制，主要是以装配过程精准度模拟结果为前提和基础，基于对装配误差源敏感度以及影响因子的详细计算，经过调整优化船舶装配方案，将船舶整体制造工艺能力指数调整到合理的区间范围，以达到精度调控目的。使得船舶结构部件装配环节发生误差的主要影响因素为尺寸公差的设计，比如：余量加放、补偿量、定位形式、装配次序、工装影响以及构件的基准定义等。基于智能装配工艺的精度控制设计，应当处理好下面的问题：在对船舶结构分段装配工艺进行规划时，在限定装配方案以及相应的精准度设置环境下，对船舶结构装配的精准度加以模拟；与此同时，还需要对模拟结果超出误差范围的工艺实施调整。

4.结束语

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。

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