淺析船舶建造流程的虛擬仿真

張建國(guó)

摘 要：現(xiàn)在我國(guó)的造船工業(yè)在世界造船工業(yè)上占有了很重要的地位，為了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求，我國(guó)的造船企業(yè)正在想著均衡化、快速化的總裝造船模式轉(zhuǎn)型。就目前我國(guó)造船企業(yè)的生產(chǎn)情況來(lái)看，多訂單的生產(chǎn)方式明顯不符合企業(yè)的發(fā)展實(shí)際。船舶建造流程虛擬仿真的運(yùn)用，在保證企業(yè)造船成本控制的基礎(chǔ)上，提高了造船工程中各項(xiàng)技術(shù)的效率問(wèn)題。本文將從船舶建造流程的虛擬仿真相關(guān)技術(shù)語(yǔ)言入手，結(jié)合我國(guó)造船企業(yè)的實(shí)際情況，分析現(xiàn)代造船模式對(duì)我國(guó)造船企業(yè)的要求。

關(guān)鍵詞：船舶；虛擬仿真技術(shù)；建造評(píng)估；應(yīng)用

船舶建造流程中使用虛擬仿真技術(shù)，能夠很好的解決船舶設(shè)計(jì)和制造階段工作中的速度、質(zhì)量和成本問(wèn)題。因?yàn)榇敖ㄔ炝鞒痰奶摂M仿真技術(shù)能夠幫助船舶的設(shè)計(jì)和制造人員減少制造過(guò)程中的成本花費(fèi)，以及在設(shè)計(jì)工程中因?yàn)樵O(shè)計(jì)問(wèn)題出現(xiàn)的建造工程修改帶來(lái)的額外開(kāi)銷(xiāo)。船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是多個(gè)單位協(xié)同工作的結(jié)果，如何確保各個(gè)協(xié)調(diào)單位工作的高效化，是目前船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)工藝流程中需要關(guān)注的問(wèn)題。

虛擬仿真技術(shù)的營(yíng)運(yùn)能夠幫助船舶聲場(chǎng)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)循環(huán)的早期階段就發(fā)現(xiàn)建造流程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，也就能夠有效的降低整個(gè)設(shè)計(jì)的變更成本。有了虛擬仿真技術(shù)的保障，船舶建造的相繼攻擊的開(kāi)展就能在三維情況下順利進(jìn)行并且獲得驗(yàn)證，對(duì)著門(mén)技術(shù)的研究可以為三維工作船間專(zhuān)門(mén)的指令，讓設(shè)計(jì)工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)不再是獨(dú)立的，而是能夠與生產(chǎn)過(guò)程緊密聯(lián)系，形成一體。

船舶建造流程的虛擬仿真技術(shù)是在計(jì)算機(jī)中建立虛擬的實(shí)體模型，對(duì)二維船舶制造進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中就包括了生產(chǎn)系統(tǒng)的創(chuàng)建，同時(shí)還含有生產(chǎn)工藝規(guī)劃和操作順序的驗(yàn)證。虛擬實(shí)體模擬技術(shù)還能夠?qū)Υ暗纳a(chǎn)工藝進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)模型進(jìn)行工藝的驗(yàn)證，甚至可以對(duì)整個(gè)虛擬建造的時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，其功能是非常豐富的。

1 船舶建造的虛擬仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的造船技術(shù)已經(jīng)不能應(yīng)付目前的市場(chǎng)要求。船舶建造的整個(gè)過(guò)程需要的時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)因?yàn)榇跋到y(tǒng)的細(xì)節(jié)中的很多元素都不是由單一企業(yè)參與，而是涉及多個(gè)供應(yīng)商生產(chǎn)的問(wèn)題，所以船舶建造從接到訂單、開(kāi)始設(shè)計(jì)、進(jìn)行制造，甚至是售后服務(wù)整個(gè)流程，都需用運(yùn)用科學(xué)的方法進(jìn)行規(guī)劃。對(duì)于整個(gè)船舶建造的過(guò)程，設(shè)計(jì)和建造的合理性，會(huì)很大程度對(duì)建造效率和建造質(zhì)量起作用。下圖1為虛擬仿真船舶模型舉例。

目前發(fā)達(dá)國(guó)家在造船業(yè)上都采用了信息化的技術(shù)，這樣的技術(shù)為國(guó)外造船業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇，這都是對(duì)數(shù)字化技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)深入了解和不斷研究的成果。

美國(guó)早在1992年就獲得融資并建立起一個(gè)能夠在對(duì)實(shí)體船舶進(jìn)行建造之前，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，在虛擬的環(huán)境中先對(duì)船舶進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行以及評(píng)估，也就是我們所說(shuō)的計(jì)算機(jī)上的船舶設(shè)計(jì)和船舶模型建造。這個(gè)方法已經(jīng)運(yùn)用到較為高級(jí)的潛艇設(shè)計(jì)當(dāng)中，從工程效率來(lái)看，是非常高效的。

與此同時(shí)，美國(guó)還在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)船舶的的虛擬仿真軟件，其主要的不敵是集合多學(xué)科技術(shù)，實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)成本減少一半的目標(biāo)。加上美國(guó)高等學(xué)府對(duì)船舶設(shè)計(jì)和制造在虛擬環(huán)境中的應(yīng)用研究的開(kāi)展，美國(guó)船舶工業(yè)的虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展目前處在一個(gè)國(guó)際領(lǐng)先地位。另外，船舶建造的虛擬仿真技術(shù)中部分分支的發(fā)展，也從船舶虛擬仿真設(shè)計(jì)、建造保障船舶實(shí)體組裝存在生產(chǎn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)計(jì)劃的錯(cuò)誤率降低。

不僅僅是美國(guó)，國(guó)外很多船舶工業(yè)大國(guó)的虛擬船廠模型研究已經(jīng)發(fā)展進(jìn)入使用階段。反觀我國(guó)的在船舶虛擬仿真技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)的發(fā)展，雖然不及國(guó)外發(fā)展那么迅速，但總體來(lái)看發(fā)展還是很可觀的。該項(xiàng)技術(shù)的研究技術(shù)成果還只是在實(shí)用階段的初期，現(xiàn)階段還主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維可視化的發(fā)展研究階段。為了強(qiáng)化船舶建造過(guò)程的虛擬仿真研究和應(yīng)用設(shè)計(jì)研究，我國(guó)已有高校自主考法虛擬仿真模型建造的平臺(tái)，并且將船舶管系實(shí)行交互是裝配，同時(shí)在裝配系列和路徑上做出規(guī)劃。

2 船舶建造的虛擬仿真裝配的應(yīng)用

目前我國(guó)通過(guò)建立自主式的研究平臺(tái)，對(duì)船舶建造的虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行研究，研究成果還是非常豐碩的。以上海交通導(dǎo)學(xué)的研究成果為例，此成果主要是虛擬裝配的規(guī)劃系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)品的零件和裝備被設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)中，利用CAD的操作系統(tǒng)對(duì)零件及裝配模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，再把設(shè)計(jì)的成果通過(guò)端口的方式接入到虛擬環(huán)境中，在短空中就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)零件以及裝配模型的分析、工藝規(guī)劃、裝配操作演練等工作。圖2為船舶虛擬制造系統(tǒng)與船舶實(shí)際制造系統(tǒng)舉例。

這個(gè)端口其實(shí)就是一個(gè)鏈接操作系統(tǒng)的橋梁。其使用性特別強(qiáng)，對(duì)多種工作環(huán)境下的設(shè)備都能鏈接。其支持的設(shè)備包括操作平臺(tái)的外圍設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈接設(shè)備、語(yǔ)音設(shè)備、外放設(shè)備等。這一端口的工作環(huán)境的兼容性也是非常強(qiáng)大的。

該端口造作系統(tǒng)旨在為用戶(hù)提供虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境逼真的工作平臺(tái)。在這樣的工作平臺(tái)下有一個(gè)系統(tǒng)導(dǎo)入另外一個(gè)系統(tǒng)的裝配模型和裝配環(huán)境模型，可以呈現(xiàn)出仿真度很高的虛擬裝配場(chǎng)景。系統(tǒng)操作之處，船舶建造的各個(gè)零部件被放在對(duì)應(yīng)的位置上，用戶(hù)根據(jù)這一信息進(jìn)行造作，這個(gè)過(guò)程主要涉及到裝備過(guò)程的多個(gè)環(huán)節(jié)。最后的輸出結(jié)果是應(yīng)用CAD系統(tǒng)對(duì)船舶虛擬仿真模型建造修改的依據(jù)。

圖2 船舶虛擬制造系統(tǒng)與船舶實(shí)際制造系統(tǒng)

3 船舶虛擬仿真的評(píng)估應(yīng)用實(shí)現(xiàn)現(xiàn)存的問(wèn)題

虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)應(yīng)用對(duì)于船舶建造工業(yè)來(lái)說(shuō)是非常重要的。但目前我國(guó)船舶建造企業(yè)在虛擬仿真技術(shù)上的標(biāo)準(zhǔn)化受到多方面因素的阻礙，要想解決虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用上的問(wèn)題，就必須對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行深入的研究。與此同時(shí)，船舶建造企業(yè)必須對(duì)虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行全面的應(yīng)用，相關(guān)的軟件開(kāi)發(fā)商要注重軟件的普及性，國(guó)內(nèi)的科研所、高效之間要加強(qiáng)合作，運(yùn)用各自的研究成果，共同為虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的船舶建造的虛擬仿真技術(shù)相比于國(guó)外船舶建造的發(fā)達(dá)國(guó)家存在著很大的差距，不論是虛擬仿真技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，還是在實(shí)用推廣上，要追上世界發(fā)展的腳步，我國(guó)在這方面要付出的努力還很多。就目前我國(guó)的船舶虛擬仿真評(píng)估應(yīng)用實(shí)現(xiàn)現(xiàn)存的問(wèn)題，我國(guó)還需要更多的高科技人才的建言獻(xiàn)策和不斷深入研究。

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