基于AM的船舶預(yù)制單元可視化仿真制造

馮兆緣，翁戍生，李明鵬，孟秀文，姜云瑞，周慶林

（1. 大連船舶重工集團(tuán)有限公司，遼寧大連 116000；2. 大連船舶重工集團(tuán)舾裝有限公司，遼寧大連 116003）

0 引言

船舶預(yù)制單元源于造船技術(shù)的“中間產(chǎn)品”的理念，是船上各種設(shè)備、管路、舾裝件及其相關(guān)附件的集成。按照不同的功能特性和安裝工藝要求，將船舶預(yù)制單元設(shè)計(jì)成具有相對獨(dú)立性，脫離船體結(jié)構(gòu)，可加工、組裝為一體的“中間產(chǎn)品”，再進(jìn)行分段、總裝和船內(nèi)安裝[1-3]。

本文基于船舶設(shè)計(jì)軟件AM，對船舶預(yù)制單元模型和數(shù)據(jù)的可視化需求進(jìn)行研究，開發(fā)三維可視化仿真制造應(yīng)用方案，搭建與船舶設(shè)計(jì)院之間的信息化數(shù)據(jù)傳遞的雙向通道。

1 船舶預(yù)制單元制造流程分析

1.1 船舶預(yù)制單元的劃分

船舶單元通常可劃分為區(qū)域型單元和功能型單元。

1）區(qū)域型單元

區(qū)域型單元是指大型化、完整性強(qiáng)的整體單元模塊。該單元是一種生產(chǎn)效率高、見效快、效益好的預(yù)舾裝形式，如機(jī)艙底部單元、發(fā)電機(jī)平臺單元等[4-5]。

2）功能型單元

功能型單元是指以一定獨(dú)立性較強(qiáng)的設(shè)備為主體，將管路、附件、電器、鐵舾件等組成一體，具備獨(dú)立功能，可獨(dú)立交驗(yàn)的單元模塊。功能型單元是區(qū)域型單元的細(xì)化延伸，該單元技術(shù)性能強(qiáng)、操作方便、質(zhì)量可靠，如凈油機(jī)單元[4-6]。

1.2 船舶預(yù)制單元的制造流程

船舶預(yù)制單元的制造流程見圖1。

圖1 船舶預(yù)制單元的制造流程

1）生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備

對施工人員進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)，同時準(zhǔn)備好施工前所用的設(shè)備、計(jì)量器具和工具。選擇合適的施工場地，自制件、外訂零件和設(shè)備需要采取必要的防護(hù)措施。

2）自制件制作

船舶預(yù)制單元的自制件包括地板架、管子、管支架、基座、油水柜、直梯、欄桿和扶手等。其中，地板架和管子制作是單元制作的重點(diǎn)[3-4]。地板架制作一般穿插在其他舾裝件制作及安裝過程中。機(jī)艙底部單元的地板架制作流程圖和管子制作流程圖分別見圖2和圖3。

圖2 機(jī)艙底部單元的地板架制作流程圖

圖3 管子 制作流程圖

3）組裝

機(jī)艙底部單元的組裝流程圖見圖 4，其他單元的組裝流程可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行增減。為提高單元的安裝精度，多個關(guān)聯(lián)單元可提前進(jìn)行整體組裝，配送轉(zhuǎn)運(yùn)時再拆分。

圖4 機(jī)艙底部單元的組裝流程圖

4）檢查驗(yàn)收

安裝完畢后，施工單位檢查船舶預(yù)制單元的準(zhǔn)確性及完整性，經(jīng)檢查確認(rèn)合格后，移交給接收部門進(jìn)行交接檢驗(yàn)，并填寫交接單。

5）工裝加固

檢查船舶預(yù)制單元、易脫落件、易損件（儀表、量具等）、管子接口的防護(hù)情況。此外，為保證單元結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，方便吊運(yùn)運(yùn)輸，用工裝材料對預(yù)制單元進(jìn)行加固。在盡量不影響后續(xù)施工的情況下，根據(jù)實(shí)際情況采用活動式或固定式加固方式。

6）完工轉(zhuǎn)運(yùn)

在船舶預(yù)制單元吊運(yùn)前應(yīng)提前測量好單元整體尺寸，根據(jù)單元的尺寸和重量合理安排運(yùn)輸車輛。單元吊運(yùn)首先應(yīng)確立吊點(diǎn)，在確認(rèn)完全可靠的情況下再進(jìn)行吊運(yùn)。在單元吊運(yùn)過程中，應(yīng)對框架、管子表面采取保護(hù)措施，要輕拿輕放，不能相互碰撞，安排車輛運(yùn)輸，并做好相關(guān)安全防護(hù)警示。

1.3 三維可視化仿真技術(shù)需求分析

在自制件的制作流程中, 施工人員需對零部件進(jìn)行分類、加工和生產(chǎn)，經(jīng)常會出現(xiàn)管件彎曲方向和角度誤差，多種零部件涂裝不一致等問題。在組裝流程中，也時常出現(xiàn)安裝平面不一致、安裝方向錯誤等組裝失誤。在檢查驗(yàn)收和工裝加固的流程中，時常會出現(xiàn)部分小型易脫落件和易損件不在可視表面的情況，檢察人員易忽略檢查驗(yàn)收流程，進(jìn)而導(dǎo)致該零部件在后續(xù)施工過程中脫落和故障[3,7]。

2 基于AM的船舶預(yù)制單元三維可視化仿真制造應(yīng)用方案開發(fā)

2.1 船舶預(yù)制單元的三維模型可視化

基于船舶設(shè)計(jì)軟件AM，協(xié)調(diào)完善船舶預(yù)制單元生產(chǎn)車間的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建設(shè)，部署終端硬件，搭建生產(chǎn)現(xiàn)場可視化平臺的運(yùn)行環(huán)境?；诖霸O(shè)計(jì)院建立的船舶預(yù)制單元三維模型、圖檔文件等數(shù)據(jù)，開發(fā)船舶預(yù)制單元三維可視化仿真制造數(shù)據(jù)管理程序，實(shí)現(xiàn)與船舶設(shè)計(jì)院協(xié)作搭建信息化數(shù)據(jù)傳遞的雙向通道，確立設(shè)計(jì)、施工等各類現(xiàn)場問題的信息化反饋路徑。終端硬件上船舶凈油機(jī)單元的三維模型見圖5。

圖5 船舶凈油機(jī)單元三維模型

2.2 數(shù)據(jù)管理程序的功能實(shí)現(xiàn)

在船舶預(yù)制單元生產(chǎn)車間可實(shí)現(xiàn)以下的功能：

1）零件制作圖和三維模型的同步瀏覽。要保證零件的詳細(xì)信息和三維模型可同步傳遞至車間，滿足車間施工人員的同步瀏覽需求，進(jìn)而保證生產(chǎn)加工的準(zhǔn)確性。管子制作圖和三維模型的同步瀏覽界面見圖6。

圖6 管子制作圖和三維模型的同步瀏覽界面

2）三維模型的剖切展示。通過對船舶預(yù)制單元三維模型的剖切，滿足車間施工人員在組裝過程中的瀏覽需求，以保證零部件在船舶預(yù)制單元安裝過程中相對位置的準(zhǔn)確性。船舶凈油機(jī)單元的剖切瀏覽界面見圖7。

圖7 船舶凈油機(jī)單元的刨切瀏覽界面

3）零部件裝配位置和裝配順序的展示瀏覽。滿足車間施工人員在組裝過程中的瀏覽需求，以保證裝配方向和裝配順序的準(zhǔn)確性。

5）零部件分類別展示。檢查驗(yàn)收人員可分類別進(jìn)行檢查驗(yàn)收，避免遺漏。零部件分類別展示的瀏覽界面見圖8。

圖8 零部件分類別展示的瀏覽界面

除上述功能外，該管理程序還具有模型距離測量、對零部件的裝配情況與制造工藝進(jìn)行檢索和瀏覽、展示單元模塊在整船的位置、向相關(guān)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行問題反饋等諸多功能。

3 結(jié)論

本文詳細(xì)梳理了船舶預(yù)制單元的制造流程，分析了制造流程中存在的生產(chǎn)問題，利用船舶設(shè)計(jì)軟件AM開發(fā)了船舶預(yù)制單元三維可視化仿真制造應(yīng)用方案。通過在部署終端硬件，搭建生產(chǎn)現(xiàn)場可視化平臺的運(yùn)行環(huán)境，開發(fā)了船舶預(yù)制單元三維可視化仿真制造數(shù)據(jù)管理程序，實(shí)現(xiàn)了與船舶設(shè)計(jì)院協(xié)作搭建信息化數(shù)據(jù)傳遞的雙向通道。研究表明：該程序可滿足施工現(xiàn)場的生產(chǎn)施工人員查看模型、瀏覽圖紙等諸多需求，并能幫助解決制造流程中存在的生產(chǎn)問題。