張子凡

【摘 要】以智能化和數(shù)字化技術(shù)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一個(gè)船體裝配工藝輔助決策系統(tǒng)，通過系統(tǒng)開發(fā)將裝配序列的推理和評(píng)價(jià)技術(shù)等進(jìn)行合理封裝，來幫助設(shè)計(jì)人員更好地進(jìn)行裝配工藝制定。

【Abstract】Based on intelligent and digital technology， an auxiliary decision system of hull assembly process is designed. Through system development， the reasoning and evaluation techniques of assembly sequence are properly encapsulated in order to help designers to make better assembly process.

【關(guān)鍵詞】造船；模擬裝配；輔助決策；智能化

【Keywords】 shipbuilding； simulation assembly； auxiliary decision making； intelligentization

【中圖分類號(hào)】U662 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）02-0148-02

1 引言

為解決目前我國(guó)造船企業(yè)，工藝制定自動(dòng)化水準(zhǔn)低、難度大的問題，我們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)針對(duì)船舶裝配工藝的計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)，旨在通過系統(tǒng)開發(fā)將裝配序列的推理和評(píng)價(jià)技術(shù)等進(jìn)行合理封裝，幫助設(shè)計(jì)人員更好地進(jìn)行裝配工藝制定。

2 裝配工藝輔助決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

船體建造涉及的結(jié)構(gòu)件眾多，裝配工藝制定過程復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化程度不高，難以系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)相關(guān)知識(shí)的積累和繼承?；诖吮尘?，我們研究設(shè)計(jì)的船體裝配工藝輔助決策系統(tǒng)，可以利用推理模塊，實(shí)現(xiàn)高效快捷地給出船體分段裝配序列的建議，并為裝配工藝知識(shí)的收集、繼承和管理提供良好的解決方案。具體目標(biāo)包括：①實(shí)現(xiàn)造船企業(yè)裝配設(shè)計(jì)工藝的集成，便于企業(yè)對(duì)已有工藝和知識(shí)進(jìn)行高效的收集、保存和管理；②加強(qiáng)裝配工藝設(shè)計(jì)的規(guī)范性和準(zhǔn)確性，提高船舶建造效率；③通過系統(tǒng)應(yīng)用，降低建造過程返工率，縮短建造周期，降低船舶制造的生產(chǎn)成本。

2.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循如下原則：①操作簡(jiǎn)便。軟件使用方便快捷，界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔且便于操作。②系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)保障簡(jiǎn)易。該系統(tǒng)系自主研發(fā)，具有較好的技術(shù)支持能力，能夠及時(shí)地對(duì)軟件進(jìn)行更新升級(jí)。③具有良好的整體性。預(yù)留出專用接口，便于將該系統(tǒng)與其他軟件進(jìn)行整合。④較強(qiáng)的專業(yè)性。⑤具備數(shù)據(jù)收集功能。便于相關(guān)知識(shí)、資源和數(shù)據(jù)的積累、分析和進(jìn)一步優(yōu)化。

2.3 開發(fā)環(huán)境及運(yùn)行環(huán)境

開發(fā)平臺(tái)：MS Visual Studio 2012。該開發(fā)平臺(tái)具有操作簡(jiǎn)單，可視化程度高，界面友好等特點(diǎn)。

數(shù)據(jù)庫平臺(tái)：本系統(tǒng)開發(fā)采用SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫。SQL Server 2012是新一代大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS），功能強(qiáng)大，數(shù)據(jù)安全性高，可以提供高效可靠的數(shù)據(jù)管理方案。

軟件運(yùn)行環(huán)境：Windows7/windows10操作系統(tǒng)。

硬件運(yùn)行環(huán)境：Intel（R）Core？2i3-2410M及以上，內(nèi)存不小于1G。

3 裝配序列輔助決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)裝配序列輔助規(guī)劃決策系統(tǒng)的目標(biāo)和船體裝配工藝設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如下所示。

支撐層：提供外部程序的鏈接；資源層：實(shí)現(xiàn)裝配資源、知識(shí)推理、模型仿真等資源的存儲(chǔ)；功能層：主要包括裝備資源管理、裝配序列規(guī)劃、仿真、評(píng)價(jià)、輔助決策等五個(gè)模塊；用戶層：方便用戶從人機(jī)交互的界面進(jìn)入船舶分段裝配序列輔助決策系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)主要功能模塊

3.2.1 系統(tǒng)登錄

該模塊包括船體裝配工藝輔助決策系統(tǒng)的登錄和退出。

3.2.2 船體裝配工藝輔助決策系統(tǒng)

船體裝配工藝輔助決策系統(tǒng)，含裝配資源管理、裝配模擬、裝配序列規(guī)劃、裝配序列評(píng)價(jià)等四大模塊，其主要功能描述如下：①裝配資源管理。對(duì)常見制造物理資源和基本數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)。主要功能包括產(chǎn)品信息管理、裝配規(guī)則管理和部件連接信息管理。其中產(chǎn)品信息管理主要實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的屬性記錄和編輯功能，裝配規(guī)則管理和部件連接信息管理則提供對(duì)裝配工藝所需資源的增加和修改工作。②裝配模擬。該模塊主要包括裝配模型管理和裝配過程模擬兩個(gè)子模塊。裝配模型管理子模塊，主要管理造船所需的裝配結(jié)構(gòu)件模型；裝配過程模擬子模塊，則主要對(duì)裝配相關(guān)知識(shí)資料進(jìn)行管理，對(duì)裝配工藝進(jìn)行虛擬仿真，還可以作為直觀的裝配過程演示與分析途徑。③裝配序列規(guī)劃。該模塊主要用于裝配序列的工藝制定。在完成裝配對(duì)象的確定和初始條件設(shè)置的基礎(chǔ)上，將研究對(duì)象和裝配規(guī)則進(jìn)行匹配，通過內(nèi)部推理機(jī)制給出切實(shí)可行的裝配序列決策建議。這一模塊是該系統(tǒng)的核心，主要功能包括對(duì)象管理、工藝輔助決策和結(jié)果管理。④裝配序列評(píng)價(jià)。通過人機(jī)交互的方式確定評(píng)價(jià)指標(biāo)，并選定待評(píng)價(jià)的裝配序列，通過內(nèi)部運(yùn)算機(jī)制對(duì)裝配序列做出評(píng)價(jià)，以便于用戶根據(jù)實(shí)際需求做出相應(yīng)決策。

3.3 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3.1 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

表1截取了一部分?jǐn)?shù)據(jù)表，用以說明本系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)邏輯的設(shè)計(jì)。

3.3.2 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

表2描述了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的物理設(shè)計(jì)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用分析

以某雙底層分段裝焊工藝的制定過程為例，其結(jié)構(gòu)模型如下圖所示。

目前船廠的裝焊工藝主要采取人工編制的方法，工藝編制過程涉及船體模型建立、裝焊工藝編制及實(shí)驗(yàn)認(rèn)證，對(duì)于新產(chǎn)品和新工藝編制的合理性和可靠性的認(rèn)證審定周期較長(zhǎng)。與傳統(tǒng)的裝配序列的制定過程相比，船舶裝配工藝輔助決策系統(tǒng)，能夠在提高裝配工藝制定效率、提升裝配工藝的合理性和可行性方面取得良好效果。

在裝配工藝方面，該系統(tǒng)主要通過以下三個(gè)步驟提高裝配序列的制定效率。

①裝配序列的智能推理。目前船廠現(xiàn)有的裝配工藝主要依賴設(shè)計(jì)人員和施工人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化程度不足。船舶裝配工藝輔助決策系統(tǒng)，則通過將傳統(tǒng)的裝配知識(shí)進(jìn)行整理分析，結(jié)合智能細(xì)算系統(tǒng)，形成標(biāo)準(zhǔn)化的推理規(guī)則，并將其固化為裝配工藝的標(biāo)準(zhǔn)化流程，以對(duì)裝配工作進(jìn)行建議和指導(dǎo)。

②裝配序列的仿真。通過三維軟件對(duì)推理生成的裝配工藝進(jìn)行仿真模擬，驗(yàn)證其可行性和有效性，從而對(duì)其進(jìn)行初步篩選。

③裝配序列的評(píng)價(jià)。通過系統(tǒng)的裝配序列評(píng)價(jià)模塊，由資深的裝焊工藝人員制定評(píng)價(jià)指標(biāo)和相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)合模擬的結(jié)果對(duì)裝配序列進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析和優(yōu)劣排序，從給出的裝配序列建議中選出最切實(shí)可行的裝配序列。

經(jīng)過船體裝配工藝輔助決策系統(tǒng)的優(yōu)化，采用模塊化造船思想，以組立（縱艙壁+肋板）為單元，將部件數(shù)量由64個(gè)下降為43個(gè)，總工時(shí)由93個(gè)下降為76個(gè)，在很大程度上縮短了船體分段的建造工時(shí)。有利于降低全船的建造周期，在市場(chǎng)低迷的情況下最大限度地節(jié)約造船企業(yè)的生產(chǎn)成本，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

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