基于三维体验平台的双层底分段工艺成组技术

朴香美，朱明华，单小芬

(江南造船(集团)责任有限公司，上海 201913)

船体分段装配图作为直接面向生产的一份基础性图纸，包含了大量的信息，其设计质量将直接影响船舶建造速度与质量[1]。目前，分段装配工艺设计模式为，采用成组技术原理，以中间产品为导向，实施船体分道，即将分段结构装配划分为大组立、中组立、小组立过程。设计员在此过程，即划分大中小组立及确定组立装配工艺的过程中，需要翻阅大量的工艺文件，如建造方针、分段建造原则工艺、详细组立要领、生产场地产能信息等，同时还需要依赖于设计员的经验知识，而这些知识要么分散在各个工艺文件中，要么掌握在个别老师傅或专家手里，不利于知识共享和相似情况下的知识重用，导致工艺设计水平因人而异，设计自动化程度低，增加了设计周期及成本，不能满足现代工艺设计的需求。

这就迫切需求工艺设计模式上的创新，提高设计质量、改进设计模式、实现技术进步。鉴于各船型双层底分段结构相似性较高的特点，对双层底分段特有结构的组立装配知识和常见结构的组立装配共性知识等，根据成组技术进行分类及梳理，以CAA(component application architecture)方式进行3DEXP的二次开发，并将梳理的规则以知识工程语言(EKL)形式存储于平台工艺知识库，形成结构化的工艺成组规则，从而实现工艺成组技术规范化、自动化、知识化的目标。

1 双层底分段工艺成组规则

结合成组技术[2-4]，以提高分段建造效率和质量为原则，对已建船型进行总结，结合小组立智能制造生产线规划等生产资源能力，并参考相关工艺文件，梳理分段工艺步骤、各细分类型的小组立与中组立、是否有曲面板架、组立基面等信息，以及各细分类型的小组立、中组立名称、零部件编码、工序要求和并联工序等信息，从而确定双层底分段工艺设计。

1.1 双层底分段组立类别、命名规则及划分原则

1)装配阶段细分类型梳理，即将装配阶段细分为小组立、中组立、大组立、一次总组、二次总组、搭载。

2)中组立细分类型梳理，即将中组立细分为内底中组立、内底片体中组立、外板片体中组立。

3)中大组散件细分类型梳理，即将零件细分为需拼接的板、不拼接的板、纵骨、加强筋、补板、肘板。

4)小组立细分类型梳理，即将小组立细分为纵桁、肋板、肘板。

5)命名规则梳理，即梳理各阶段及零部件细分类型命名规则，搭载(003)、二次总组(002)、一次总组(001)、大组立(000)、内底中组立(IB1A)、内底片体中组立(IB1B)、外板片体中组立(BS1A)、纵桁(GR*)、肋板(FR*)、肘板(BK*)、需拼接的板(K*)、不拼接的板(A*)、纵骨(L*)、加强筋(S*)、补板(C*)、肘板(B*)。

6)各生产区域分段限制条件梳理，即生产一区分段长度不超过12 m，生产二区分段长度不超过21 m。

7)大组立建造方式梳理，即外板带线型时，以内底片体为基面，采用外板散装的形式，而外板平直时，以外板片体组立为基面，采用内底组立翻身到外板的形式[5]。

8)各生产区域小组立限制条件梳理，即生产一区组立宽度不超过4 m、高度不超过2 m、质量不超过18 t，生产二区组立宽度不超过6 m、高度不超过2 m、重量不超过30 t，且生产二区的小组立宽度小于1.5 m狭长型且直线度要求较高的部件，组立长度不超过12 m。

1.2 双层底分段工艺成组规则

1)分段组立工艺成组规则梳理，即梳理各细分类型的中组立及大组立的工序。安装纵向、横向构件时，按照从中纵到两侧、从船艉至船艏的基本顺序，再结合实际干涉情况进一步调整装配顺序[6-7]。

2)中组立建造基面梳理，即定义内底中组立以内底片体中组立为基面建造、内底片体中组立以内底拼板为基面建造、外板片体中组立以外板拼板为基面建造。

3)在组立阶段未规定小组、一次总组、二次总组及搭载阶段的装配顺序。

2 分段装配工艺工具开发

2.1 开发方案设计

根据结构特点、零部件主尺度、材质、板架及型材类型等属性，检索及判断组立工艺规则，获取各组立阶段的建造方法和建造策略，并结合分段工艺成组规则，总结以装配体为节点单元的建造顺序影响因素，最终提出船体结构工艺成组技术自动生成方法，工具功能设计流程见图1。

图1 工具功能设计流程

1)点击功能命令并选择结构树中相应节点，勾选同时或分别创建装配结构树及工艺成组规则。

2)程序判断分段长度是否超过12 m，“否”选取一区工艺规则，“是”选取二区工艺规则。

3)程序判断分段外板是否带线型，“是”大组以内底中组立为基面散装外板，“否”以外板片体中组立为基面建造。

4)二区工艺规则下，程序判断分段内底板是否为低温钢材料，“是”增加内底片体中组立，“否”内底片体散装。

5)二区规则下，程序判断组立宽度是否超过6 m、高度是否超过2 m、质量是否超过30 t，“否”作为小组立，“是”作为中组立。

6)二区规则下，小组立宽度小于1.5 m狭长型且直线度要求较高的部件，程序判断组立长度是否超过12 m，“是”截断为两个组立，“否”形成一个组立。

7)一区规则下，程序判断组立宽度是否超过4 m、高度是否超过2 m、质量是否超过18 t，“否”作为小组立，“是”作为中组立。

8)程序读取板架类型，根据装配结构规则，生成各层级组立结构。

9)程序根据补板、肘板等散件位置，将散件归入相应组立。

10)程序读取零部件位置，根据工艺成组规则，生成从中纵至两侧、从船尾至船首的装配顺序。

11)程序根据组立命名规则，添加属性信息，即在名称栏写入零部件或组立阶段名称。

12)装配结构及工艺成组结构节点扩展属性类别，即扩展组立类别、建造基面、零部件层级号、零部件工序号属性。

13)程序根据组立划分规则，添加属性信息，即在组立类别栏，写入中组立或小组立。

14)程序基于装配结构树，根据工艺成组规则，添加属性信息，即在建造基面属性栏，写入中大组立建造基面。

15)程序基于装配结构树，根据工艺成组规则，添加属性信息，即在零部件层级号属性栏，写入零部件在分段装配过程中所属层级。

16)程序基于装配结构树，根据工艺成组规则，添加属性信息，即在零部件工序号属性栏，写入零部件在所属层级中安装顺序。

17)程序基于零部件层级号及工序号，可视化工艺成组结构。

2.2 系统开发工具

通过CAA及EKL 2种方式对3DEXP进行二次开发[8]，使用EKL语言编写工艺成组规则，并基于Microsoft Visual Studio2015，使用CAA在三维体验平台(3DExperience Platform，3DEXP)界面添加工艺设计工具条及生成工艺成组技术功能按钮。点击功能按钮，调用CAA判断方向、测重、测距函数及EKL规则，快速生成双层底工艺成组规则。

3 工具功能测试

3.1 规则调用

为测试规则的通用性，以包含双层底主要结构及生成工艺规则所需输入条件的分段为对象进行工艺成组技术验证，图2为功能按钮及工具主界面，工具使用过程如下。

1)使用测试用分段创建PPR(product-process-resource)节点、装配结构节点及工艺成组规则顶层节点，并创建各节点间的关联。

2)点击功能键弹出工具界面，如图2，选择产品模型节点，并勾选同时或分别创建装配结构树及工艺成组规则，程序通过判断在“Knowledge Rules To Select”一栏中自动选取适用的工艺知识规则。

图2 工具按钮及工具主界面

3)单击OK，程序基于规则生成产品模型对应的装配结构及工艺成组结构，并创建两者间的关联，同时各节点均按规则自动命名，且各节点基于规则完成物料的自动分配。

3.2 测试结果

测试发现，程序执行时调用的工艺知识规则为本功能的关键要素，这些规则由管理员在平台中预定义，供程序调用。传统模式需要设计员翻阅大量资料并将几百甚至上千个零件按规则组织节点并生成顺序，而这个过程中软件响应速度也非常影响工作效率，因此完成一个分段往往需要1 d或更长时间。测试结果显示，装配结构及工艺成组结构生成结果基本符合前期梳理的规则，且相比传统模式，大幅减少设计工时、自动规避命名不规则等人为因素造成的错误、信息表达更直观清晰，且通过细化施工工序可加强设计深度，以下为测试结果。

1)通过简单操作调用规则后，39 s即可生成结果，见图3。

图3 装配结构树

2)小组立结构符合规则，生成纵桁、肋板、肘板节点。

3)中组立结构符合规则，生成内底中组立、内底片体、外板片体节点。

4)装配阶段符合规则，生成小/中/大组立、一次/二次总组、搭载节点。

5)中大组散件符合规则，需拼接的板、不拼接的板、纵骨、加强筋、补板、肘板归入相应组立。

6)零部件命名符合组立及零件命名规则。

7)装配结构及工艺成组结构节点扩展属性类别，生成组立类别、建造基面、零部件层级号、零部件工序号属性栏，并正确写入相关属性信息。

7)组立成组结构符合规则，且从简单文字描述的传统方式，改为按详细施工步骤分解模型显示的模式，见图4。

图4 工艺成组结构

4 结论

通过提出的基于3DEXP的双层底分段工艺成组技术，可快速实现工艺成组规则的实例化，从而达到工艺规范化、自动化、知识化的目的。

1)对552个零件进行分段测试，用时不到1 min，缩减设计工时。

2)通过将大量工艺知识进行梳理并形成规则，利于知识重用。

3)通过规则自动生成工艺信息，规避设计员操作不规范而会导致的问题。

虽然该技术于提高公司工艺设计能力效果明显，但该技术目前未涉及自动规划装配路径及干涉检查的功能，为提高该技术于现场作业指导的实用性，需要对该技术继续研究，使其功能更加完善。