近些年來(lái),數(shù)字化建模和仿真優(yōu)化技術(shù)取得了飛速的發(fā)展,在船舶產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段,運(yùn)用虛擬仿真技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)工藝和物流的仿真。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題的預(yù)測(cè),合理的配置和優(yōu)化資源,從而找出船舶建造過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題,制定切實(shí)可行的計(jì)劃,以更好的指導(dǎo)生產(chǎn),從而提高船舶建造的生產(chǎn)效率。
一、國(guó)內(nèi)國(guó)外研究現(xiàn)狀
隨著造船技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字化造船取得了發(fā)展。早在2002年,韓國(guó)的三星重工正式啟動(dòng)了數(shù)字化造船系統(tǒng)的發(fā)展計(jì)劃,并在兩年之后建成了數(shù)字化造船系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠模擬從開(kāi)工到水下的整個(gè)造船過(guò)程,這樣一來(lái),在造船正式開(kāi)工之前,就對(duì)整個(gè)造船的人力負(fù)荷、建造方法、物流、自動(dòng)化的應(yīng)用進(jìn)行了模擬和優(yōu)化,不僅優(yōu)化了整個(gè)造船流程,還大大的提高了造船的生產(chǎn)效率。而在美國(guó),通用動(dòng)力公司在發(fā)展新一代核潛艇的時(shí)候,采用數(shù)字企業(yè)精益制造交互式應(yīng)用,對(duì)潛艇制造的舾裝、合攏、搭載等過(guò)程進(jìn)行仿真,為船舶設(shè)計(jì)、建造專(zhuān)家在設(shè)計(jì)階段提供了工藝評(píng)價(jià)與優(yōu)化的環(huán)境。該技術(shù)的使用縮短了船舶建造的周期,降低了建造成本,收到了良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。近年來(lái),國(guó)內(nèi)也開(kāi)始研究船舶虛擬仿真技術(shù),系統(tǒng)開(kāi)發(fā)也取得了較快的發(fā)展,但在實(shí)際運(yùn)用并不多見(jiàn),尚處于初步階段。從目前的研究成果來(lái)看,虛擬仿真技術(shù)在船舶建造中的運(yùn)用比較有限,主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維可視化階段,對(duì)于船舶建造過(guò)程的物流仿真的研究和運(yùn)用比較少,因此,有必要對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步的研究,為實(shí)際工作發(fā)揮指導(dǎo)作用。
二、DELMIA簡(jiǎn)介
DELMIA是法國(guó)達(dá)索公司制造出來(lái)的產(chǎn)品,它包括三個(gè)部分,DELMIA E5(DPE)、DELMIA V5(DPM)、DELMIAD5(QUEST)。這三個(gè)部分是相對(duì)獨(dú)立的,它們可以通過(guò)PPR Hub連接到一起。最常規(guī)的操作是通過(guò)E5來(lái)制定制造工藝和資源規(guī)劃,仿真是通過(guò)V5和D5進(jìn)行的,而數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)PPR Huh來(lái)完成的。DPE經(jīng)過(guò)工藝設(shè)計(jì),將EBOM轉(zhuǎn)化為MBOM,并對(duì)MBOM進(jìn)行管理。它是通過(guò)項(xiàng)目形式管理數(shù)據(jù),在項(xiàng)目中存儲(chǔ)和產(chǎn)品相關(guān)的所有信息。DELMIA/QUEST是一種建模仿真軟件,并且是面向?qū)ο蟮、圖形化的、集成的,它將生產(chǎn)線看作是由一系列對(duì)象組成,包括物理對(duì)象、信息對(duì)象和控制對(duì)象。這些商用軟件有著重要的作用,可以解決工廠、車(chē)間和生產(chǎn)線以及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化過(guò)程,從而降低了設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造之間的不確定性。在數(shù)字空間中,將生產(chǎn)和制造的過(guò)程壓縮和提前,這樣一來(lái),生產(chǎn)和制造過(guò)程在數(shù)字空間中得以檢驗(yàn),有利于優(yōu)化資源配置,有效組織生產(chǎn),提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性,縮短設(shè)計(jì)到轉(zhuǎn)化的時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。
三、船舶建造物流仿真系統(tǒng)工作流程
在船舶建造的實(shí)際工作中,造船生產(chǎn)效率的提高在很大程度上取決于造船的計(jì)劃和管理。計(jì)劃主要憑借經(jīng)驗(yàn),南有經(jīng)驗(yàn)的工程師來(lái)確定,但是隨著造船規(guī)模的越來(lái)越大,分段數(shù)量也大幅度的增長(zhǎng),憑借經(jīng)驗(yàn)難以對(duì)作業(yè)單元的生產(chǎn)能力進(jìn)行估算,也難以在最大限度上挖掘生產(chǎn)能力。此外,作業(yè)細(xì)節(jié)大多數(shù)是由現(xiàn)場(chǎng)決定和協(xié)調(diào)的,這樣往往會(huì)導(dǎo)致作業(yè)在時(shí)間、空間和制造資源上的沖突。有鑒于此,開(kāi)發(fā)出了基于DELMIA的船舶建造流程。在該流程中,主流程通過(guò)二次開(kāi)發(fā)一些接口程序,將主計(jì)劃、三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)、船廠的資源數(shù)據(jù)導(dǎo)入DPE中,DPE再建立工藝,產(chǎn)品和資源之間的聯(lián)系,通過(guò)啟動(dòng)QUEST,并且在QUEST界面中,對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。DPE是數(shù)字化工藝規(guī)劃平臺(tái),在新建項(xiàng)目之前,有必要先對(duì)項(xiàng)目設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的處理,因?yàn)樗苯記Q定項(xiàng)目的樹(shù)狀工藝結(jié)構(gòu),并且,一個(gè)項(xiàng)目只能對(duì)應(yīng)一個(gè)項(xiàng)目設(shè)置。
四、應(yīng)用實(shí)例
為了更好的說(shuō)明該船舶建造流程的仿真情況,下面將通過(guò)具體的實(shí)例,讓人們對(duì)此有更加形象直觀的了解。按照現(xiàn)在船廠的生產(chǎn)模式,設(shè)計(jì)出U形布置的虛擬船廠,并選取某船廠的生產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)品數(shù)據(jù)作為實(shí)例進(jìn)行演示。選擇CATIA數(shù)據(jù)作為Products數(shù)據(jù)的輸入,造船生產(chǎn)的主計(jì)劃MS Project格式。其操作流程如下:首先在DPE軟件中,定制PTS模板,然后按照具體的操作流程進(jìn)行如下操作。(1)從CATIA中讀入產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)到DPE的Product節(jié)點(diǎn)下。讀取產(chǎn)品名稱(chēng)、層次輪廓數(shù)據(jù)、位置坐標(biāo),并寫(xiě)入到iges文件中。在DPE中建立對(duì)應(yīng)Product節(jié)點(diǎn),并寫(xiě)入屬性。(2)MS Project文件(主計(jì)劃)讀入到DPE的Process節(jié)點(diǎn)下。讀取主計(jì)劃中的信息,比如名稱(chēng)、優(yōu)先級(jí)、開(kāi)工日期、完工日期、持續(xù)周期等等,并根據(jù)mmp計(jì)劃中任務(wù)結(jié)構(gòu)和屬性,創(chuàng)建Process節(jié)點(diǎn)并寫(xiě)入屬性。(3)資源數(shù)據(jù)讀入到DPE的Resource節(jié)點(diǎn)下。在Resource節(jié)點(diǎn)下執(zhí)行“Read Resource”程序,讀入場(chǎng)地信息:長(zhǎng)、寬、起重能力。(4)DPE中建立Product和Process的鏈接。程序讀取process的任務(wù)名稱(chēng),收索produCt樹(shù)結(jié)構(gòu),查找對(duì)應(yīng)產(chǎn)品節(jié)點(diǎn),并建立鏈接。(5)將DPE中Process分配到對(duì)應(yīng)的Resource中。(6)從DPE中啟動(dòng)QUEST。Quest自動(dòng)讀取場(chǎng)地模型,讀取之前輸出的任務(wù)及產(chǎn)品信息的Excel到Quest Lihrary。在QUEST軟件中,主要是實(shí)現(xiàn)特定的開(kāi)發(fā)功能,首先是根據(jù)讀入的產(chǎn)品信息,創(chuàng)建PartClass。然后根據(jù)讀取任務(wù)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)分段堆放的邏輯,并對(duì)分段和場(chǎng)地所剩余的可用面積的大小進(jìn)行比較。如果沒(méi)有可用的區(qū)域,便將分段放置在保留區(qū)域中,并對(duì)分段時(shí)間和分段信息進(jìn)行記錄。分段轉(zhuǎn)移功能,選擇工作區(qū)域中,或者保留區(qū)中的分段。讀取分段開(kāi)工列表功能,在Quest環(huán)境中點(diǎn)擊Run后選擇模擬執(zhí)行日期。最后啟動(dòng)分析器,分析工具讀取模擬過(guò)程數(shù)據(jù)分析場(chǎng)地占用率,分段完成百分比等數(shù)據(jù)。在整個(gè)造船行業(yè)中,設(shè)計(jì)軟件有多種多樣,比如TRIBON、CATIA、SPD、CADDS5等軟件,造船主計(jì)劃也有不同的版本,但是只要完成了相應(yīng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入,就可以直接運(yùn)用該方案。
五、結(jié)語(yǔ)
文章主要介紹了基于DELMIA的數(shù)字化造船解決方案,并提出了相應(yīng)的工藝規(guī)劃和三維物流仿真方法。實(shí)踐表明,該方法能夠改進(jìn)船舶建造的生產(chǎn)計(jì)劃,對(duì)船廠資源進(jìn)行合理的分配,有利于提高船舶建造的生產(chǎn)效率,在實(shí)踐中值得進(jìn)一步推廣和運(yùn)用。
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本文標(biāo)題:基于DELMIA的船舶建造流程仿真研究
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