船舶虚拟建造系统.pdf

铸剑——2007 国防科技工业虚拟制造技术高层论坛论文集 船舶虚拟建造系统 陆 畅 李 勇 （中船重工第714 所 数字化造船技术研究中心 北京 100085 ） 摘 要 制造仿真是基于计算机和信息技术的先进制造技术，是数字化制造的具体体现。船舶虚拟建造系统以船舶的数字模 型为核心，在计算机上模拟和评估船舶的建造过程。本文根据我国船舶建造工业的特点，探讨了船舶虚拟建造系统的功能及 相应的关键技术。 关键词 船舶，虚拟制造，仿真 1 虚拟制造的概念及应用 虚拟制造是实际制造过程在计算机上的映射，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机和高速网络的支持下， 在计算机上群组协同工作，实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等 产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。 虚拟制造技术在世界各国制造领域得到了广泛应用，比较有影响的有波音 777 的设计和制造。在船舶建造方面，美国新 一代两栖船坞运输舰 LPD17 ，以及正在研制中的驱逐舰 DDG1000 和航母 CVN78 都采用了虚拟制造技术。国内造船工业也 积极从事船舶先进制造技术的研究，上海交通大学成立了船舶制造仿真研究室，专门从事船舶制造仿真技术的研究，并取得 了一定的成果。中船重工武昌造船厂多年前引进了大型船舶设计制造集成软件 CADDS5，目前已基本实现了船舶的三维生 产设计，该厂在船舶建造工艺仿真与验证方面进行了大量的研究并取得了一定的成果。但从目前国内相关文献资料来看，目 前很多单位在理论上研究较多，尚未开发出相应的船舶建造全过程的仿真系统。 2 船舶建造的特点 船舶工业是一项劳动密集型、技术密集型和资金密集型的产业。船舶产品是一个巨大的复杂系统，而且大多是少量或单 件生产的产品，每艘船都由数以千计甚至上万件的零部件和中间产品，通过离散的但相互联系的各种过程建造而成。 船舶生产周期较长，一般是几个月甚至几年。船舶建造所需的各种零部件通常由许多船舶配套生产商提供，因此船舶的 建造与许多企业都有着密切的联系，任何环节的脱节都有可能导致船舶建造进程的延期。 3 船舶虚拟建造的意义 制造仿真强调在实际投入原材料于产品实现过程之前，完成产品设计与制造过程的相关分析，以确保制造过程实施的可 行性。制造仿真的主要目的是提高产品设计、过程设计、工艺规划、生产规划、以及车间控制中的决策与控制水平。进行船 舶建造过程的仿真和分析，在船舶设计阶段就模拟出船舶建造的整个过程，能够及早发现设计中出现的问题，减少建造过程 中设计方案的更改，减少建造过程中的延期，合理的规划建造过程，优化资源配置，提高设备和劳动力的使用率；从而降低 生产成本，提高产品质量。另外，在新技术、新设备采用之前，利用船舶虚拟建造系统模拟出采用这些新技术、新设备后的 船舶建造过程，并对建造过程进行评估，以确定是否采用或如何合理应用这些新技术和新设备。 4 船舶虚拟建造系统的功能 船舶虚拟建造系统是实现对船舶建造过程中的人、组织管理、物流、信息流、能量流进行全面的仿真，支持车间和生产 线的布置与运行控制、产品实现过程仿真等。船舶虚拟建造系统的功能主要包括建造工艺规划、建造过程演示和建造过程评 估等。 4.1 建造工艺规划 建造工艺规划是进行虚拟建造仿真的首要工作，在具体工艺环节仿真验证的基础上，通过对船舶建造过程的深入分析， 建立整体建造过程的流程模型，确定建造过程中每个环节的时间节点及所需的资源和设备。 建造工艺规划主要包括： 1）船厂车间的布局，生产设备的布置，人力资源的分配； 2 ）建造流程的规划； 3 ）物流控制仿真； 264 铸剑——2007 国防科技工业虚拟制造技术高层论坛论文集 4 ）生产过程和生产调度仿真； 5 ）建造工艺的仿真。 4.2 建造过程的虚拟演示 根据建造工艺规划，将船舶的整个生产建造过程采用虚拟仿真技术表现出来，使用户可以直观的观看到整个船舶建造的 过程。这包括零部件的加工、船体结构的焊接、舾装、涂装等过程，及在这些过程中工人的工作过程、机器设备的工作