VS4616型三用工作船箱冷拆卸工艺仿真

杨 海，郭世君

(武昌船舶重工有限责任公司，湖北 武汉 430060)

VS4616型三用工作船箱冷拆卸工艺仿真

杨 海，郭世君

(武昌船舶重工有限责任公司，湖北 武汉 430060)

随着虚拟仿真技术的不断发展，在虚拟仿真研究平台建设及技术研究的基础上，成功地运用虚拟仿真技术研究成果解决实际船舶建造中的重难点问题，实现了对VS4616AHTS型海洋平台三用工作船箱形冷却器(简称箱冷)拆卸工艺的仿真及验证，基于三维模型对每个箱冷的拆卸路径和运动姿态进行规划，并对拆卸的全过程进行动态干涉检查，生成干涉检查报告反馈给生成设计人员，设计人员对三维综合布置进行优化，直至拆卸工艺顺利通过仿真验证，为该型船的建造和维护提供仿真及验证的技术支持。

箱形冷却器;拆卸工艺;仿真及验证

0 引言

VS4616AHTS型海洋平台三用工作船所有水冷设备均采用淡水箱式冷却器(以下简称箱冷)进行冷却，全船共28个箱冷，分别位于机舱和尾侧推舱中，虽然有铜离子牺牲阳极等措施对其进行保护，但在船舶使用过程中，仍有可能受到海水腐蚀及海生物的附着而需要维修。为了打造让顾客满意的精品船，在建造阶段就要考虑将来维修需求，保证VS4616AHTS型海洋平台三用工作船箱冷可拆可维。

当VS4616AHTS型海洋平台工程船处于建造的前期时，设备和系统的完整性、舱室空间等方面与使用时的状态有着天壤之别。如何在建造前期阶段及时采取措施保证将来船舶使用过程中箱冷的可拆可维，即将工艺延伸至产品全生命周期，成为船舶建造中需要解决的问题。

计算机虚拟仿真具有构造仿真环境、模拟物体运动变化等强大功能，而对未来世界的仿真更是其优势。在VS4616AHTS型海洋平台三用工作船全三维生产设计的基础上，运用虚拟仿真技术，模拟船舶使用时箱冷所在舱室的状态，对预定的拆卸工艺逐步进行仿真，对每个箱冷的拆卸路径和运动姿态进行规划，并对拆卸的全过程进行动态干涉检查，为每个箱冷的顺利拆卸出舱维护提供仿真及验证的技术支持。

1 仿真策划

在了解项目背景和需求的基础上，明确预定的箱冷拆卸工艺路径，完成箱冷拆卸工艺交底。针对该工艺的仿真要求，完成了仿真平台选择、仿真方案确定、项目实施计划编写及资源配置等策划工作。

针对VS4616AHTS型海洋平台三用工作船箱冷拆卸仿真需求，考虑到Division软件在路径规划、动态干涉检查等方面的工程应用优势，选择Division作为仿真及验证平台。

在确定仿真平台的基础上，制定可行的仿真方案。在Division环境中，主要以每个箱冷主体作为运动仿真对象，其他相关模型作为运动干涉检查的约束条件，在仿真环境中为每个箱冷的顺利拆卸规划运动路径，并实现在虚拟环境中的工艺动态仿真和验证。

VS4616AHTS型海洋平台三用工作船箱冷拆卸工艺仿真的流程见图1。

2 编写仿真脚本

2.1 左舷各箱冷吊装步骤

1)首部冷却箱冷(共2个)吊装步骤

如需吊出首部冷却的2个箱冷中任意1个，首先需拆卸由尾至首的6个箱冷自身冷却水管路，并拆卸4路由箱冷至主机之间180°弯的管路及箱冷上方相应吹除管路以便于管路吊装，之后再拆卸箱冷上方8根淡水冷却管路等。待管路拆卸完后，将箱冷吊出移至箱冷与主机之间的通道内(通道在#85～#89之间)，再将箱冷旋转90°平行于主机方向，然后将箱冷移至主机大开口处吊出(以下左舷所有箱冷，均可由此通道吊出)。

图1 箱冷拆卸工艺仿真流程图Fig.1 Flow chart of simulation

2)拖缆机冷却箱冷(共4个)吊装步骤

如需吊出拖缆机冷却箱冷中的任意1个箱冷，首先需拆卸周围由尾至首的6个箱冷自身冷却水管路及箱冷上方首部拖缆机冷却水管路，并拆卸4路由箱冷至主机之间180°弯的管路及箱冷上方相应吹除管路以便于管路吊装。管路拆卸完移运至通道后，可参照之前步骤将箱冷吊出。

3)主机冷却箱冷(共4个)吊装步骤

如需吊出靠近拖缆机冷却箱冷的主机冷却箱冷，首先需拆卸与箱冷自身连接的管路，之后再拆卸拖缆机冷却箱冷与主机冷却箱冷之间的冷却水管路，并拆卸4路由箱冷至主机之间180°弯的管路及箱冷上方相应吹除管路以便于管路吊装。其余3个冷却主机箱冷如需吊出，则拆卸与箱冷自身管路即可。管路拆卸完移运至通道后，可参照之前步骤将箱冷吊出。

4)辅机冷却箱冷(共1个)吊装步骤

如需吊出辅机冷却箱冷，只需将与箱冷自身连接的管路拆卸即可，并拆卸4路由箱冷至主机之间180°弯的管路及箱冷上方相应吹除管路以便于管路吊装。管路拆卸完移运至通道后，可参照之前步骤将箱冷吊出。

5)主机高温水冷却箱冷(共2个)吊装步骤

如需吊出主机高温水冷却箱冷，只需将与箱冷自身连接的管路拆卸即可。管路拆卸完移运至通道后，可参照之前步骤将箱冷吊出。

2.2 右舷各箱冷吊装步骤

1)首部冷却箱冷(共2个)吊装步骤

如需吊出首部冷却箱冷中任意1个，首先需拆卸另1个箱冷自身的冷却水管路，之后再拆卸箱冷上方舱底水排除舷外管路。将需吊出的箱冷管路拆卸完后，再将箱冷吊出，旋转90°，移至主机与齿轮箱之间的过道处，经过该处时箱冷需向尾方向倾斜45°左右，后再移至右舷两主机之间的通道，然后将箱冷从该通道处吊出即可，以下右舷所有箱冷均可由此通道吊出。

2)拖缆机冷却箱冷(共4个)吊装步骤

如需吊出拖缆机冷却箱冷中的任意1个，首先需拆卸其它3个相邻箱冷上方管路及箱冷上方舱底水排除舷外管路，并拆卸箱冷上方的舷侧阀。拆卸完后，可参照之前步骤将箱冷吊出。

3)主机冷却箱冷(共4个)吊装步骤

如需吊出靠近拖缆机箱冷的主机冷却箱冷，首先需拆卸与箱冷自身连接的管路及箱冷上方舱底水排除舷外管路，并拆卸箱冷上方的舷侧阀，之后再拆卸箱冷正上方冷却水管路。其余3个主机冷却箱冷如需吊出，则拆卸箱冷自身管路及箱冷正上方管路即可。管路拆卸完后，可参照之前步骤将箱冷吊出。

4)辅机冷却箱冷(1个)吊装步骤

如需吊出辅机冷却箱冷，只需将与箱冷自身连接的管路拆卸即可。管路拆卸完后，可参照之前步骤将箱冷吊出。

5)主机高温水冷却箱冷(共2个)吊装步骤

如需吊出主机高温水冷却箱冷，只需将与箱冷自身连接的管路拆卸即可。管路拆卸完后，可参照之前步骤将箱冷吊出。

3 准备仿真模型

在三维设计的基础上，按照箱冷拆卸工艺步骤完成模型的准备，模拟VS4616海洋平台三用工作船使用中对箱冷进行拆卸和维护时的产品状态。经过对工艺的分析，将模型划分为背景模型和工艺仿真模型。

1)背景模型

对于每一个箱冷的拆卸，船体结构、各类设备和电缆以及不需要拆除的管系等，均可作为工艺仿真的背景。这部分模型没有任何动作，可从设计平台直接转换到仿真平台，但需要注意的是:应尽量模拟箱冷拆卸和维护时的环境和条件，使箱冷拆卸过程尽量接近真实，提高虚拟仿真的可信度。

2)工艺仿真模型

对于每一个箱冷的拆卸，根据其拆卸工艺将模型拆分为箱冷主体、箱冷盖板、需拆除的管系等。

4 仿真步骤

在仿真脚本和仿真模型的基础上，完成仿真步骤的实施，包括设置干涉检查约束条件、设置仿真运行条件及规划仿真路径等3部分。在仿真验证的过程中，这3部分是相互关联、相辅相成的，当箱冷沿着预定的轨迹运动时，一旦发生干涉，可能有2种结果:一种是在一定的工艺约束下，可以通过修正干涉检查的约束条件或调整仿真路径和姿态等方法消除干涉，通过仿真验证的手段证明工艺可行;另一种是在满足工艺施工条件的情况下，无法通过修正干涉检查的约束条件或调整仿真路径和姿态等方法消除干涉，通过仿真验证的手段证明工艺不可行。

4.1 设置干涉检查约束条件

工艺可行性验证需要在仿真环境中设置干涉检查约束条件。当仿真验证运行时，只有在所有的干涉检查约束条件都满足的情况下，箱冷拆卸工艺才能通过仿真验证，否则需要修正干涉检查约束条件。

将每个箱冷在预定拆卸路径上的相关模型均设置为干涉检查约束条件，为每个相关模型加载Collision(碰撞)属性，并选择几何碰撞类型。

作为干涉检查约束条件的相关模型是仿真和验证的基础，其完整性、有效性、正确性直接影响仿真验证的结果。为保证箱冷拆卸工艺仿真和验证的准确性，使得箱冷在仿真运动过程中与任何一个相关模型发生干涉时系统都会响应，应保证干涉检查约束条件的相关模型必须实时、完整、正确，尽可能地接近拆卸、维护时现场的工艺状态和条件。只有这样，才能使仿真环境尽量接近实际施工环境，虚拟仿真和验证才能满足工程应用的要求，所得出的结论才是有价值的、可信的。

4.2 设置仿真运行条件

第1步，为每个箱冷模型加载Pivot(轴)属性，记录其初始状态，为路径规划中箱冷姿态调整做准备。

第2步，为每个箱冷模型加载Collision(碰撞)属性，并选择几何碰撞类型。

第3步，完成预定运动路径的动态干涉检查。

在箱冷运动仿真过程中，可视化的窗口界面只能看到1个特定的角度和距离，如果靠人眼判断，则需要不断切换角度和距离，而且往往由于视角盲点而产生偏差造成错误的判断，得出错误的结论。

因此，利用虚拟仿真平台的动态干涉检查、条件触发机制和信息实时反馈功能，配合可视化效果和音效，完成箱冷拆卸过程的动态干涉检查和仿真验证。

1)为每个箱冷模型加载Behavior(行为)属性;

2)在每个箱冷的Behavior(行为)属性中设置触发条件为Collide(干涉);

3)当干涉发生时系统触发2个事件，即dvAssemblyFlash(可视化效果为模型的闪动)和dvAssemblyAudio(指定的音效)并发。

在某个箱冷运动仿真过程中一旦发生干涉，则该箱冷会闪动几下，同时发出玻璃破碎的声音。

通过上述仿真应用的设置，借助虚拟仿真的技术优势，保证干涉检查的准确性、实时性、直观性、高效性，满足工程化应用的要求。

4.3 规划拆卸路径，调整约束条件

按照箱冷拆卸工艺预定的拆卸步骤和路径，运用虚拟仿真平台的路径规划功能，将每个箱冷的运动过程进行工程分解，形成离散的动作起止点，记录箱冷每一步运动的初始和终止坐标(移动的X，Y，Z值以及旋转的X，Y，Z值)，通过软件系统的自动插值，形成箱冷的运动轨迹序列，完成对其运动轨迹和姿态的虚拟仿真。

在运动仿真过程中，通过调整箱冷主体的轴心位置到预定旋转轴上，实现箱冷精确的姿态调整。

在虚拟仿真的实施过程中，如果箱冷模型闪动和音效触发，可知箱冷与其运动路径上的运动约束模型之间发生了干涉，如图2所示。这时，可运行仿真软件的干涉检查功能直接锁定发生干涉的模型而屏蔽其他不相关的模型(图3)，并将干涉检查结果以文本形式输出干涉模型报告(图4)，且在可视化窗口显示干涉的具体部位，如图4和图5所示。

为了最大程度保护船东的利益，以“降低维修难度，节约维修成本，缩短维修周期，保证维修质量”为原则，针对干涉检查结果，采取以下步骤进行调整:

第1步，在不修改约束条件的情况下，基于初始约束条件和运动轨迹，在仿真环境中调整箱冷的运动轨迹。经过多次调整和测试发现，位于机舱上方的管路布置太低，影响箱冷顺利拆卸出舱。

第2步，为了实现在箱冷拆卸出舱维修时尽量少拆管路，实现快速、保质地维修，需要在工艺规划时考虑产品可拆、可维等全生命周期的要求，对三维综合布置进行了调整。

图6 干涉具体部位(另一角度)Fig.6 Position of interference(Another point of view)

在二甲板大开口两主机之间增加主干电缆通道过桥，并将箱冷上方主干电缆移至过桥布置，将箱冷上方的空间全部让给管系，并根据船体结构的大小及具体情况在大结构上开孔，将主机、辅机燃油及滑油管系走进大结构内部，箱冷总管、二氧化碳、卫生水、水雾消防等系统紧贴大结构面板分层敷设，保证箱冷面板距管系附件最低点的最小高度在1 950 mm，保证箱冷能顺利吊出海水箱本体。另外，将主机及齿轮箱之间的检修平台处层间高度进行了优化调整，将主干电缆的敷设位置压缩到最小，管系附件距检修平台的最低高度保证在1 950 mm以上，顺利将箱冷出舱通道打通，并对机舱二甲板及主甲板上的机舱吊口进行了增大处理，以满足箱冷拆卸后出舱需要。

根据优化设计结果，修正箱冷运动的干涉检查约束条件，实现箱冷在规划路径上的顺利拆卸出舱，为高效率、高质量、低成本完成箱冷的维修奠定基础。

5 仿真运行及验证

完成了仿真步骤及相关条件的设置后，根据箱冷的运动路径，针对不同的关注点，设置并调整相机，以达到较好的可视化效果，能为专业技术人员提供多视角、全方位、重点突出的箱冷拆卸工艺审视环境。

将加载了碰撞及触发条件的箱冷运动仿真和相机的可视化仿真放在同一个时间轴上，实现以时间为驱动的仿真运行，拆卸过程如图7所示。在仿真平台中，完成了对箱冷拆卸工艺的仿真，在满足干涉检查约束条件的情况下，该工艺通过了仿真验证，为VS4616海洋平台工作船箱冷拆卸工艺提供了虚拟仿真的技术支持。

6 结语

图7 拆卸过程仿真Fig.7 Simulation ofdismantle

将虚拟仿真技术研究成果快速应用于工程实践，解决船舶实际建造中的重点和难点问题。实现VS4616AHTS型海洋平台三用工作船箱冷拆卸工艺的虚拟仿真，方便技术人员和管理人员对工艺进行评估，判断出箱冷拆卸过程的可行性、正确性及合理性，提出优化意见，反馈到生产设计环节，对三维综合布置进行调整和优化，为船舶产品的维护提供技术保障。通过对VS4616AHTS型海洋平台三用工作船箱冷拆卸工艺的虚拟仿真和工艺验证，加强了工艺支撑的力度、延伸了工艺规划的范围、拓展了虚拟仿真的应用领域、积累了工程应用的成功经验，探索出一条为客户提供产品全生命周期服务的新途径。

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Simulation of cooler boxes dismantlement technology of VS4616(towing/anchor handling/supply vessel)

YANG Hai，GUO Shi-jun
(Wuchang Shipbuilding Industry Co.，Ltd，Wuhan 430060，China)

As development of simulation technology，based on simulation technology research and platform construction of simulation，use the production of simulation technology research to solve main problems during shipbuilding project，realize simulation and validation of cooler boxes dismantlement technology ofVS4616AHTS towing/anchorhandling/supplyvesselsuccessfully.And programming dismantle route and locomotion posture of each cooler box based on three-dimensional models，and also achieve dynamic interference check during entire dismantle process，create result reports about dynamic interference check of cooler boxes dismantlement，feed the reports of dynamic interference checking back to manufacturing designers，optimize the three-dimensional integrate dispose of this area by manufacturing designers according to the reports，do dynamic interference checking till each cooler box is dismantled and carry out of the cabin passing simulation and validation successfully.By this way，obtain a capability of presolving problems of equipments along dismantlement route of maintenance during working in the future，and provide simulation technology support of manufacture of this type vessel.

cooler box;dismantle technology;simulation and validation

TP391.9

A

1672－7649(2011)12－0120－05

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.12.029

2010－12－06;

2011－02－21

杨海(1967－)，女，工程师，从事虚拟仿真研究与应用。