船体分段装配序列规划系统设计

张子凡

（天津工业大学计算机科学与软件学院，天津300000）

1 引言

为解决目前我国造船企业，工艺制定自动化水准低、难度大的问题，我们设计开发了一个针对船舶装配工艺的计算机辅助决策系统，旨在通过系统开发将装配序列的推理和评价技术等进行合理封装，帮助设计人员更好地进行装配工艺制定。

2 装配工艺辅助决策系统设计思想

2.1 系统的设计目标

船体建造涉及的结构件众多，装配工艺制定过程复杂，标准化与规范化程度不高，难以系统地实现相关知识的积累和继承。基于此背景，我们研究设计的船体装配工艺辅助决策系统，可以利用推理模块，实现高效快捷地给出船体分段装配序列的建议，并为装配工艺知识的收集、继承和管理提供良好的解决方案。具体目标包括：①实现造船企业装配设计工艺的集成，便于企业对已有工艺和知识进行高效的收集、保存和管理；②加强装配工艺设计的规范性和准确性，提高船舶建造效率；③通过系统应用，降低建造过程返工率，缩短建造周期，降低船舶制造的生产成本。

2.2 系统的设计原则

本系统设计遵循如下原则：①操作简便。软件使用方便快捷，界面设计简洁且便于操作。②系统升级维护保障简易。该系统系自主研发，具有较好的技术支持能力，能够及时地对软件进行更新升级。③具有良好的整体性。预留出专用接口，便于将该系统与其他软件进行整合。④较强的专业性。⑤具备数据收集功能。便于相关知识、资源和数据的积累、分析和进一步优化。

2.3 开发环境及运行环境

开发平台：MS Visual Studio 2012。该开发平台具有操作简单，可视化程度高，界面友好等特点。

数据库平台：本系统开发采用SQL Server 2012数据库。SQL Server 2012是新一代大型关系数据库管理系统（DBMS），功能强大，数据安全性高，可以提供高效可靠的数据管理方案。

软件运行环境：Windows7/windows10操作系统。

硬件运行环境：Intel（R）Core?2i3-2410M及以上，内存不小于1G。

3 装配序列辅助决策系统设计

3.1 系统的总体结构

根据装配序列辅助规划决策系统的目标和船体装配工艺设计的特点，计算机辅助决策系统功能结构如下所示。

支撑层：提供外部程序的链接；资源层：实现装配资源、知识推理、模型仿真等资源的存储；功能层：主要包括装备资源管理、装配序列规划、仿真、评价、辅助决策等五个模块；用户层：方便用户从人机交互的界面进入船舶分段装配序列辅助决策系统。

3.2 系统主要功能模块

3.2.1 系统登录

该模块包括船体装配工艺辅助决策系统的登录和退出。

3.2.2 船体装配工艺辅助决策系统

船体装配工艺辅助决策系统，含装配资源管理、装配模拟、装配序列规划、装配序列评价等四大模块，其主要功能描述如下：①装配资源管理。对常见制造物理资源和基本数据进行管理和维护。主要功能包括产品信息管理、装配规则管理和部件连接信息管理。其中产品信息管理主要实现对产品的属性记录和编辑功能，装配规则管理和部件连接信息管理则提供对装配工艺所需资源的增加和修改工作。②装配模拟。该模块主要包括装配模型管理和装配过程模拟两个子模块。装配模型管理子模块，主要管理造船所需的装配结构件模型；装配过程模拟子模块，则主要对装配相关知识资料进行管理，对装配工艺进行虚拟仿真，还可以作为直观的装配过程演示与分析途径。③装配序列规划。该模块主要用于装配序列的工艺制定。在完成装配对象的确定和初始条件设置的基础上，将研究对象和装配规则进行匹配，通过内部推理机制给出切实可行的装配序列决策建议。这一模块是该系统的核心，主要功能包括对象管理、工艺辅助决策和结果管理。④装配序列评价。通过人机交互的方式确定评价指标，并选定待评价的装配序列，通过内部运算机制对装配序列做出评价，以便于用户根据实际需求做出相应决策。

3.3 系统的数据结构设计

3.3.1 逻辑结构设计

表1截取了一部分数据表，用以说明本系统数据结构逻辑的设计。

表1 系统数据结构设计

3.3.2 物理结构设计

表2描述了数据结构的物理设计。

表2 物理结构设计表

4 系统应用分析

以某双底层分段装焊工艺的制定过程为例，其结构模型如下图所示。

目前船厂的装焊工艺主要采取人工编制的方法，工艺编制过程涉及船体模型建立、装焊工艺编制及实验认证，对于新产品和新工艺编制的合理性和可靠性的认证审定周期较长。与传统的装配序列的制定过程相比，船舶装配工艺辅助决策系统，能够在提高装配工艺制定效率、提升装配工艺的合理性和可行性方面取得良好效果。

在装配工艺方面，该系统主要通过以下三个步骤提高装配序列的制定效率。

①装配序列的智能推理。目前船厂现有的装配工艺主要依赖设计人员和施工人员的经验和技术积累，标准化和规范化程度不足。船舶装配工艺辅助决策系统，则通过将传统的装配知识进行整理分析，结合智能细算系统，形成标准化的推理规则，并将其固化为装配工艺的标准化流程，以对装配工作进行建议和指导。

②装配序列的仿真。通过三维软件对推理生成的装配工艺进行仿真模拟，验证其可行性和有效性，从而对其进行初步筛选。

③装配序列的评价。通过系统的装配序列评价模块，由资深的装焊工艺人员制定评价指标和相应指标的权重，结合模拟的结果对装配序列进行评价、分析和优劣排序，从给出的装配序列建议中选出最切实可行的装配序列。

经过船体装配工艺辅助决策系统的优化，采用模块化造船思想，以组立（纵舱壁+肋板）为单元，将部件数量由64个下降为43个，总工时由93个下降为76个，在很大程度上缩短了船体分段的建造工时。有利于降低全船的建造周期，在市场低迷的情况下最大限度地节约造船企业的生产成本，从而提高经济效益。