散货数字船虚拟仿真教学系统建设方案研究

刘强

（渤海船舶职业学院，辽宁 兴城 125100）

1 散货数字船虚拟建设理念

以整船为依托，融合所有院系学科内容打造数字化可交互仿真船舶，完全精细化模拟建造出整船结构，符合船舶建造的要求，每块钢板为单独个体可进行拆分，呈现建造船舶的整体布局、生产工艺、生产过程、加入虚拟体验模式，设计岗位情景化任务模式，增强学生对岗位的认知、模拟各种实习实训环节。实现船舶建造虚拟仿真功能模块，依据船舶建造厂生产流程、工艺进行建设，其中包括船舶制造、船舶动力、船舶电气、船舶焊接等专业的知识点和技能点，也包括安全生产教育方面内容，船舶分段可以模拟船舶建造教学内容进行合并和拆分。

实现无损检测虚拟仿真功能模块，模拟船舶制造理化测试与质检技术虚拟仿真车间，根据虚拟车间的功能，实现无损检测综合虚拟实训室，在开发建设资源的同时包括实训设备与器材的展示介绍功能、实训设备与器材的使用方法、无损检测的技能培训操作多媒体资源，并能通过无损检测虚拟仿真实训功能模块进行工艺文件设备实操的案例分析和技能实训考核，提高技能培训的实效。

实现船舶机舱液压系统、舵机液压系统、锚机液压系统、液压系统教学多媒体课程资源，将液压与气压传动的典型知识与企业生产和实际工作相结合，在组装中采用最小的元件来完成液压回路，并通过按钮的操作，可以实现预先设定的功能，还可以通过表盘观察液压系统和其他主要元件的工作状态，在液压元件单元的基础上，对可以拆分的一些部件进行细化，能够很清楚地对液压元件的各个部分进行展示，了解元件的原理及装配工艺。

2 散货数字船虚拟教学系统及其体系结构

2.1 虚拟现实系统配置

通过现在的计算机技术，可以建立船舶虚拟制造系统，在虚拟的过程中，可以发现系统中各个部件之间的匹配问题，为了能够更好地满足虚拟状态下项目开发和制造的情境，虚拟系统主要包括虚拟主机、显示系统以及控制系统。利用这一虚拟的系统，可以提升造船厂的工作效率，如果只依靠自身的力量独立地进行硬件的开发与生产也是不现实的。因此，在生产系统中所用的软硬件也需要与其他厂商进行合作，共同开发和生产，以当前的虚拟系统来确定生产的方向是可行的。但当前还没有一家公司能够完全达到虚拟制造的全部要求，不同的公司在虚拟系统中能够提供不同的数据和硬件等，因此要加强各方面的合作，来解决虚拟制造系统中的一系列问题。

2.2 散货数字船虚拟制造系统

通过虚拟系统可以生产出数字化的样船，这些数字养成建造完成后，可以对各个部件的三维数字进行记录，成为制造食物模型的参照，还可以根据虚拟的系统来完成加工与装配的过程，对这一过程中可能出现的问题进行评估；对船舶的生产过程进行模拟，制定建造策略、生产计划、组织方式，并能够对整个过程进行有效的控制，消除制造过程中可能出现的一些矛盾与冲突问题，使整个生产过程变得效率更高，同时，也能降低研发和生产的成本，更好地适应市场的变化。目前的船舶制造虚拟系统主要是通过计算机来进行计算和搭建的，在当前的实际制造系统中，还会出现一些其他的影响因素，要想把虚拟的产品转化为现实的船舶产品，还需要全面地进行分析和实验，使实际产品达到数字化模型状态，并存储在数据库中。

2.3 散货数字船虚拟制造体系结构

船舶虚拟仿真教学系统也是以网络信息技术为基础，在虚拟的环境中进行生产和搭建，利用所开发的仿真软件，达到集成化生产平台所需要的要求，使船舶的设计，制造和管理能够实现一体化。散货数字传虚拟仿真教学系统，目前主要包括设计、开发等功能，在一个仿真的环境中来进行零件的生产和整体的装配，船舶虚拟制造系统体系结构建模，对各个部件的安装结构强度等进行分析和管理。可以对虚拟的产品，整个生产的工作流程进行管理，并能够发现其中可能存在的一些问题，在这一动态的过程中，船舶虚拟工艺及制造系统发挥了重要的作用，并可以向着生产的方向进行延伸。船舶虚拟公益通过对零件加工装配以及人体工程学方面的分析，在3d的环境中进行预演，可以对整个的生产系统进行全面的把握，在虚拟装配的过程中，同样可以发现，未来实际生产中可能出现的一些问题，这就避免在未来的实际生产中，由于各类问题而导致的返工现象。同时还可以对生产的环境、资源、制造流程以及生产的实际情况进行仿真分析，制定更有效的生产方案，提高生产的效率。船舶制造虚拟企业环境是船舶虚拟设计制造和管理体化的系统。通过在船舶企业内首先构建虚拟的车间对生产的过程进行虚拟的操作，这样就可以提高实际生产的效率。在造船企业外部与各个科研机构的合作中，也可以通过这一系统完成异地的设计和装配，通过仿真数据共享交换不同意见，将不同的地域和环境很好地组合在一起，更好地适应市场的变化，这样的形式也成为未来造船企业发展的方向。

3 散货数字船虚拟制造系统的关键技术

3.1 船舶三维设计的虚拟动态监控技术

船舶的生产是一项非常复杂和烦琐的工程，在虚拟的生产当中也会遇到许多问题。第一，目前的虚拟系统还缺少相应的测试手段，主要是靠人的肉眼对数以几十万计的零件进行检查，工作量非常大，有时候爱容易出现疏漏。根据以往数据的统计，会有30%～40%的系统干涉无法实现目标，最终导致返工或者生产无法继续。其次，即使发现了集中存在的问题，要想重新完成设计工作量也非常大，导致设计和修改困难重重。利用虚拟仿真手段进行动态的技术监控，突破船舶三维设计过程中存在的困难，这是当前需要重点解决的问题。

在产品设计和生产当中，通过软硬件的配合，对整个过程进行动态的监控，及时发现出现的问题，并不受到其他因素的影响，就可以完成设计模型的总装。按区域和模块把整个船舶展现在大屏幕上，这样就可以利用计算机进行远程的检测。检测人员可以利用视觉头盔等虚拟漫游设备对各个软件进行细致的检查，如果出现问题及时修改，这就提高了对生产过程的掌控力。

3.2 产品装配工艺过程的仿真演算技术

利用虚拟现实手段，可以对整个过程进行仿真式的操演，解决动态干涉以及程序之间可能出现的问题，利用这一建造方案，对已有的部件进行三维的模拟，对整个过程所涉及的顺序问题、路径问题、检测问题进行统一的管理。还可以通过立体式分段整体吊装的过程，对各个部分的力学性能进行检测，掌握生产中可能出现的一些状况，并对整体情况进行有效的策划和吊装装配。

3.3 船舶生产流水节拍模拟控制技术

现在的船舶制造主要采用集成连续生产的方式，近似流水线工艺，在对船舶生产模式进行改进的同时，还应该保证当前的生产体系能够正常运转。利用船舶生产流水节拍的模拟系统，可以在虚拟的生产环境下，对船舶建造方案是否能够得到有效的实施进行模拟，对整个过程进行优化和评估，监控整个过程是否能够达到理想的状态。以中间的产品为例，虚拟的制造系统按照预先规划好的制作方案和作业流程，模拟相似的生产过程和物流走向，并把现有的工艺融入生产过程中，对整个生产的节拍进行掌握，并对生产资源要求进行改进，尝试不同方案和流程之下生产效率水平，最终选择出优化方案。

3.4 零部件制造级数字化车间仿真分析技术

现代造船模式下的船舶生产加工，主要是对整个生产过程进行规划，根据产品的特征和生产工艺进行分类，利用成组技术批量化地生产。所以船体零部件以及一些附属零件在加工车间里都可以实现混流加工，对其制造性能进行有效的评估与分析非常重要。

利用现在的三维数字技术，建立虚拟的加工车间，可以实现生产设计、生产流程、生产工艺、资源装配等多个程序的仿真与分析。在模拟生产过程中，可以对各个生产环节的问题与注意事项进行有效的分析，提高生产和装配的效率。同时，还可以选择最优化的生产方案，实现节约成本，提高效率的目的；还可以对现有的工作人员进行有效的调配，合理地分配库存，解决设备故障等。