基于三維體驗(yàn)平臺的復(fù)雜裝配可視化技術(shù)

費(fèi)玉清，孫浩月，李海波

(江南造船集團(tuán)(有限)責(zé)任公司，上海 201913)

0 引 言

實(shí)現(xiàn)中大組立工序可視化的前提是具有一個(gè)合理完整的裝配工藝信息模型，基于三維體驗(yàn)平臺(3D Experience Platform,3DEXP)的船舶設(shè)計(jì)模式不僅能提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型，而且能集成多種裝配工藝信息，有效實(shí)現(xiàn)工藝信息模型的創(chuàng)建，是中大組立工序可視化技術(shù)研究的基礎(chǔ)。當(dāng)前，現(xiàn)場直接利用包含豐富的產(chǎn)品信息和工藝工序信息的三維模型作為施工建造的可視化指導(dǎo)工具還沒有相應(yīng)的軟件和硬件條件。對此，基于3DEXP，采用模型輕量化轉(zhuǎn)換的方法，利用強(qiáng)大的模型組裝拆卸和視圖功能實(shí)現(xiàn)工序可視化技術(shù)[1]。

1 模型信息規(guī)范化分類

對工藝信息進(jìn)行詳細(xì)的梳理和分類，有利于完整地定義產(chǎn)品工藝信息，清晰地理解不同建造階段所需的信息，對后續(xù)交付物設(shè)計(jì)有很大幫助?；?DEXP創(chuàng)建裝配工藝信息模型，對工藝信息進(jìn)行分類，具體如下：

1)零部件基本屬性包括零部件件號、板厚、材質(zhì)和零部件內(nèi)安裝角度等；

2)裝配信息包括零部件名稱、板厚朝向、船中符號、組立位置方向、零部件間安裝角度、零部件定位尺寸、主尺度和檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等；

3)焊接信息包括焊接方式、焊接節(jié)點(diǎn)和焊腳高度；

4)結(jié)構(gòu)信息包括過渡斜、開孔大小、形狀和尺寸；

5)精度信息包括余量和收縮量。

在3DEXP中，采用三維標(biāo)注的方式將工藝信息在模型上表達(dá)出來，標(biāo)注類型有文本標(biāo)注、尺寸標(biāo)注和焊接符號標(biāo)注等3種。此外，需確定三維標(biāo)注在結(jié)構(gòu)樹上的組織節(jié)點(diǎn)，根據(jù)工藝信息的分類，在結(jié)構(gòu)樹上創(chuàng)建多個(gè)3D part存放不同類別的標(biāo)注信息。小組立安裝所需工藝信息放置在小組立下的3D part內(nèi)；中大組立安裝所需工藝信息放置在中大組立下的3D part內(nèi)。按施工類型和施工流程對工藝信息進(jìn)行分類，為現(xiàn)場作業(yè)人員獲取不同階段的工藝信息提供較高的便利性，從而直接提高施工效率。

2 基于3DEXP的中大組立裝配信息模型構(gòu)建

裝配信息模型(見圖1)是一種以幾何模型為載體，基于MBD(Model Based Definition)技術(shù)，包含裝配順序中與裝配有關(guān)的各種信息的數(shù)字化集成模型。建立該模型的目的是為產(chǎn)品的裝配環(huán)節(jié)提供切實(shí)可靠的技術(shù)支持和保障[2]。

圖1 裝配信息模型

構(gòu)建裝配信息模型主要完成的工作有創(chuàng)建零部件結(jié)構(gòu)樹、構(gòu)建零部件流向?qū)傩詷?biāo)注集和定義零部件工序?qū)傩?見圖2)。構(gòu)建裝配信息模型的主要流程是：基于產(chǎn)品主模型，在3DEXP上搭建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹；構(gòu)建標(biāo)注集，描述零部件的屬性和裝配工藝；根據(jù)中大組立工序規(guī)范，定義中大組立裝配工序?qū)傩浴?/p>

圖2 裝配信息模型中零部件工序?qū)傩缘亩x

3 中大組立工序可視化中大組立裝配工序的定義

船體結(jié)構(gòu)分段的類型繁多，不同分段的中大組立裝配工序各有差異。首先對各種類型分段的中大組立進(jìn)行分析，然后對裝配過程中的所有裝配工序進(jìn)行分類劃分整理，描述各種工序所表達(dá)的內(nèi)容，最后形成中大組立裝配工序規(guī)范(見表1)[3]。中大組立工序規(guī)范采用XML的形式定義。

表1 中大組立裝配工序規(guī)范

根據(jù)規(guī)范文件對不同分段的中大組立進(jìn)行工序定義，生成零部件工序?qū)φ毡怼?/p>

4 模型結(jié)構(gòu)與工藝信息的轉(zhuǎn)換

裝配信息模型經(jīng)過模型輕量化轉(zhuǎn)換之后，顯示的是3DEXP中結(jié)構(gòu)和工藝的內(nèi)聯(lián)屬性信息，不方便現(xiàn)場人員查看。利用.NET平臺的二次開發(fā)程序提取數(shù)字化模型中零部件的名稱信息，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)信息的規(guī)范化轉(zhuǎn)換(見圖3)。裝配中的工藝信息、定位方向和尺寸等裝配信息通過標(biāo)注的形式表達(dá)出來。

圖3 模型信息規(guī)范化轉(zhuǎn)換

5 基于裝配工序構(gòu)建裝配樹和視圖

實(shí)際上，現(xiàn)場工人關(guān)注的并非分段的整體信息，而是完成自己工位作業(yè)所需的必要信息，同時(shí)希望這些必要信息通過簡單、直觀的形式表達(dá)出來。因此，將分段整體信息分解到單個(gè)工序中，根據(jù)裝配工序?qū)φ毡砗投伍_發(fā)程序，在系統(tǒng)中自動構(gòu)建裝配工序裝配樹，最后以工序?yàn)閱挝粍?chuàng)建工序可視化視圖(見圖4)?，F(xiàn)場操作人員在平板電腦上利用系統(tǒng)插件不僅能快速瀏覽、參考和查詢工序可視化視圖，而且能對三維模型進(jìn)行交互操作，查看模型裝配工藝的標(biāo)注集信息[4]。在創(chuàng)建裝配工序可視化視圖時(shí)，應(yīng)注意以下內(nèi)容：

圖4 工序可視化視圖

1)明確表達(dá)分段的重要裝配工藝信息，如定位信息、名稱信息；

2)明確表達(dá)分段裝配的序列和方法；

3)保證工序所有表達(dá)的內(nèi)容合理、正確，符合實(shí)際裝配要求。

6 結(jié) 語

以往都是依靠精細(xì)的二維結(jié)構(gòu)圖指導(dǎo)船舶建造施工作業(yè)，但對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、布置緊湊的區(qū)域，由于圖面標(biāo)注的信息量巨大，會給不同作業(yè)人員查找信息的效率和準(zhǔn)確率帶來一定影響。通過對3DEXP的數(shù)字化模型可視化技術(shù)進(jìn)行研究，為現(xiàn)場裝配人員提供了包含工藝信息的三維模型和工序可視化視圖。每個(gè)視圖中只包含某個(gè)階段涉及的安裝信息，這樣裝配人員可參照工序可視化視圖進(jìn)行中大組立安裝，現(xiàn)場作業(yè)人員可根據(jù)需要詳細(xì)查看結(jié)構(gòu)和測量安裝尺寸等，從而快速定位、安裝。

本文提出的中大組立工序可視化技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)能克服傳統(tǒng)二維裝配工藝文件存在的信息匱乏和理解困難等缺點(diǎn)，具有直觀、簡潔、可視的表達(dá)效果，使操作者更容易理解工藝內(nèi)容；

2)可完全取代傳統(tǒng)的二維紙質(zhì)裝配圖紙，有效提高工藝文件的指導(dǎo)性；

3)能使空間密集區(qū)劃的視圖過程更簡單直觀，提高現(xiàn)場裝配的質(zhì)量和效率；

4)邁出了由純二維圖紙向三維電子圖紙轉(zhuǎn)變的重要一步，在向智能制造可視化轉(zhuǎn)型方面具有重要意義。