船舶曲型分段生产计算机辅助工艺设计技术

现代船舶设计论文课程名称现代船舶设计技术题目船舶曲型分段生产计算机辅助工艺设计技术学院交通学院专业船舶与海洋工程班级1班姓名吕志强学号1049721101527任课教师陈顺怀教授2012年02月1520日现代船舶设计论文目录0引言......................................................................31船舶曲型分段生产CAPP的原理............................41.1船舶曲型分段生产CAPP系统设计框架....................................41.2B/S的网络结构.......................................................51.3设计路线.............................................................72关键技术.......................................92.1工艺流程的确定.......................................................92.2工艺决策............................................................102.3基于动素的工序细化..................................................112.4工艺规划中的知识库设计..............................................123应用实例.................................................................123.1实例分析............................................................123.2未来展望............................................................144结论........................................15现代船舶设计论文船舶曲型分段生产计算机辅助工艺设计技术摘要：针对目前国内造船企业生产效率低下、工艺和规程不规范的现状，从人因工程的思想出发，提出了基于动素的半创成式船舶曲面分段生产计算机辅助工艺设计技术。在专家经验的基础上建立工艺知识库，通过决策树分析工艺路线。利用知识库和推理机进行工艺决策，生成曲面分段各个中间产品的加工工艺规程。为了使输出结果更具可操作性，建立了标准工艺块和标准动素库。在此基础上将工艺规程细化至操作规程，用于指导现场操作。经验证，系统输出结果符合船舶建造的实际过程，生产效率提高明显。关键词：计算机辅助工艺设计；船舶曲型分段；工效学；动素；知识库ABSTRACT:Basedonhumanfactorengineering,semi-generativetherblig-basedComputerAidedProcessPlanning(CAPP)technologywaspresenttoimproveproductivityandstandardprocessoperationforShipyard．Bycollectingexpertiseexperiences,theprocessknowledgelibrarywassetup,andprocessroutecouldbegeneratedandanalyzedbydecisiontree.Thenbyuseofknowledgelibraryandreasoningmachine，thestandardprocessrulesforsemi-finishedproductsofcurvedblockswereobtained．Somestandardprocessmodulesandstandardtherbligbasehadbeencreatedtoimprovethemaneuverabilityoftheoutputs．Theprocessregulationhadbeenextendedtooperationregulationtoguideoperationforworker．Theprototypesystemhasbeenimplementedandverifiedthroughtheexperimentincurvedblocksconstructioncenterbyusingrealblocksintheshipyard．KEYWORDS:computeraidedprocessplanning；curvedblocks；ergonomics；therblig；knowledgelibrary0引言在船舶建造过程中，曲型分段的建造较为特殊。首先，曲型分段的生产特点是多品种小批量，即使是同一艘船，曲型分段相似度也很小。不同的曲型分段，线型不同，胎架也不同，而且大多是单件生产，因而没有工艺规程。其次，曲型分段间差别很大，即便物流量相差不多，但其工艺流程、作业复杂程度不一，对场地、劳动力等的需求也不一样[1]。第三，与平面分段制造的流水线作业不同，曲型分段制造是以胎架、手工操作为主来完成，仍为传统的离散型手工生产方式。在实际生产中，无标准规范可依，错误率高、返工率高。若将工效学中的动素概念(即记录动作的最基本单位[2])引入船舶生产，把手工操作分解成动素，制定标准规范，将大大节约操作时间，提高生产效率。现代船舶设计论文不同船舶的各个中间产品的加工工艺存在显著的差异。即使是同种分段、同种装配体的产品，在尺寸、产品类型、产品结构关系及装配加工序列等方面都有所不同[3]。因此，采用手工逐件设计的方式既耗费时间又耗费成本，难以满足实际生产的需要。目前开发的计算机辅助工艺设计系统大多数是零件机加工工艺规程的计算机辅助设计系统，而船舶装配焊接的计算机辅助工艺设计(ComputerAidedProcessPlanning，CAPP)方面几乎没有相关的成果。与机加工工艺规程相比，曲型分段造船工艺规程的编制更为特殊，对经验的依赖性更大，工艺操作内容需进一步细分。为此，本文提出了半创成式船舶曲型分段生产计算机辅助工艺设计技术。通过决策树确定工艺路线；借助知识库中的规则进行工艺决策；利用工艺块和动素细化工艺；在工艺流程、工艺操作和动素操作3个层次上对船舶曲型分段的生产工艺进行描述，由此得到可指导实际生产的工艺规程和操作规程。1船舶曲型分段生产CAPP的原理1．1船舶曲型分段生产CAPP系统设计框架船舶曲型分段生产计算机辅助工艺设计的基本框架如图1所示，主要由5部分组成。现代船舶设计论文图1基于动素的船舶曲型分段生产CAPP系统框架(1)信息输入模块用来接收组件/零件信息、制造资源信息和各产品的物料清单(BillofMaterial，BOM)。(2)工艺流程确定模块用来确定完整的工艺流程，包括工艺流程主干和辅助工序。(3)工艺决策模块用于生成工艺路线和工艺决策。它包含决策方法和工艺决策知识，即推理机与知识库，两者相互独立。推理机由4个子模块构成，即吊运工艺设计模块、装配工艺设计模块、焊接工艺设计模块和火工工艺(即火焰加工，包括火焰矫正和火焰成形，文中所述火工均指焊接变形的火焰矫正)设计模块。(4)动素操作模块由操作模块将现有工序分解为基本动素、通用动素和专用动素，计算理论工时，输出操作规程。(5)信息输出模块输出格式化的工艺规程和操作规程。1.2B/S的网络结构船舶曲型分段生产CAPP系统是基于B/S网络模式下的客户端应用程序所现代船舶设计论文谓B/S结构即Browser/Server浏览器/服务器结构是随着Internet技术的兴起对C/S结构的一种变化或者改进的结构在这种结构下用户界面完全通过结构主要是利用了不断成熟的语言(VBScriptJavaScript)和ActiveX技术用通用浏览器就实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能并节约了开发成本是一种全新的软件系统构造技术。C/S结构即Client/Server客户机/服务器结构是大家熟知的软件系统体系结构通过将任务合理分配到Client端和Server端降低了系统的通讯开销可以充分利用两端硬件环境的优势传统的C/S体系结构虽然采用的是开放模式但这只是系统开发一级的开放性在特定的应用中无论是Client端还是Server端都还需要特定的软件没能提供用户真正期望的开放环境而B/S结构则不同它的前端是以TCP/IP协议为基础的企业内的结构应用程序相对于传统的C/S结构应用程序将是巨大的进步。现代船舶设计论文图2基于动素的船舶曲型分段生产CAPP系统的主要功能1.3设计路线与一般的CAPP系统不同，船舶曲型分段生产CAPP从工艺流程、工艺操作和动素操作3个层次上描述生产工艺，即在建立产品结构BOM的基础上，确定各种结构件和装配件的工艺路线加工；用什么方法加工；工人应该如何操作，每个工序需要多长的生产周期。如图2所示，从产品结构BOM出发，首先制定清晰的工艺流程和工艺方法，即工艺规程；其次，制定基于动素的操作规程，说明完成一道工序，工人应该遵循的动作要领和操作顺序，形成高效率操作的标准作业规范，必要时可以附图说明，现代船舶设计论文力求简便易懂，可以让员工快速掌握。最后，利用标准动素的时间公式，统计每个工序的工人动作时间、走动时间、作业准备时间等，以形成准确的操作规程。图3基于动素的船舶曲型分段生产CAPPI艺设计路线从“工艺流程-工艺操作-动素操作”的细化思想(如图3)中，可以看出船舶曲型分段生产CAPP系统主要解决3个方面的问题：①工艺流程的确定。目的是生成工艺规程主干，即指明组件的加工过程。②工艺决策。包括工艺的选择、设备与工装的选择、工序参数的计算等内容。③工序细化。结合标准工艺数据库和标准动素数据库，指明基于动素的具体操作顺序。现代船舶设计论文图4逐层细化的思想2关键技术2.1工艺流程的确定生成工艺规程主干的目的是：按照一定的工艺路线原则，根据组件的特征信息，确定组件的工艺流程和装配顺序[4]。通过分析大量的造船工艺过程可以发现，不管组件多么复杂，其加工工艺可以分解成主工序和辅助工序两类。主工序一般是组件加工过程的共同点，如吊运-定位-装配-焊接-火工-吊运。辅助工序包括二次划线、零件翻身等。首先，根据产品的BOM结构，安排零件的安装顺序，结合主工序，初步生成工艺规程的主干；再根据工艺规程的规律性，在工艺规程主干中自动插入辅助工序。工艺规程的规律性采用决策树的形式表示，决策逻辑如现代船舶设计论文图4所示。图5确定工艺流程的决策树在进行工艺决策之前，可以显示中间排序结果供用户确认，当用户不满意时，可对其进行必要的编辑修改，最后形成满意的工艺规程主干，为工艺决策做准备。2.2工艺决策造船工艺决策方法带有明显的专家个人的技巧和智能知识。利用这些专家知识建立起吊运、装配、焊接和火工的工艺知识库。在推理时，将对象的结构特征信息和专家系统中的前提匹配，以决定可以采用哪些或某个工艺，它相当于专家系统中的规则引用。知识库和推理机的相互独立，增加了系统的灵活性。当系统应用环境发生改变时，用户只要对原有知识库进行更新与扩充即可，这些操作可在知识库维护模块完成。生成某个产品的具体工艺规程，是根据已生成的工艺流程，依次访问相应的知