[发明专利]三维空间约束下的船舶分段吊装仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种信息处理技术领域的系统，具体是一种三维空间约束下的船舶分段吊装仿真系统。

背景技术

船台(船坞)是船厂最重要的设施，其数量、尺度是决定船厂生产能力的主要依据，船台的生产能力决定了每年船厂的生产量，因此船厂总是最大限度地发挥船台的能力，优化船台吊装网络，合理安排资源，有计划地缩短船台周期，提高其利用率。如何优化船台吊装网络计划是一个非常复杂的问题。对于一艘大型船舶一般船厂将其划分为200～300个分段，甚至更多。有的分段需要总组立成一个大分段然后进行船台大合拢；有的分段则直接在船台上吊装。分段与分段之间有严格吊序，底部分段吊装要先于相应的舷侧分段完成；左右分段(P/S)一般要同时吊装，然后同时施焊，以减少变形和提高造船精度。

船台吊装网络优化就是合理安排吊装的起吊时间、设备和场地的使用。大型船舶的吊装涉及数百个分段以及设备和场地等因素，吊装过程经常由于场地空间受限难以摆放和起吊，导致需要多次用运输车辆来摆渡，占用了宝贵的设备资源并浪费了时间；同时分段搭载过程容易发生干涉，导致反复吊装，吊装计划非常不准确。应当考虑到吊装过程中的三维空间约束，在吊装没有实现之前，对计划进行仿真和优化，从而提高吊装的一次成功率。现有的仿真建模模型有：CSDG模型、UML模型、OML模型及Petri网模型等。

经对现有文献检索发现，在采用面向对象的过程建模，定义过程中的各种实体属性和行为，采用Unified Modeling Language(UML)语言(“Proceeding of the 2001Winter Simulation Conference(美国2001年冬季仿真会议论文集)”，p4)。韩国KAIST的J.K.Lee采用有向图方法对船台吊装过程建立了模型(AI Magazine，卷16，期.4，78-94页)，但是上述两种模型描述船舶吊装过程都具有局限性，复杂度不够，还没有形成完整的系统。

又经检索发现，韩国Kim，Lee J.K.等利用一种含约束有向图搜索(Constrained Directed Graph Search，CDGS)的方法来优化吊装调度(International Journal of Computer Integrated Manufacturing(计算机集成制造国际期刊)，18卷，6辑2005.9，p427-441)，其考虑到船台区域吊装设备和空间场地的限制。CDGS是一种基于规则的启发式的搜索方法，更容易获得一个局部解，但是空间布局的输入中仅仅考虑到二维，并且输出的约束并没有用到计划的优化。

经检索还发现，上海交通大学刘建峰通过简单遗传方法优化了吊装过程调度，并且获得了每个分段的最优开吊时间(“基于PWBS船体建造运作策略研究”，上海交通大学博士论文，2000)。主要的优化目标是在满足给定船台周期的条件下，平衡工作负荷，使得焊接工作、预舾装工作和分段生产能够平衡。上海交通大学续爱民采用遗传方法解决时间安排、设备使用调度等船台吊装网络优化问题(“船台吊装过程调度优化关键技术研究”，上海交通大学博士论文，2008)。然而上述技术都没有考虑到船舶在实际吊装过程中受三维空间的约束，无一例外的将分段吊装简化为二维方块来进行求解，使得计算结果和实际有较大出入。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种三维空间约束下的船舶分段吊装仿真系统。本发明在三维空间约束下，对船舶分段吊装进行仿真，不仅能为船舶制造业的吊装提供有力的技术支撑和科学数据，而且提高了船舶制造企业资源的综合利用率，大大缩短船舶吊装时间，实现良好的经济效益。

本发明是通过以下技术方案实现的：