汪玲玲 _2015201286_造船虚拟制造技术的应用以及研究意义

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1、月2015年11月汪玲玲：造船虚拟制造技术的应用以及研究意义造船虚拟制造技术的应用以及研究意义汪玲玲天津大学机械工程学院机械工程专业2015级硕士生摘要：船舶的生产制造是一个十分复杂的过程，在传统的造船行业中，对资源和能量的消耗和浪费大，成本高，失败率高，投资额度较大，某个小环节出现问题，将影响整个生产。而一些潜在的问题很难提前预测，只有投入生产甚至使用后才会发现问题。虚拟制造技术可以为船舶的生产制造提供设计方案以及可制造的环境，可以尽早地在发现船舶在设计当中的问题，预测产品的性能和指标，不仅降低了失败率、节约了成本，还缩短了生产

2、周期。关键词：虚拟制造船舶关键技术应用价值研究意义月2015年11月汪玲玲：造船虚拟制造技术的应用以及研究意义0前言就目前中国国情以及世界发展趋势看，资源和环境已经占据越来越重要的位置，也是制约发展的关键因素。船舶的生产制造是一个庞大而复杂的工程，可谓一环扣一环，每一个部件的设计制造都对整机的成功起着不可忽视的作用，传统船舶业对船舶从设计到生产制造，到报废的整个生命周期都没有准确的把握，以至于设计上的失误、生产工艺上的失误在早期没有被发现而影响到后续的工作，造成了资源和能量上的极大的浪费，成本和失败率都非常高，以至于市场投放周期长

3、，严重制约了造船业的发展。上述问题被提出，是在《上海科技发展预见与选择》一书中，该书结合世界先进国家对船舶业的未来发展方向提出上海在该行业要取得突破的技术难点。虚拟制造技术通过将计算机技术、信息技术、仿真技术结合并加以合理利用实现对船舶的设计、制造、加工、装配、以及回收处理进行全方位的仿真分析，对船舶的功能、经济性以及生命周期进行预测，并结合统计结果评价资源利用率，得到最优化的生产计划以及设计方案。最大限度地提升产品的制造可行性，降低生产成本，提高生产效率，降低失败率。1虚拟制造技术概论1.1虚拟制造技术的定义虚拟制造技术作为一项

4、综合技术，继承了计算机图形学、多媒体、人工智能、多传感器、网络、并行处理等技术的最新发展成果，利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使用户投入到该环境中，是实现用户和该环境直接进行自然交互的技术。包括建模、仿真、虚拟现实技术。可对产品过程进行虚拟集成，优化产品设计。虚拟制造系统包括建模、仿真、虚拟现实技术。可对产品过程进行虚拟集成，优化产品设计。虚拟制造技术可以为船舶的生产制造提供设计方案以及可制造的环境，可以尽早地在发现船舶在设计当中的问题，预测产品的性能和指标。1.2虚拟制造系统虚拟制造系统按照功能的分类可分为三个子环境

5、：一是虚拟设计制造中必须达到产品模型设计的标准，因此相关负责人必须向设计者提供虚拟设计和制造的工具。二是虚拟制造加工中心必须具备生产规模和计划的可行性，因此有关部门负责人研究产品制造环境模式与过程模型必须符合标准；三是虚拟制造控制中心在一些方面必须做出及时有效的评价，评价的主要内容涵盖生产技术方面、生产控制策略方面、产品原理方面、制造模型方面和产品设计方面。2虚拟制造在造船业中的应用2.1船舶虚拟制造系统月2015年11月汪玲玲：造船虚拟制造技术的应用以及研究意义船舶虚拟制造系统是船舶实际制造系统在计算机中的映射。船舶虚拟制造系统

6、为船舶建造提供了一个用于增强各级决策与控制的一体化、综合性的制造环境，以协作的方式提供给船舶的设计、制造部门相应的工具集，包括工具、仿真工具、实现工具、仿真工具、实现工具、控制工具和各种模型(产品、过程和资源模型)，用户可以选取所需的工具构建相应仿真环境，对产品从概念设计一直到维护的全生命周期进行模拟。在船舶实际制造系统中，物流、信息流在一定的控制机制下，按照制造要求被转变为相应的船舶产品，然后通过对实际制造系统进行抽象、分析、综合，得到实际产品的全数字化模型并存储在企业数据库中;船舶虚拟制造的最终目标是反作用于实际建造过程，用来

7、指导船舶建造，其既涉及到船舶设计制造有关的工程活动，又包含与企业组织经营有关的管理活动(见图1)。图1船舶虚拟制造系统和实际制造系统2.2虚拟制造技术在船舶设计制造过程中的应用(1)材料模拟仿真：将材料制备工艺微观过程学进行仿真，将船舶制造材料的成分、结构、性能进行优化设计。(2)虚拟加工：可对船舶的整个加工过程进行仿真模拟。包括对工件的几何参数和轨迹的仿真；对加工过程物理参数的预测和分析；对船舶运动、动力学仿真。这些仿真便能在船舶的设计阶段动态地呈现出来，并能预测船舶的性能。(3)虚拟装配：计算机技术和虚拟现实技术联合,首先创建

8、虚拟的船舶模型，再利用虚拟装配环境进行船舶性能的实验仿真。操作者实现交互式控制船舶装配过程，然后据此评估船舶的可装配性，并在此基础上优化船舶的装配过程。(4)虚拟包装：操作者可在虚拟环境中对外观设计进行修改，对船舶的外观设计进行评价，使其更加的合理