摘 要

本文借助虚拟仿真建模软件DELMIA，对18000DWT散货船的甲板分段进行了虚拟装配。首先进行了分段三维建模，定义了装配过程中涉及的设备模型的机械装置，动画模拟了甲板分段装配的流程，并对流程进行了干涉检测、人机工程分析和方案装配工时预估，虚拟装配所得结果对于实际分段装配检查设计不足、优化设计方案和指导工人施工具有重要的指导意义。

论文主要研究了利用DELMIA软件进行虚拟装配时干涉检测技术、人机工程分析技术和装配工时预估的操作办法和结果分析,根据分析结果提出修正方法。

研究结果表明：利用虚拟装配技术，可以在虚拟环境中模拟分段装配的全部流程，使加工工序预先可视化，检查隐藏的干涉碰撞、工人施工难点，帮助设计人员修正和优化生产设计、选择工艺方案，指导实际生产。

关键词：分段虚拟装配；DELMIA；干涉检测；人机工程；工时预估

Abstract

In this paper, the virtual assembly of a deck block of 18000DWT bulk carrier is carried out by means of virtual simulation modeling software DELMIA. Firstly, the three-dimensional model of the block is built, and the movement mode of each device involved in the assembly process is defined. The process of the sub-assembly of the deck block is simulated and analyzed by ergonomics. The interference in the process is detected and the length of working hours is estimated. The result of virtual assembly is of great significance for checking the errors of the design of the actual block assembly, optimizing the design and guiding the construction of workers.

This paper mainly studies the operation methods and the results analyzed with the interference detection technology, the man-machine engineering analysis technology and the assembly working hours estimation when using the DELMIA software for virtual assembly. According to the analysis results, correction methods are proposed.

The results show that the virtual assembly technology can be used to simulate the whole process of segmented assembly in virtual environment, so that the process can be visualized in advance, the hidden interference collision and the difficulty of workers' construction can be checked. It also helps when the designers compare the working hours consumption of different schemes, revise or optimize the production design and select the process plan, guiding the actual production.

Key Words：Segmented virtual assembly; DELMIA; interference detection; ergonomics; man-hour estimation

目 录

第一章 绪论 1

1.1论文研究背景 1

1.2当前国内外研究现状 1

1.2.1国外虚拟仿真技术研究现状 1

1.2.2国内虚拟仿真技术研究现状 1

1.3研究意义 2

1.4论文研究内容及章节安排 2

1.4.1基本内容 2

1.4.2章节安排 3

第二章 产品建模和机械装置定义 4

2.1产品建模 4

2.2设备资源机械装置定义 7

2.3装配过程动画模拟仿真 10

2.3.1准备阶段 10

2.3.2设备和产品的布置方法 10

2.3.3动画模拟工具 12

2.3.4倒序和顺序调整工具 13

2.4本章小结 14

第三章 干涉检测与调试 15

3.1.在分段基础上的静态干涉检测 15

3.2在装配过程中的动态干涉检测 20

3.3本章小结 20

第四章 人机工程分析技术 22

4.1工人模型建立 22

4.2工人模型的基本指令 23

4.2.1定位 23

4.2.2手持半自动焊并保持抓握状态 24

4.2.3行走 26

4.2.4登上施工平台 27

4.3施焊姿势调整和视野 28

4.4确定可达范围 30

4.5 RULA分析 30

4.6本章小结 31

第五章 装配工时预测和总体掌握 33

5.1甲板分段装配方法 33

5.2装配方案中影响装配工时预估的主要因素——焊接 33

5.3 Gantt图表分析技术 34

5.4本章小结 35

第六章 总结与展望 36

6.1论文总结 36

6.2展望 37

参考文献 38

致 谢 40

第一章 绪论

1.1论文研究背景

船舶是高尖端科技产品的集成体，船舶设计制造是一个任务量大且工艺复杂的工程。然而由于设计工作的复杂性、场地和设备的限制以及各种不确定因素，常常造成产品装配相互干渉和施工困难等问题，不得不中途返工甚至修改设计，耗费了极大地人力物力，大大削减了生产效率，延长了装配工时，增加了生产成本，结果不尽如人意。充分利用现有场地、设备和资源，在保证船舶使用要求的条件下，最大程度的缩减开支，节约人力物力，提高产品质量，缩短装配工时，是船舶工业孜孜以求的目标。

1.2当前国内外研究现状

目前已投入应用的虚拟仿真软件系统有Vega（视景仿真）、Virtools（游戏开发）、CATIA V5 DMU（工程）、实时数字样机Mockup和Concept（工程）、Division Mockup（工程）以及DELMIA（工程）,其中DELMIA是当今业界应用范围最全面、集成和协同程度最高的3D数字制造软件^[1]。

1.2.1国外虚拟仿真技术研究现状

世界造船大国都竞相开展虚拟仿真和评估相结合的船舶虚拟仿真设计的相关研究，并投入应用。Praehofer于上世纪90年代就提出了针对离散式生产系统仿真的建模和仿真方法，并利用Java Beans构建了仿真系统，在该系统中初步实现了离散式生产过程的顺序推进;Ju-Hwang Cha和Myung-I1 Roh针对船舶制造系统提出了新的生产系统仿真的模型结构，利用基于DEVSim 内核的仿真语言建立了一套仿真系统，将仿真系统分为基本仿真层和实际应用层，划分了船舶生产系统中各类元素在该仿真系统中的结构位置并完成了产品工艺性能分析;Tim Baines、Stephen Mason等人提出了由于人的身体和心理对人工作行为的影响，在制造过程仿真中不应把生产人员仅仅当作简单的资源来处理，并提出了在离散仿真系统中人体行为的建模方式，将其集成到仿真中测试了效果^[2]。

许多知名船舶公司也积极应用虚拟仿真技术，例如挪威 Ulstein Design公司已利用虚拟仿真对钻井船的全船总布置、外观设计等进行综合测评，模拟分析船舶水动力，并对制造施工流程进行动态仿真。Technip跨国公司在设计海洋平台时，会对制造、安装过程预先模拟，评估优化方案，并将此作为工艺指导的重要依据。

1.2.2国内虚拟仿真技术研究现状

我国也抓住机遇，在先进虚拟仿真技术及其应用领域开展了研究，然而在船舶与海洋工程领域依然有待深入，目前仍然处在理论研究和初步应用阶段，积极吸收国外技术并客观结合国内环境。