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摘要
为了解决船舶分段装配工艺设计自动化程度低对施工周期时间和施工质量产生不利影响的问题，本文提出了一种新的方法。一种新开发的船体结构装配单元确定系统。首先，建立了包含零件信息和连杆机构信息的船体模块装配信息模型。根据船体结构的结构特点和装配工艺，提出了零件间的连接。其次，基于模糊评价准则建立了装配关系矩阵，给出了装配单元划分的模糊聚类分析方法。第三，通过对船体结构装配能力的分析，建立了一套评价指标，其权重由层次分析法（AHP）确定。同时，该评价模型由模糊模型提供。通过计算装配分区方案的综合评价值（FSE）和综合评价值，判断最终的优化方案。以一个模块装配为例，对该方法进行了验证，结果表明该方法是解决船体结构分块问题的有效方法。
1.简介
船是由一个大的船体结构件的焊接数量。至最大限度地利用过程共性，扩大工作范围改善工作条件，船舶总成遵守现代造船工作包分解原则。船体被分成数百个构件（例如大约在30万吨级超大型油轮的情况下，有200个构件），这些构件进一步分割成几个单元块，可以由两个或更多中间组件和子组件。中间装配由几个部件组成，部件由钢板和型钢。考虑自下而上的组装程序，船体结构装配到装配钢的水平最终船体的板和截面应分为组件级，中间组件级，单元块组件级，模块组装水平和最终船体组装水平。集会单元是每个组装级别的成品，用作下一级部件。
在组装单元结构中，因为每个单元都是由焊接各种尺寸和形状的钢板和型钢，装配单元的确定非常困难，而且仍然是根据经验和诀窍手动实现装配工程师。因此，认识到基于归纳法的装配单元划分自动化熟练的装配工程师的经验，以形成一个有效的决策方法，可以降低成本，提高质量，以及提高生产力。
减少独立零部件的数量在复杂机械产品的装配顺序规划中，组件识别与提取是目前研究的热点从许多研究人员那里可知。从文献中我们可以看到组件形成有一些基本方法，例如交互式组件反汇编方法、“setcut”方法和关系映射方法。这些方法建立装配自动化的基础单元划分，但它们在实际生产活动中有一些缺点。交互式组件拆卸方法主要是关于制定一个必要的和人类设计师要回答的足够多的问题自动化程度相对较低。“剪切集”方法可以在理论上，但这种方法总是遭受“状态爆炸”的困扰零件数量的增加。关系图法利用装配联络图上的连接矩阵生成所有几何可行的装配单元，但方法可能导致复杂的矩阵计算，这使得计算变得困难产生有效结果。
近年来，越来越多的学者关注精确的装配建模方法和数学组件。实现全自动分区系统的王模式等。指出，应考虑装配约束，包括拓扑约束、几何约束和工艺约束，并将其合并到装配模型中，以便更有效地识别组件。邢等。提出了一个具有邻接矩阵和三个组件模式的组件建模，分别用数学方程描述。然后通过从邻接矩阵和其他约束中选择检测到的不同子部件来创建装配树。高等人。采用基于灰色系统理论的灰色聚类方法进行组件识别。该方法以产品中具有邻接关系的零件对为聚类对象，聚类指标包括拆卸能耗、拆卸时间、拆卸方向和零件对直径。Jeonghan等人用产品装配的联络图表示装配和子装配，然后给出混合整数规划。对装配图的分区进行建模。张等。使用飞机装配树的类型层次表示主要然后提出了一种模糊聚类方法。在对象上找到所需反汇编方案的算法不包括在主体结构中。
尽管这些学者在生成方面取得了很大进展装配单元，所建议的方法并非所有的通用方法。产品和需要足够的领域特定知识。作为一个结果，上述方法不适合造船，因为他们的极限。首先，这些方法强调几何约束和机械装配过程约束，但是两部件之间的联动特性及设计焊接结构中零件的特征是未考虑。其次，子部件识别在数学上是NP完全的，并且子部件识别的计算效率也很高。上面提到的算法仍然不令人满意。与此同时，每种算法的计算结果都是唯一的和困难的。根据生产条件的变化进行调整。第三，获取的程序集方案只能与程序集匹配产品结构中的关系缺乏系统分析基于产品的装配能力。因此，本文给出了一个船体模块的连杆图模型，该模型包括通过考虑零件信息和联动信息船体装配的各种装配约束。在此基础上对于装配模型，新的装配单元划分方法是提出了自动获取船体分解方案基于模糊聚类的装配结构。所有可行的通过调整模糊割矩阵的阈值。此外，为了有效地评估生成的分区方案，我们建立了装配能力并给出了基于此的装配能力评价方法FSE。
本文的其余部分组织如下：在第2节中，我们建立了解决方案的框架。在第3节中，我们介绍了块装配信息的表示方法。第四节提出了一种基于模糊聚类的分块方法。在第5节中，我们提出了基于FSE的装配单元划分方案。在第6节中，我们展示了一个块分区的案例，展示了如何建模、分析和评估系统。结论见第7节。
2.解决方案的框架
造船厂的装配单元划分定义了工作船舶战略。在这个过程中，设计师决定如何从大量可用的船体部件建造船舶。确定合适的装配单元使船体装配过程更加灵活、简单和快速。目前，这项工作是在生产计划阶段由一些熟练的工程师手工完成。然而，由于时间压力和设计人员的专业知识，只有很少的分区方案可以在实际造船活动中进行优化。
在本研究中，我们建立了一个装配单元的决策系统。基于模糊数学的划分。整个系统框架如图1所示。第一，物料清单数据从造船计算机辅助系统中提取模块模型。设计（CAD）系统，其中包括零件信息和部件之间的关系在接口程序中定义。用根据装配模型的定义，提出了一种模糊聚类方法。确定组装单元。对于存在多个可行的装配方案，我们使用FSE方法来选择一个最优的装配方案。装配单元划分方案。最后，优化装单元划分方案将输入造船CAPP在每个装配级别上装配顺序的系统并确定这些机组的焊接工艺方案。
3.船体装配信息的表示
要启用自动装配单元分区，所有相关的产品信息应组织和表示为计算机内的产品组装模型。传统的装配模型，产品一般用联络图来描述由de Fazio和Whitney提出。图表可以是通过从CAD模型直接或/和间接，但它是设计的仅表示几何装配信息和装配过程信息。一些分区可以从机械产品的几何和工艺观点，但由于零件和焊接结构内的连接。支持这一决定良好装配分区计划和装配过程的评估船体平面图，本研究中使用的装配表示法集成几何和非几何装配数据，以及以面向属性连接的形式表示图，称为块装配信息模型（BAIM）.
本文将BAIM定义为两元组BAIM=（N，E）。
其中：N表示一组节点，E表示一组边。每个节点被定义为块的一部分，每个边都被定义作为两部分之间的几何关系。相应的BAIM中节点和边缘的属性含义定义为以下几点：
- 节点的属性信息包括零件号，零件名称、零件类型、对应的块编号、零件区域，零件材料、零件重力、连接到它的零件数量，零件基础特征值等。
零件基础的特征值是非常重要的非几何信息，它由零件面积、零件重力和连接到零件的零件数量决定。定义为PBI的第i个零件基础的特征值可以是描述为：
（1）
在是第i部分的面积，是第i部分的质量，是与第i部分相连的零件数，alpha;、beta;和delta;分别是各方面的相对重量，根据expert的经验，其值最适合选择alpha;=0.5、beta;=0.2和delta;=0.3是一个整体中的零件数。
零件面积越大，质量越重，连接件越多，其特征值越大。非几何信息的包含有助于减少可能的解决方案。
- 边缘的属性信息包括链接编号，对应的块号，链接的源节点号，链接的目标节点号、链接方向、链接类型，连接长度等。
链接类型分为五类，如图2，它是面到边类型，边到边类型，门贯穿件类型、环板贯穿件类型和分别为水密渗透型。
连接方向定义为图3所示的特殊坐标，包括六个方向，如头部、尾部、顶部、底部、外部和内部。为了证明链接的方向正确，本文定义了与协调。在连接边缘，如果零件具有更高的特性值，然后是源节点和另一个是目标节点。定向边缘的方向是从源节点到目标节点[17–19]。我们可以进一步证明焊接姿态的连接方向按其连接方式方向。
- 基于模糊聚类分析的船体分割理论
4.1装配单元划分模糊关系的定义
在现代造船活动中，船体装配单元划分主要是根据实验和装配工程师的专业知识。在装配过程中工艺设计，装配单元划分主要集中在不限制设计的零件连接的合理性功能。评估零件连接、装配的合理性工程师们经常考虑一些通常拥有的评估规则模糊特性，如装配调整困难，焊接姿势对工作效率的影响因此，本文介绍了起重机的转向过程等。装配单元模糊数学中的概念与理论造船中的隔板。
假设，表示的部件集每个块。这意味着一个块由n个部分和pi组成是块中的第i部分。因为M的相关因素决定了对于一个零件，每个零件都可以定义一组M元素，用表示。直接产品可以定义为：
（2）
模糊关系定义为Ptimes;P中的子集，它的成员函数是二进制函数的一种形式，可以表示为：
（3）
本文利用模糊关系来评价装配划分过程中连接的合理性，隶属函数代表了合理性的度量。较大的表示较好的合理性，较小的表示较差的合理性。如果的值为零，则表示和之间没有关系。因此，装配单元划分的模糊现象可以用模糊关系来描述，模糊关系表达式也可以转化为合理的模糊关系矩阵。
4.2会员等级的确定
为了得到成员函数在建立模糊关系矩阵，需要考虑累积造船工程师的经验和专业装配知识。在本研究中，我们选择主观评估法来确定会员资格等级。而且，按顺序为了避免任何个人偏好的影响，最终结果价值平均数是几个专家的综合意见。
根据上述方法得到的模糊矩阵符合相似模糊关系的定义。因此，它具有自反性，表示为=1，，其特征表明零件与自身具有最紧密的联系。它还具有以=，，表示的对称性，表明连接合理性与连接方向之间没有关系。
为了计算不同连接类型的合理性，开发了基于规则的专家系统，根据BAIM的信息自动确定会员等级。以下是一些规则示例。
规则1：如果和没有联接，那么=0
规则2：如果连接的种类是边界对边界，而且和都是平板，那么=0.9
规则3：如果连接的种类是面对边界，而且是强构件，是平板，那么=0.8
规则4：如果连接的种类是面对边界，而且和都是平板，连接方向是向底面，那么=0.7
规则5：如果连接的种类是面对边界，而且和都是平板，连接方向是垂直的，那么=0.6
规则6：如果连接的种类是贯穿，是强构件，是平板，那么=0.5
规则7：如果连接的种类是面对边界，而且和都是平板，连接方向是向顶面，那么=0.4
规则8：如果和之间有个连接，那么=1
4.3模糊传递闭路
只有一个集合符合模糊等价关系，才能根据模糊数学实现了其子集划分。然而，通过上述方法得到的模糊关系矩阵方法只能满足反身性和对称性的要求没有传递性。因此，该矩阵是相似关系，而不是等价关系，必须进行变换通过传递闭包进入模糊等价矩阵方法。
利用传递闭路从给定的模糊相似矩阵中计算模糊等价矩阵。给出了一个模糊相似矩阵R，用最大-最小组合的矩阵乘法计算其传递闭路b（R）。根据矩阵为模糊等价矩阵的充要条件，b（R）计算为：到，此时是模糊等价材料。
在确定了之后，用给定的阈值lambda;isin;[0，1]得出了一个广义的等价关系，即lambda;级割矩阵。自R以来是一个模糊等价关系，应该是一个等价关系。通过调整数值lambda;，可以很容易地控制设定分区扫描的粒度。当lambda;=0时，将m个模糊数据序列划分为一个聚类。相反，当lambda;=1时，通常将m个模糊数据序列划分为m个聚类。如果0le;lambda;1le;lambda;2le;1，则每个部分从处划分为的子集。所以的除法是进一步划分集合的过程这使得船体的装配单元划分相当灵活，为船体设计人员提出最佳方案提供了极大的方便。在装配单元划分中，lambda;的值不能任意确定，应根据不同值的试验结果进行选择。
- 装配单元零件的评定
5.1模糊评价模型
在上述方法中，装配单元集的粒度可以通过调整lambda;的值来控制。因此，结果分裂不是唯一的。从施工角度来看，造船企业应建立一些装配能力根据自身产品的特点、生产条件以及造船工艺水平。为了有效地评估装配单元划分方案，一些判断原则是呈现如下：
- 焊接工艺规程
焊接是整个装配过程中的主要工序。因此，当我们确定块的划分方案。首先，连两个组件之间的接口应适合为减少焊接时间和操作而进行的焊接操作困难。其次，每个组件都应该有合理的结构坚固，足以吊起和运输。第三，尽可能减少上焊作业因为这样会浪费组装时间，提高焊接质量困难。
- 焊接资源利用规律
在处理笨重货物的造船厂块或组件，必须使用起重机等昂贵的物料搬运设备。因为空间装备这样的设施通常是有限的和瓶颈的，组件的尺寸和重量。
焊接作业是一个连续的装配过程，通常使用高效、精密的焊接设备，这通常是瓶颈资源。因此，A的划分方案砌块应适合使用最合适的高效设备。改进几个闲置的，合理配置提高资源利用率。
分配给部件的每个块或子部件占用正在建造的车间空间。因此，分配给装配的部件所占用的总面积不应超过规划水平中任何一天的闲置工作区面积。
- 工作量平衡规则
因为精益船舶生产需要一个连续和统一的必须建立和遵循流程、构建策略反映正确的工作分解，尤其是阻塞故障。在这方面，区块划分应一致。要平衡和协调以下两个方面不同作业线的工作量。第一个是最大值利用集团技术（GT）的优势。部件需要在几何、尺寸和焊接类型上具有相似性，子部件将在分割后分配给族分组一个街区二是生产节奏的控制有助于保持内部连续、统一的工作流程制造水平。
- 相关过程影响规则
组装块的主要操作是焊接操作。此外，整体上还有舾装
资料编号：[4279]
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