[發明專利]一種基于三維模型的船體分段吊裝設計方法及設計平臺

有效

• 申請號: 202010611216.7
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111737877B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 李瑞;孫瑞雪;汪驥;董利民;王曉鵬;李政潤;劉玉君;竇鈞;張帆;李京
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;大連船舶重工集團有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 崔玥

1.一種基于三維模型的船體分段吊裝設計方法，其特征在于，包括：

獲取船體分段信息、吊車信息、船體擺放位置信息和吊裝作業要求；

根據所述船體分段信息和所述吊裝作業要求確定吊點位置；

所述根據所述船體分段信息和所述吊裝作業要求確定吊點位置，具體包括：

獲取分段重心坐標和分段框架結構信息；

根據所述船體分段信息中的板架結構數據和所述吊裝作業要求進行吊平面識別；所述板架結構數據包括板架重心位置、板架結構邊界和板架的投影面積；

根據所述分段重心坐標、所述分段框架結構信息和吊平面信息通過自動算法程序計算吊點位置坐標；

平臺包含智能工藝庫，用于存儲自動算法，基于船體分段信息、吊車信息、船體擺放位置信息和吊裝作業要求中分段類型、是否翻身和翻身角度，與智能工藝庫算法索引信息進行匹配，每個算法通過分段類型、是否翻身、翻身方向和翻身角度進行索引；

所述自動算法程序的基本原理是：讀取分段重心坐標、分段框架結構信息及已識別的吊平面信息，通過后臺程序以吊點的分散性和均勻性為優化目標，以吊裝過程中的吊索斜拉角度限制、力與力矩平衡和吊纜最大拉力約束為約束條件，建立吊點布置的多目標優化模型并求解得到吊點位置坐標；

所述自動算法程序的數學模型由目標函數和約束條件構成，目標函數為：

f＝max f₁(L)+min f₂(L)

分散性目標函數如下：

均勻性目標函數如下：

分散性目標函數式中，L_i表示第i個吊點的位置向量，n_i為吊點的數量，D為任意向量，D的頂點一般選為船體坐標系的原點；依次叉乘D指向吊點的位置向量，求得以吊點為頂點的多邊形的面積；吊點的分散性通過以吊點為頂點的多邊形面積函數來進行評價；

均勻性目標函數式中，L_i，L_j為吊點的位置向量，U(L_i)為單個吊點的勢函數值，n表示凸多面體的邊的總數量，表示L_i關于凸多面體第l條邊的面外對稱點，n_i為吊點的數量，d(L_i,L_j)表示L_i與L_j間的距離，表示L_i與間的距離；為L_i與凸多面體面內除L_i外其他吊點向量的勢函數的計算值，為L_i與所有吊點向量的面外對稱點的勢函數的計算值；通過求和凸多面體面內、面外的勢函數值，得到吊點的位置向量L_i的最終勢函數值，最后對所有吊點的位置向量進行計算，求得整體的勢函數值；吊點的均勻性基于勢函數的均勻性來度量，通過計算吊點與吊點間的距離評價吊點之間的分散性，以吊點為頂點構成一個空間體為凸多面體，以凸多面體的邊為對稱軸，將凸多面體對稱復制，通過吊點與吊點在面外的對稱點的距離評價吊點與邊界的距離；

約束條件如下：

吊索斜拉角度限制約束：吊點位置處的吊點與吊車通過吊纜相連，為保證吊裝過程的穩定性，平衡梁上的吊纜應始終垂直于地面，吊平面與平衡梁下的吊纜形成的夾角不應該超過規定的最大斜拉角度；

吊索斜拉角度限制約束公式如下：

α_i-α_max≤0

式中，α_i表示第i個吊點的吊纜與吊平面法向量的夾角，α_max表示最大的斜拉角度；

力與力矩平衡約束：吊裝過程中，分段的起升速度和運行速度較慢并且在整個吊裝過程保持勻速直線運動，因此針對吊裝過程進行應用靜力學分析，使其受力平衡；

力與力矩平衡約束公式如下：

式中，F表示船舶分段所受拉力的總和，即分段的重力，t_i表示第i個吊點所受拉力，L_i表示第i個吊點的位置向量，n_i表示吊點的數量；

吊纜最大拉力約束：針對吊車，要保證吊鉤上每一根吊索承受的拉力不能超過吊索拉力的極限；

吊纜最大拉力約束公式如下：

式中，t_max表示吊纜最大許用拉力；

根據所述吊點位置確定吊耳型號；

根據所述吊點位置、所述吊耳型號、所述吊車信息和所述船體擺放位置信息建立船體分段吊裝三維模型；

基于設計結果，進行方案信息完整性校驗，由計算機程序校驗是否存在必要信息缺失，如存在必要信息缺失，提示設計人員進行完善；完整性校驗通過后，由計算機程序生成三維工藝方案文件，文件包含以下信息：分段信息、吊車信息、工藝信息、吊裝工藝設計信息；

基于三維仿真設計平臺，解析三維工藝設計文件，生成三維模型及三維工藝方案；

根據所述船體分段吊裝三維模型模擬吊裝操作，判斷吊裝設計是否符合吊裝工藝要求；若符合吊裝工藝要求，則根據所述吊裝設計生成三維吊裝作業指導文件；若不符合吊裝工藝要求，則返回步驟“根據所述船體分段信息和所述吊裝作業要求確定吊點位置”；

判斷吊裝設計是否符合吊裝工藝要求包括根據位置信息和姿態信息判斷吊纜和船體分段結構相對位置關系是否出現碰撞情況；

判斷是否出現碰撞情況即是進行碰撞體仿真驗證：由計算機后臺運行碰撞體仿真算法程序，對實時反饋的三維模型姿態數據進行運算處理，得到各吊纜與船舶分段結構的相對位置關系數據，解析得到碰撞結果，碰撞發生時由計算機向設計人員發出提示。