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船舶装配工艺设计CBR方法的应用

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摘要:在船舶的生产与制造过程中,分段装配工艺耗费时间与成本最多,为了提高船舶分段与装配的工艺设计水平,降低船舶装配成本,本文引入了一种基于案例推理CBR的装配工艺知识管理系统,该系统具有船舶装配案例的检索、整理等功能,能够从大量船舶装配案例中提取重要的装配工艺数据,并应用于船舶的分段装配过程中,在工程实际的应用中表明,该基于案例推理CBR的船舶分段装配工艺管理系统具有改善分段效率,提高装配质量等功能。

关键词:CBR;分段装配;工艺设计;数据检索

引言

船舶作为重要的工业产品,在社会生产过程中发挥着非常重要的作用,船舶工业的先进与否也直接反映了一个国家的工业生产水平。我国尽管拥有悠久的造船历史,但现代造船工业的起步较晚,与世界上其他造船大国,如美国、瑞典和韩国等之间还有很大的差距,因此,有必要对船舶制造业进行研究,提高我国的船舶工业水平。船舶制造过程非常复杂,是一个大型、综合性的工业生产过程,集合了电气、机械、动力学、流体力学等多门学科。由于大型船舶的结构复杂,且船型很多,难以实现一体成型,必须要将船舶分为几段单独制造和装配,然后再将分段后的船体进行焊接和装配。船舶的分段装配占据了船舶制造过程的大量工时,也消耗了大量的成本,因此,提高船舶分段装配工艺具有重要意义。本文采用了基于案例推理(CBR)的方法,对船舶分段装配过程的工艺序列等内容进行了详细的研究,并构建了基于CBR的船舶分段装配知识管理系统,提升了船舶分段装配工艺的合理性,降低了船舶的生产与制造成本。

1基于案例推理CBR技术的研究与发展

基于案例推理(CBR)最早是1989年Porte提出的概念,是一种将基于范例数据库和规则方法的优化算法,图1为基于案例推理CBR的原理。由图1可知,基于案例推理的一般流程为:首先提出新问题和新案例,然后从先前案例数据库中进行案例检索,寻找先前案例具有能够解决当前案例问题的合理部分,并对当前新案例进行修正和测试。经过不断的案例筛选和修正,最终获得质量较高的新案例。基于案例推理CBR的关键环节包括:1)知识的重用基于案例推理最关键的环节是知识的重用,通过分析大量的数据库信息,并进行知识的筛选,获得具有指导意义的经验。2)信息集成基于案例推理方法不仅需要结合数据库的先前案例信息,还需要做到与新方案相关信息的集成。在CBR方法中,知识和信息的定义不同,知识在CBR数据库中具有指导意义,也是新案例在参考CBR时主要获取的东西;信息在CBR方法中分为主观信息和客观信息,主观信息是新方案在设计过程中,设计者主观做出的方案计划,客观信息是指当前方案所能提供的一些参考信息。3)层次划分在基于案例推理过程中,知识的管理具有重要意义,对不同的案例与知识进行层次划分,比如按照不同的应用背景和问题进行划分,有助于提高基于案例推理的应用效率。4)概念推理概念推理如组织单元、业务过程等,可以建立不同主体之间的关系,提高CBR的整体性。

2基于CBR方法的船舶分段装配工艺设计

2.1船舶分段装配工艺的研究

在现代造船方法中,船体的建造、舾装和船体涂装是3个主要的流程,其中,舾装又可以细分为分段与装配等。船舶分段装配工艺的优劣性直接决定了整个造船过程的质量和成本。船舶分段工艺按照工艺特征可以分为设计、放样、物料加工、部件装配、整体装配等,工艺流程图如图2所示。船体分段的方法有很多,其中,以船体外形分段对于改善后期加工与焊接过程有积极的作用,船体按照外形可以分为以下几种:1)平面段平面段是船舶上具有单层平面板架的分段,比如船舱分段、船舶甲板分段、船舷前侧分段等。平面段的加工难度相对较低,因此,在分段装配工艺排序中,平面段的工序排序不需要特定。2)曲面段曲面段的加工难度相对较大,且焊接强度要求高,船舶曲面段主要包括船舷分段、甲板上层建筑分段等。3)半立体段半立体段是指船体上具有2层及以上结构的分段,比如驾驶舱段等,半立体段以钢结构和桁架结构为主,加工方式以焊接和螺栓连接为主。4)立体段3层及以上的船舶结构划分为立体段,通常立体段也是由曲面和平面段构成,比如船底分段、船尾舱段等。

2.2基于CBR方法的船舶分段知识管理系统设计基于案例分析

CBR方法中,数据库中的案例随着时间的积累不断充实,因此,新案例在策划初期可以参考的数据也很充足。船舶分段装配工艺非常复杂,借助CBR技术可以获得很多先验知识,指导整个船舶生产与制造过程。本文基于CBR方法,设计了一种船舶分段装配工艺的知识管理系统,该系统重点解决的问题是船舶分段工艺流程和零部件加工信息,包括船舶分段内的几何信息、零部件的质量和加工方法、船舶装配工艺、焊接工艺等。图3为基于CBR的船舶分段装配工艺知识管理系统。该知识管理系统重点解决的船舶生产制造问题包括:1)船舶分段案例检索在船舶分段设计初期,知识管理系统可以在数据库中检索与之相似的分段案例,运用的方法主要是相似度检测算法。相似案例的船舶分段数据具有很大的参考价值,既可以吸收案例中分段的优点,也可以避开冗余或较差的分段数据。2)分段装配案例的重用知识管理系统的案例重用是指将旧案例的船舶分段工艺直接应用到新的分段案例上,可以快速验证案例的可行性。3)分段装配工艺调整知识管理系统可以根据当前案例的问题,对当前案例进行调整和优化。图4为基于CBR知识管理系统的船舶分段装配工艺流程。

3结语

为了缩短船舶生产与制造周期,降低生产成本,本文针对船舶的分段装配工艺问题进行了系统的研究,重点引入了一种基于案例分析CBR的方法,建立了船舶分段装配工艺的知识管理系统,优化了船舶的分段与装配工艺。

参考文献:

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[2]姜华,刘建峰.基于关键链方法的船舶分段制造计划系统研究[J].上海造船,2008(3):34–38.

[3]李婧晖.基于虚拟现实技术的船体装配仿真技术研究[J].舰船科学技术,2017(24):189–191.

[4]宗丹,林锐,王林.基于CATIAV6的船舶轮机标准件参数化设计研究[J].内燃机与配件,2018(1):37–38.

作者:郭春光 单位:河南工业和信息化职业学院

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