船体典型曲面分段自动装配方案研究

摘要

船体曲面分段由于结构复杂,制造较为困难，在我国船厂还处于人工装焊状态，因而制造效率不高，导致它成为船舶制造周期的瓶颈。时代进入工业4.0，智能船厂要实现智能制造，而船体分段智能制造需以智能机器为中心。工业机器人作为智能机器的代表，在船体曲面分段实现自动装配替代人工装焊将发挥不可替代的作用，同时是未来我国船厂技术升级转型必由之路。以智能机器为中心的船体分段虚拟装配，通过仿真是实现船厂资源的优化利用、降低生产成本与缩短船舶生产周期的必要手段。
　　本文以散货船典型曲面分段为研究对象，在仿真平台下运用机器人进行曲面分段自动化装配研究，主要研究内容有：
　　（1）根据现行船体分段划分的方法、原则、特点以及评估方法，结合机器人焊接的工作特点，提出一个基于机器人装焊的船体分段划分方案，建立相应的分段划分原则、规范以及评估方法，并根据评估方法对一个散货船曲面分段划分方案进行评估。
　　（2）分析曲面分段的装配形式，根据曲面分段的结构特点，结合工业机器人工作特点，进行基于机器人焊接曲面分段装配中心（平台）设计。针对散货船典型曲面分段，构建一个适合机器人装配的中心，确定装配中心的尺寸、工位划分、设备选择、资源配置以及总体布置形式。
　　（3）对散货船典型曲面分段机器人自动装配进行工艺规划。对仿真过程中需要的设备资源运用CATIA进行建模，针对造船胎架的结构特点，利用Visual Basic6.0对CATIA软件进行二次开发，读取EXCEL中胎架的高度值，开发出胎架参数化设计模块，实现胎架自动化设计与建模，提高船舶生产仿真效率。
　　（4）在DELMIA软件平台中，按照产品（Product）、工艺（Process）、资源（Resource）分别导入曲面分段、装配流程、机器人、场地以及各种设备数字模型，建立PPR仿真构架，实现船体典型曲面分段机器人自动装配工艺仿真验证,主要解决机器人装配仿真过程中路径规划、碰撞干涉、离线编程等问题。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和研究方法

1.4 本文章节安排

第2章 基于机器人装焊分段划分改进与评价

2.1 船体分段建造技术

2.2 船体分段划分方法

2.3 分段划分的评价方法

2.4 本章小结

第3章 基于机器人焊接曲面分段装配中心设计

3.1 曲面分段结构与建造特点

3.2 曲面分段生产方式

3.3 曲面分段装配中心总体设计

3.4 工位关键设备分析

3.5 本章小结

第4章 分段装焊工艺研究与设备资源建模

4.1 分段装焊工艺流程分析

4.2 仿真工位设备资源建模

4.3 基于CATIA胎架自动成型二次开发

4.4 本章小结

第5章 船体曲面分段机器人装焊方案仿真验证

5.1 DELMIA仿真平台简介

5.2 曲面分段装焊仿真准备

5.3 船体曲面分段自动装配工艺仿真

5.4 机器人仿真焊接工艺分析

5.5 本章小结

第6章 总结展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况