一种船舶建造过程船舶仿真系统及方法

摘要

本发明提供一种船舶建造过程船舶仿真系统及方法，所述船舶仿真系统包括：船舶仿真模型管理模块、与所述船舶仿真模型管理模块连接的船舶仿真任务管理模块、与所述船舶仿真任务管理模块连接的船舶仿真数据管理模块、与所述船舶仿真数据管理模块连接的船舶仿真系统管理模块，与所述船舶仿真系统管理模块连接的船舶仿真系统集成模块。本发明所述的船舶建造过程船舶仿真系统及方法，操作人员可以通过分配给自己的系统用户帐号登录船舶仿真系统，接着操作人员进行船舶仿真任务的设置、运行，以及仿真任务完成后对船舶仿真生成的数据以报表的形式进行查看、分析。通过船舶建造过程仿真系统，可以为企业提高生产效率、优化生产资源提供信息化支撑手段。

说明书

技术领域

本发明属于船舶建造领域，涉及一种仿真系统及方法，特别是涉及一种船舶建造过程船 舶仿真系统及方法。

背景技术

船舶建造是一项复杂的工程项目，它具有单件、小批生产、周期紧、多工种、空间分 道、产品设计及工程设计占有重要的地位等特点，零部件、系统的多样性及工艺的多样性， 决定了其生产组织、生产计划和生产资源的复杂性。传统的造船工程计划管理主要依据造船 工程师的经验编制粗线条的计划，各工种和各类生产活动做到大致协调，在该过程中未考虑 各工作的资源等问题。虽然部分船厂目前已经开发和应用生产计划管理系统等信息化手段， 但尚未从根本上解决部门、工种、船只之间在时间、空间上的矛盾，很难从整体利益角度进 行协调。

进入20世纪90年代以来，造船发达国家纷纷利用信息技术给造船业带来的各种机遇， 积极开展数字化造船方面的研究，尤其是船舶虚拟设计和船舶制造仿真技术的研究。如，韩 国三星、大宇、现代等造船企业已经把数字化造船、虚拟仿真和优化技术作为其在国际市场 上保持最强的竞争力，确立造船技术领先地位的制造新技术。此外，波音787项目，空客 380项目、达索航空F7X项目，及丰田汽车、戴姆勒汽车等案例，均表明仿真技术已成功地 应用到世界先进制造技术中。国内数字化造船、虚拟造船等起步较晚，近年来逐渐受到了相 关院所、高校和船厂的关注。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种船舶建造过程船舶仿真系统 及方法，用于解决现有技术中船舶制造中实际生产能力不能精确评估，场地、设施设备等资 源能力不能充分发挥，以及生产计划的制定缺乏可靠依据的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种船舶建造过程船舶仿真系统及方法。 所述船舶仿真系统包括：

船舶仿真模型管理模块，用于添加、更新、删除船舶仿真模型、船舶仿真模型文件、船 舶仿真模式、船舶仿真阶段和船舶仿真设备信息；

船舶仿真任务管理模块与所述船舶仿真模型管理模块连接，用于创建、部署、操作船舶 仿真任务，获取船舶仿真任务，生成船舶仿真任务管理界面；

船舶仿真数据管理模块与所述船舶仿真任务管理模块连接，用于添加、更新、删除、获 取产品源数据，生成、删除、获取船舶仿真任务，导入、导出、删除、获取辅助数据，以及 运行数据的设计、输出和管理；

船舶仿真系统管理模块与所述船舶仿真数据管理模块连接，用于设置船舶仿真系统和设 置用户登录船舶建造过程船舶仿真系统；

船舶仿真系统集成模块与所述船舶仿真数据管理模块连接，用于将所述船舶仿真系统与 制造执行系统、生产计划管理系统集成.。

优选地，所述船舶仿真模型包括钢料堆场、切割加工、部件制作、平面分段流水线、室 外装焊平台、室内装焊工场、预舾装、分段涂装、室内船台、总组和船台搭载船舶各单元仿 真模型。

优选地，所述船舶仿真模型还包括制造阶段、总组和搭载阶段、船舶建造全过程的全局 仿真模型。

优选地，所述船舶仿真任务包括先行中日程计划、月度计划、周计划和工作包及派工单 作业计划四种类型。

优选地，运行数据是指所述船舶仿真任务运行完成后输出的数据，所述输出的数据包括 物量统计、设备利用率、场地利用率、计划验证和模拟周期、设备负载明细、场地占用周 期、工位节拍。

本发明提供一种船舶建造过程船舶仿真方法，应用于船舶建造过程船舶仿真系统，所述 船舶仿真方法包括：

S1，输入船舶建造过程中船舶仿真产品、工艺、资源、计划数据，即梳理船舶建造各作 业单元的建造流程和基础数据，并编制形成船舶建造各作业单元的建模基准书；

S2，建立船舶建造过程船舶各单元的仿真模型，即基于所编制形成的船舶建造各作业单 元的建模基准书，进行各作业单元仿真建模的详细设计，建立船舶建造船舶各单元内可视化 的仿真模型；

S3，运行船舶建造过程船舶各单元的仿真模型，即令船舶建造过程船舶各单元的仿真模 型输入船舶建造计划数据，驱动船舶各单元的仿真模型运行并输出各项管控点数据；

S4，判断所建立的船舶建造过程船舶各单元的仿真模型的可信度是否能够通过审核，即 分析运行船舶建造过程船舶各单元的仿真模型书所输出的各项管控点数据，判断船舶各单元 的仿真模型是否与实际作业的船舶各单元在布局、设备、物流、作业流程上完全一致；若 否，则返回至步骤S3；若是，则继续执行下一步骤；

S5，建立船舶建造过程船舶全局仿真模型，即令船舶各单元的仿真模型输入单元间的相 互关联性、产品数据、物流转运方式和相关数据，将所建立的船舶建造过程船舶各单元的仿 真模型组装成为船舶全局仿真模型；

S6，判断所形成的船舶全局仿真模型的可信度是否能够通过审核，即通过大数据量的实 际生产计划运行和分析，判断船舶全局仿真模型是否与实际在布局、物流、作业流程、计划 执行上一致；若否，返回至步骤S5；若是，继续执行下一步骤；

S7，开发所述船舶建造过程船舶仿真系统，使其与制造执行系统、生产计划管理系统集 成。

优选地，所述步骤S1中输入的船舶建造过程船舶仿真产品、工艺、资源、计划数据包 括：输入船舶建造过程船舶仿真产品数据，即输入船体和舾装件的三维模型及相关属性；

输入船舶建造过程船舶仿真工艺数据，即定义船舶建造工艺流程，并梳理各作业单元内 部及单元之间的物流逻辑和调度逻辑；

输入船舶建造过程船舶仿真资源数据，即输入船舶建造过程中涉及的资源模型和数据；

输入船舶建造过程船舶仿真计划数据，即输入船舶生产计划数据。

优选地，所述步骤S2还包括：

S21，根据所编制形成的船舶建造各作业单元的建模基准书对船舶各单元进行详细设 计；

S22，建立船舶各单元的仿真模型；

S23，建立驱动船舶各单元的仿真模型的产品数据、计划数据转换机制，支持生产计划 数据、设计数据等计划、产品数据向模型驱动数据的快速采集、转化；

S24，定义船舶各单元的运行数据监测、统计接口及输出文档，提供所述运行数据的输 出定义文档，支持基于运行数据的分析。

优选地，所述步骤S3还包括：

S31，通过数据转化机制将产品数据、计划数据转化为驱动船舶各单元仿真模型运行 所需格式；

S32，以转化后的计划数据为驱动，运行船舶各单元的仿真模型；

S33，输出所述船舶各单元的仿真模型运行后的仿真结果，形成数据统计报表。

优选地，所述步骤S5还包括：

S51，梳理船舶建造整体工艺流程、船舶各单元间的建模要素；

S52，根据船舶建造整体工艺流程和船舶各单元间的相关性，对船舶各单元仿真模型进 行整合，形成船舶全局仿真模型。

如上所述，本发明所述的船舶建造过程船舶仿真系统及方法，具有以下有益效果：

1、实现生产过程基础数据的规范化和标准化管理；

2、通过仿真模拟船舶建造过程、计划节点、资源配置状况等，及早发现潜在的问题和 制约生产进程的瓶颈，支持实现能力与负荷的均衡，生产流程革新与优化，提高计划编制的 科学性和有效性；

3、推进精益生产和精细管理创新实践，进一步提升信息化水平，缩短船舶建造周期、 降低生产成本。

附图说明

图1显示为本发明的船舶建造过程船舶仿真系统的结构示意图。

图2显示为本发明的船舶建造过程船舶仿真系统的船舶仿真任务管理界面示意图。

图3显示为本发明的船舶建造过程船舶仿真系统的船舶仿真数据管理模块输出的数据示 意图。

图4为本发明的船舶建造过程船舶仿真系统的船舶仿真数据管理模块输出的数据对应的 报表图表示意图。

图5显示为本发明的船舶建造过程船舶仿真方法的方法流程图。

图6显示为本发明的船舶建造过程船舶仿真方法中执行步骤S2的流程图。

图7显示为本发明的船舶建造过程船舶仿真方法中执行步骤S3的流程图。

图8显示为本发明的船舶建造过程船舶仿真方法中执行步骤S5的流程图。

元件标号说明

1      船舶仿真模型管理模块

2      船舶仿真任务管理模块

3      船舶仿真数据管理模块

4      船舶仿真系统管理模块

5      船舶仿真系统集成模块

S1~S5  步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本 构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸 绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也 可能更为复杂。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。

实施例一

本实施例提供一种船舶建造过程船舶仿真系统，所述船舶仿真系统如图1所示，包括：

船舶仿真模型管理模块1，所述船舶仿真模型管理模块1用于添加、更新、删除船舶仿 真模型、船舶仿真模型文件、船舶仿真模式、船舶仿真阶段、船舶仿真设备信息。其中，所 述船舶仿真模型包括钢料堆场、切割加工、部件制作、平面分段流水线、室外装焊平台、室 内装焊工场、预舾装、分段涂装、室内船台、总组和船台搭载等10个单元的仿真模型和制 造阶段、总组和搭载阶段、船舶建造全过程3个全局仿真模型。

船舶仿真任务管理模块2与所述船舶仿真模型管理模块1连接，所述船舶仿真任务管理 模块2用于获取船舶仿真环境，创建、部署、操作仿真任务，以及获取船舶仿真任务，生成 船舶仿真任务管理界面。所述船舶仿真任务管理界面如图2所示，所述船舶仿真任务包括先 行中日程计划、月度计划、周计划和工作包及派工单作业计划四种类型。这样用户可以根据 船舶仿真任务的区域、类型、阶段选择相应的仿真环境、仿真阶段和仿真计划创建仿真任 务，并对船舶仿真任务的运行状态进行实时跟踪。

船舶仿真数据管理模块3与所述船舶仿真任务管理模块2连接，所述船舶仿真数据管理 模块3用于添加、更新、删除、获取产品（钢板、零件、部件、分段、总段等）源数据，生 成、删除、获取船舶仿真任务，导入、导出、删除、获取辅助数据，以及运行数据的设计、 输出和管理。所述辅助数据包括分段对照表、分段重量表、作息时间表、运行数据输出的 Excel模板等数据。运行数据是指所述船舶仿真任务运行完成后输出的数据，如图3所示，所 述输出的数据包括物量统计、设备利用率、场地利用率、计划验证和模拟周期、设备负载明 细、场地占用周期、工位节拍等管控点内容，支持用户根据特定条件对数据表格进行筛选、 排序，以及导出Excel表格等。通过点击图3中的“查看报表图表”按钮，可查看与数据表 格相对应的报表图表，如图4所示。

船舶仿真系统管理模块4与所述船舶仿真数据管理模块3连接，用于设置船舶仿真系统 和设置用户登录船舶建造过程船舶仿真系统。在船舶建造过程中，所述船舶仿真系统的系统 管理员可设置仿真任务命名规则、仿真环境命名规则、最大仿真任务、仿真环境的启用或禁 用，添加、删除单位信息，添加、删除、更新用户信息，以及用户权限的添加、删除、修改 和用户验证。

船舶仿真系统集成模块5与所述船舶仿真系统管理模块4连接，用于将所述船舶仿真系 统与制造执行系统、生产计划管理系统集成。支持从所述生产计划管理系统获取船舶建造过 程仿真模型运行所需的驱动数据，并将仿真运行结果反馈至所述生产计划管理系统中。

本发明所述的船舶建造过程船舶仿真系统，部署人员可以快速完成该系统的部署；接着 系统管理员可配置所述船舶仿真系统、创建船舶仿真系统用户帐号及分配用户权限；操作人 员可以根据管理员分配给自己的系统用户帐号登录船舶仿真系统，接着操作人员进行船舶仿 真任务的设置、运行，以及仿真任务完成后对船舶仿真生成的数据以报表的形式进行查看、 分析。通过船舶建造过程仿真系统的开发、应用，可以为企业提高生产效率、优化生产资源 提供信息化支撑手段。

实施例二

本实施例提供一种船舶建造过程船舶仿真方法，应用于船舶仿真系统中，如图5所示， 所述船舶仿真方法包括：

S1，输入船舶建造过程船舶仿真产品、工艺、资源、计划数据，即梳理船舶建造各作业 单元的建造流程和基础数据，并编制形成船舶建造各作业单元的建模基准书。其中。输入产 品数据，即输入船体和舾装件的三维模型及相关属性；输入工艺数据，即定义船舶建造工艺 流程，并梳理各作业单元内部及单元之间的物流逻辑和调度逻辑；输入资源数据，即输入船 舶建造过程中涉及的设施设备、场地、人员等资源模型和数据；输入计划数据，即输入先行 中日程计划、月度计划、周计划和工作包及派工单等计划数据，包括计划的开始时间和完成 时间。

S2，建立船舶建造过程船舶各单元的仿真模型，即基于所编制形成的船舶建造各作业单 元的建模基准书，进行各作业单元仿真建模的详细设计，建立船舶建造船舶各单元内可视化 的仿真模型；具体执行步骤S1的过程如图6所示，包括：

S21，根据所编制形成的船舶建造各作业单元的建模基准书对船舶各单元进行详细设 计；

S22，建立船舶各单元的仿真模型；完成该步骤是采用离散事件仿真分析、面向对象 的几何与功能建模方法；

S23，建立驱动船舶各单元的仿真模型的产品数据、计划数据转换机制，支持生产计 划数据、设计数据等计划、产品数据向模型驱动数据的快速采集、转化；

S24，定义船舶各单元的运行数据监测、统计接口及输出文档，提供所述运行数据的 输出定义文档，支持基于运行数据的分析。

S3，运行船舶建造过程船舶各单元的仿真模型，即令船舶建造过程船舶各单元的仿真模 型输入船舶建造计划数据，驱动船舶各单元的仿真模型运行并输出各项管控点数据；所述管 控点数据包括物量统计、效率计算和计划评估等。具体执行步骤S3的过程如图7所示，包 括：

S31，通过数据转化机制将产品数据、计划数据转化为驱动船舶各单元仿真模型运行 所需格式；

S32，以转化后的计划数据为驱动，运行船舶各单元的仿真模型；

S33，输出所述船舶各单元的仿真模型运行后的仿真结果，形成数据统计报表。

S4，判断所建立的船舶建造过程船舶各单元的仿真模型的可信度是否能够通过审核；即 分析运行船舶建造过程船舶各单元的仿真模型所输出的各项管控点数据，判断船舶各单元的 仿真模型是否与实际作业的船舶各单元在布局、设备、物流、作业流程上完全一致；若否， 则返回至步骤S3；若是，则继续执行下一步骤；

S5，建立船舶建造过程船舶全局仿真模型，即令船舶各单元的仿真模型输入单元间的相 互关联性、产品数据、物流转运方式和相关数据，将所建立的船舶建造过程船舶各单元的仿 真模型组装成为船舶全局仿真模型。具体执行步骤S5的过程如图8所示，包括：

S51，梳理船舶建造整体工艺流程、船舶各单元间的建模要素，所述建模要素包括产 品流向和关联、工艺衔接、依赖关系、数据来源等；

S52，根据船舶建造整体工艺流程和船舶各单元间的相关性，对船舶各单元仿真模型 进行整合，形成船舶全局仿真模型。

S6，判断所形成的船舶全局仿真模型的可信度是否能够通过审核，即通过大数据量的实 际生产计划运行和分析，判断船舶全局仿真模型是否与实际在布局、物流、作业流程、计划 执行上一致；若否，返回至步骤S5；若是，继续执行下一步骤。

S7，开发船舶建造过程船舶仿真系统，使其与制造执行系统、生产计划管理系统集成， 即开发船舶建造过程船舶仿真系统数据层、应用层、界面层、接口层，并与制造执行系统、 生产计划管理系统集成。

本发明所述的船舶建造过程船舶仿真系统及方法利用离散事件仿真理论和系统仿真软件 工具，通过计算机模拟和分析船舶建造过程、计划节点、资源配置状况等，进而及早发现潜 在的问题和制约生产进程的瓶颈，支持实现能力与负荷的均衡，为制定合理的建造计划、确 保船舶建造节点和质量提供有效的可视化和分析平台，提升船舶建造效率和订单合同按时交 货率。这有利于推进精益生产和精细管理创新实践，进一步提升信息化水平，缩短船舶建造 周期、降低生产成本。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。