面向船舶分段建造的胎架智能布置方法及计算机存储介质技术

本发明专利技术公开了一种面向船舶分段建造的胎架智能布置方法及计算机存储介质，方法包括以下步骤：1)基于包围盒算法获取船体曲面分段构件的体质量；2)基于均等面积获取船体分段构件在投影平面上的面质量；3)基于面质量以及船体分段投影平面的质心和单个胎架的支撑重量等约束条件确定胎架的点位布置；4)获取船舶分段外板关于胎架点位与高度的数学拟合模型；5)确定胎架与分段外板的接触点位；6)确定胎架最上端支柱的支撑点位；7)确定丝杠上升高度。本发明专利技术有效提高了胎架布置的精度和利用率，提升了胎架布置的智能化水平，提高船体分段建造的精度、质量和生产效率，降低了工人的劳动强度，目前在船舶建造领域还是首次提出，具有广阔的发展空间。

Intelligent placement method and computer storage medium for ship's segmental construction

The invention discloses an intelligent placement method and a computer storage medium for ship segmental construction, which includes the following steps: 1) obtaining the body mass of the hull surface segmented components based on the bounding box algorithm; 2) obtaining the surface mass of the hull segmented components on the projection plane based on the equal area; 3) obtaining the center of mass and the single frame based on the surface mass and the projection plane of the hull segmented components; Constraints such as support weight determine the placement of the placement of the placement of the placement of the placement; 4) obtain the mathematical fitting model of the placement and height of the ship's segmented outer plate; 5) determine the contact point between the placement of the placement and the segmented outer plate; 6) determine the support point of the uppermost support of the placement; 7) determine the lifting height of the screw. The invention effectively improves the accuracy and utilization rate of the placement of the frame, improves the intellectualization level of the placement of the frame, improves the accuracy, quality and production efficiency of the hull section construction, and reduces the labor intensity of the workers. It is still the first time in the field of ship construction and has broad development space.

【技术实现步骤摘要】
面向船舶分段建造的胎架智能布置方法及计算机存储介质
本专利技术涉及一种胎架智能布置方法及计算机存储介质，特别是涉及一种面向船舶分段建造的胎架智能布置方法及计算机存储介质。
技术介绍
船舶分段构件是根据船体结构特点和建造施工工艺要求，对船体进行合理划分所形成的区段。在产品生产设计中，根据分段建造的原则，以及生产设施的实际情况，以各分段工作量相近作为主要依据，科学、合理地划分船体分段，使中间产品的设计合理，各分段生产的作业量均衡。各个分段在建造的过程中，需要多个胎架进行支撑，为了提高船体分段建造过程中胎架布置的效率、胎架的空间布置、胎架的利用率，为了提高分段建造的精度和质量，避免现场管理混乱，降低安全隐患，提高胎架的智能化，需要对胎架进行智能布置。鉴于胎架的智能布置在船舶分段建造过程中的重要性，因此确保胎架的合理布置显得尤为重要。但是，由于船体曲面分段及其内部结构比较复杂，，船体分段受力不均匀，且下底面为曲面，因此在确定胎架布置过程中，胎架数量的确定和具体布置比较困难。目前的技术对胎架的布置较为主观和随意，如中国技术专利“船用活络胎架”(专利号ZL200920263535.2)中对于胎架的布置存在以下缺陷：(1)胎架由现场施工人员自行布置，智能化程度较低，精度不高，存在较大安全隐患；(2)按照相同的间距对胎架进行布置，但船体曲面分段受力不均匀，使得各个胎架受力不尽相同，造成船体曲面分段产生变形；(3)胎架数目较多，胎架布置过程中，现场比较混乱，胎架的利用率低，造成资源浪费，工作效率低，成本提高。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术要解决的技术问题是提供一种面向船舶分段建造的胎架智能布置方法及计算机存储介质，克服了目前胎架布置中智能化程度低、胎架布置不合理、利用效率低等缺陷，有效提高了胎架布置的精度和利用率，提升了胎架布置的智能化水平，提高船体分段建造的精度、质量和生产效率，降低了工人的劳动强度。技术方案：本专利技术所述的面向船舶分段建造的胎架智能布置方法，包括以下步骤：(1)通过船体分段构件的BOM表和包围盒算法获取船体分段构件的体质量；(2)以与船体分段构件曲面最低点相切的平面作为投影平面，投影平面法向量的方向为z轴；将各构件最小包围盒的坐标沿z轴转换至投影平面所在坐标系上；根据投影平面上各构件投影的面积，求得各构件单位面积的面质量；根据投影平面的面积将投影平面均分为∈个区域A∈，获得各个区域内各构件面质量之和；(3)确定单个胎架的支撑质量M*；根据船体分段构件的面质量之和确定船体分段的的胎架总数量Q；求出船体曲面分段投影平面的质心C的位置(Xc，Yc)；确定胎架的点位布置坐标为正整数，(4)建立船体分段构件的关于胎架点位坐标和高度的数学拟合模型，对船体分段构件进行拟合；(5)根据所述的数学拟合模型确定船体曲面分段和活络头的接触点位坐标(Xt，Yt，Zt)；(6)根据活络头的倾斜角度θ及厚度H确定胎架支柱最上端支撑点位坐标(Xl，Yl，Zl)；(7)根据胎架本体的高度确定胎架的上升高度片*。进一步的，步骤(1)中船体分段构件的体质量获取过程为：(11)基于产品BOM表，识别船体分段构件的种类、数量；(12)运用包围盒算法构建各构件的最小包围盒；(13)运用遍历算法遍历所有构件得到的最小包围盒，根据各构件最小包围盒的基本尺寸计算构件的体质量。进一步的，所述包围盒算法的具体过程为：选择AABB包围盒，确定迭代精度ε；分析船体分段构件的形状，求出初始旋转方向，旋转给定坐标系，使X轴与初始旋转方向重合；将船体分段构件投影到XOY平面，提取构件在投影面的外轮廓；将外轮廓线绕X轴旋转，每旋转一次计算其轴向包围矩阵的面积，取面积最小的轴向包围矩阵作为构件投影外轮廓的最小包围矩阵，并记录此时的旋转矩阵A；调整投影面积上的坐标轴，使其中一个轴向平行于最小包围矩阵的一条边；将YOZ设置为投影平面，重复上述过程；当3个主平面都进行过投影操作后，计算构件的AABB体积，然后进入下一轮迭代，直到两轮迭代的AABB体积之差小于迭代精度ε；输出所有旋转矩阵，即可求出船体分段构件的最小包围盒的各个参数；运用遍历算法，依次对各个构件进行上述操作，则可求出各个构件的最小包围盒；通过计算最小包围盒的体积，获得原船体分段构件的体积。进一步的，所述的船体分段构件类型为型材、板材和管材其中的一种。为了兼顾建造精度和计算量的大小，步骤(2)中∈＝9，胎架的底盘轨道为3个，每个轨道包含3个区域。为了进一步建立算法执行速度快，并且数值稳定的模型，步骤(4)中运用非均匀B样条曲线的方法建立船体分段构件的数学拟合模型。本专利技术所述的计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述的程序在被计算机处理器执行时实现上述任一项所述的方法。有益效果：本专利技术能够与智能胎架结合进行使用，为胎架的布置提供了便捷的方法，可以使得胎架的布置更加智能化和精确化，也为船体分段建造提供更加便捷的途径。本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)由于运用了具有物料编码功能的BOM表，在判断船舶曲面分段上以及投影平面上构件的种类时，可以快速识别，避免了繁琐的流程；(2)运用遍历算法，在识别构件过程中可以避免遗漏构件的种类以及数量，在判断各构件分布的区域时，避免遗漏区域；(3)包围盒具有紧密性的特点，将复杂的几何对象用体积稍大且特性简单的几何体进行表示，在后续计过程中减少复杂的计算，提高工作效率；(4)基于单个胎架支撑质量以及质心等约束条件的胎架智能布置方法，各个胎架的间距不是固定的，根据船体曲面分段的受力情况确定胎架的点位布置以及胎架丝杠的上升高度，便于现场管理，提高胎架的利用率；(5)本专利技术消除了胎架智能布置的主观性与随意性，通过计算机模拟技术可以正确实现映射，提高建造效率。附图说明图1是本方法的整体流程图；图2是获取各构件最小包围盒及三维模型映射平面的流程图；图3是获得区域中各构件质量的流程图；图4是船体分段转化为面质量的模型图；图5是胎架连接结构图。具体实施方式本专利技术通过将三维模型映射平面，确定平面上质量分布情况，基于平面上构件的质量分布情况和船体分段的斜率等相关约束条件，确定所需胎架的数量，根据船体分段质心的位置以及船体分段数学拟合模型确定各个胎架的点位布置与丝杠上升高度，具体的过程如图1所示。第一步，根据编码规则，对各个构件逐个进行编码，根据BOM表中的物料编码，判断出船体曲面分段上的构件种类f，以及各类构件的数量k。第二步，运用包围盒算法构建各构件的最小包围盒。其方法如图2所示，首先确定迭代精度ε，选用和传统迭代算法相同的迭代精度ε＝0.01mm3，迭代精度直接影响算法的效率，迭代精度越高，迭代次数越多，计算时间越长。然后分析构件的形状，求出初始旋转方向。确定零件初始旋转方向的方法为，首先遍历零件所有的面，并计算出所有面的面积；计算每个平面的法向并以这个平面的面积作为法向的权值，同时也计算每个平面的轴向面积，作为轴向的权值；合并相同的方向向量，合并是权值直接求和，从而得到一个方向集合F＝{f1，f2，f3，...，fτ)和这个方向集合所对应的权值集合W＝{w1.w2，w3，...，wτ}；找出最大权值则为最大权值所对应的方向，那么则为求得的初始旋转方向。旋转给定坐标系，使X轴与初始旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向船舶分段建造的胎架智能布置方法，其特在在于包括以下步骤：(1)通过船体分段构件的BOM表和包围盒算法获取船体分段构件的体质量；(2)以与船体分段构件曲面最低点相切的平面作为投影平面,投影平面法向量的方向为z轴；将各构件最小包围盒的坐标沿z轴转换至投影平面所在坐标系上；根据投影平面上各构件投影的面积，求得各构件单位面积的面质量；根据投影平面的面积将投影平面均分为∈个区域A∈，获得各个区域内各构件面质量之和；(3)确定单个胎架的支撑质量M

【技术特征摘要】
1.一种面向船舶分段建造的胎架智能布置方法，其特在在于包括以下步骤：(1)通过船体分段构件的BOM表和包围盒算法获取船体分段构件的体质量；(2)以与船体分段构件曲面最低点相切的平面作为投影平面,投影平面法向量的方向为z轴；将各构件最小包围盒的坐标沿z轴转换至投影平面所在坐标系上；根据投影平面上各构件投影的面积，求得各构件单位面积的面质量；根据投影平面的面积将投影平面均分为∈个区域A∈，获得各个区域内各构件面质量之和；(3)确定单个胎架的支撑质量M*；根据船体分段构件的面质量之和确定船体分段的的胎架总数量Q；求出船体曲面分段投影平面的质心C的位置(Xc,Yc)；确定胎架的点位布置坐标为正整数，(4)建立船体分段构件的关于胎架点位坐标和高度的数学拟合模型，对船体分段构件进行拟合；(5)根据所述的数学拟合模型确定船体曲面分段和活络头的接触点位坐标(Xt,Yt,Zt)；(6)根据活络头的倾斜角度θ及厚度H确定胎架支柱最上端支撑点位坐标(Xl,Yl,Zl)；(7)根据胎架本体的高度确定胎架的上升高度H*。2.根据权利要求1所述的面向船舶分段建造的胎架智能布置方法，其特征在于步骤(1)中船体分段构件的体质量获取过程为：(11)基于产品BOM表，识别船体分段构件的种类、数量；(12)运用包围盒算法构建各构件的最小包围盒；(13)运用遍历算法遍历所有构件得到的最小包围盒，根据各构件最小包围盒的基本尺寸计算构件的体质量。3.根据权利要求2所述的面向船舶分段建造的胎架智能布置方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张淼，周宏根，赵耀荣，王瑞，汪跃庭，李天涛，阮伟豪，朱宇琛，刘明志，刘金锋，景旭文，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32