船用机器人爬壁平台研究进展

船舶爬壁机器人与陆地机器人的不同之处在于其兼具移动和吸附功能,能够于倾斜的船舶壁面上完成爬壁运动,通过配备除锈、清洗、焊接所需的高压水枪、焊枪、图像识别等装置完成对应作业任务,每种作业任务需要的运动机械结构和运行方式也有不同。通过介绍近年来设计制造的爬壁机器人及其爬壁平台,按照其吸附原理和运动特点将其分为磁吸附、负压吸附和仿生类等爬壁平台设计方法,介绍了各类爬壁平台的机械结构设计、运动性能和适用范围,期望能够为未来船用机器人的设计制造和技术发展提供灵感。

基于Workbench高斯移动热源的船舶艉轴管镗孔仿真

在大型船舶的加工制造中,艉轴管的加工精度对轴系安装质量尤为重要。艉轴管精镗阶段在整个加工中是精度要求最高的。影响精镗阶段加工精度的因素有很多,热影响就是其中之一。文中通过在Workbench中采用三维高斯移动热源的方法模拟镗刀镗削过程中的热影响效应,得到了精镗阶段艉轴管的温度分布情况,以及在该条件下艉轴管的热变形情况。

大型邮轮薄板激光复合焊接数值模拟与参数分析

近年来,邮轮建造中越来越多地使用4 mm~8 mm薄板结构以减小生产和运营成本。薄板的大量使用使得焊接变形问题更加严重,因此激光复合焊接等热输入小的焊接方式在邮轮等薄板船舶上的需求不断提高。然而,由于国内邮轮制造业和船舶激光复合焊接工艺起步晚,对激光复合焊接中的关键参数与焊缝成型等的关系研究不足。文章建立邮轮薄板激光复合焊接的热弹塑性模型,并结合试验结果对焊接速度、激光功率、光丝间距、送丝速度、基电流和峰电压等关键焊接参数对焊缝成型的影响进行探究。结果表明:激光参数和电弧参数通过影响2种热源之间的协同效应来影响焊缝形貌;送丝速度和峰电压对余高等焊缝特征尺寸的影响较大,当送丝速度过大时,会加剧气孔等缺陷的产生。

运用流程再造理论的FSD应用

总组流程是船舶设计指导生产的重要工艺,对船坞周期和船舶品质的影响至关重要。阐述了船舶建造过程中应用总组流程图(FSD)实现总段流程再造的思路和方法。

DAP与切割计划关系研究

通过对国内外船厂现状的分析、比较,寻求切割场地流转不畅的原因,阐述了DAP在生产中的指导作用。提出,按分道套料,以DAP为指导划分切割零件托盘继而合理安排切割计划的解决方案,提出今后流程优化的努力方向。

基于最短路算法的船舶分段堆场调度

为了改变船厂分段移动计划调度主要依赖经验和缺乏有效调度方法的现状,构建了考虑堆场信息、分段进出场次序等因素的最短路模型并对其进行优化。模型以分段在堆场中的调度为研究对象,以最小化临时分段移动量和平板车在堆场中的行驶距离为优化目标,确定分段在堆场中的最优停放位置和进出场路径。利用某船厂的实际数据对模型在堆场调度问题中的应用进行了实例验证,结果表明,该模型可得出较优的堆场作业计划,并提高堆场资源的利用率。

超大型集装箱船用超高强度钢EH47焊接残余应力模拟与实验研究

超高强度钢EH47广泛应用于超大型集装箱船舱口围板等区域结构中,建造过程中常常伴随着较大的焊接残余应力,直接影响到船体结构的安全及使用寿命。论文基于有限元分析软件ANSYS,对平板对接焊进行模拟,得到焊接残余应力的大小和分布,并采用盲孔法对焊缝区域进行残余应力测量。结果表明:残余应力在靠近焊缝中心及区域附近处表现为拉应力,随着逐渐往焊缝中心靠拢,拉应力迅速增大,当达到焊缝中心附近时拉应力达到最大值。随着逐渐远离焊缝中心,拉应力迅速减小,达到一定距离时转变为压应力,并在距离焊趾2.5 cm处达到压应力最大值,数值模拟结果与试验测量值基本吻合,同时焊后热处理能有效降低有损结构强度的焊接残余应力。

基于层次分析法的多目标评价函数涂装工艺评分研究

针对传统涂装工艺评价依赖人工经验,缺乏评价模型及评价体系问题,提出了一种船舶涂装工艺评分方法。基于层次分析法建立多目标涂装工艺评价模型,并结合权重计算获得最终的涂装工艺评分,从而实现最优涂装工艺的选择与确定。

海水总管螺栓组拆卸作业人因仿真与分析

船舶机舱内空间狭窄,对海水总管螺栓组拆卸作业存在潜在的妨碍。采用MOD法分析了现有动作流程的工作时间,并通过工具悬挂和重新排列组合动作流程改善工作时间;借助CATIAV5软件搭建虚拟作业场景,并使用CATIA的人机工程学功能对作业进行仿真,分析了作业对象的可达性,评估了作业姿势的易伤风险,提出了对应的改善建议。

基于遗传算法入库钢板分配策略研究

为了减少钢板在堆场的翻板量,实现精细化钢板物流管理,对船厂入库钢板如何安排堆放的问题进行了研究.首先分析船厂月钢板需求量分批次入库分配的过程,结合堆场堆存现状及钢板的出入库计划建立数学模型,在此基础上,采用遗传算法对数学模型进行求解,并运用VB.Net计算机语言进行编程.实例表明钢板分配策略能大大减少钢板在堆场作业过程中的翻板数量,为实现堆场科学管理提供有效依据.

20000 TEU集装箱船水密横舱壁结构精度建造的预控

水密横舱壁作为20000 TEU集装箱船的关键结构,对尺寸精度的要求十分严苛,而焊接变形严重影响其建造精度。针对这一问题,采用基于固有变形理论的弹性有限元分析,来预测水密横舱壁结构的面外焊接变形。比较了计算固有变形的两种方法的准确度,并且总结了热输入与固有变形各分量的经验公式,还提出了减小面外焊接变形的措施。结果表明,通过与实测数据对比验证了弹性有限元分析可快速、准确地预测水密横舱壁结构的面外焊接变形;对于对接接头,变形反演法比应变积分法得到的横向固有弯曲更准确;热输入与固有变形各分量呈线性递增关系;将整个水密横舱壁结构由原来的3段分成5段,并采用对称焊接顺序,面外焊接变形最小,同时会降低对船厂吊装能力的要求。

考虑维修时间及相关性的串联系统动态机会维护策略

针对多部件系统维修过程中涉及部件结构复杂、维修时间长、维修费用高的特点,提出了预防维修时间、小修时间、结构相关性、经济相关性四重因素影响下的多部件串联系统动态机会维护策略。首先,以单部件为研究对象,决策出部件层最优维护周期,并综合制定系统层试行维修计划;然后,基于试行计划,并考虑部件间相关性的影响,以节省总成本最大为优化目标建立系统层维护的优化模型;最后,应用滚动计划实现对维修计划的动态更新。通过采用遗传算法求解算例,验证所提出维修策略的必要性和有效性。

船用钢板高频感应加热热源简化计算方法

[目的]在钢板感应加热的数值计算中,通常采用磁热耦合计算方法。该方法虽然结果准确,但建立的模型非常复杂,且计算需耗费大量时间。为此,[方法]通过计算和理论推导,提出一种高频感应加热热源的简化计算方法,以一个空间函数形式的热源模型来代替复杂的电磁热耦合计算。使用COMSOL Multi-physics软件建立钢板静止式感应加热有限元模型,运用磁热耦合计算方法和简化方法分别计算钢板加热后的温度场,并对采用2种方法得到的温度场分布结果进行比较,以验证简化方法应用到热源模型的可靠性。[结果]结果表明,运用所提简化计算方法得到的热源模型具有可靠性。[结论]相比于磁热耦合的方法,采用热源简化方法计算钢板感应加热过程,可以有效缩短计算时间,且在钢板移动式感应加热的计算中,能很好地解决模型过于复杂、计算时间过长等问题。

船舶喷涂机器人离线编程系统研究

针对船舶领域中喷涂机器人智能化作业的需求,对船舶喷涂机器人离线编程系统进行了研究。介绍了机器人离线编程系统的分类和船舶喷涂机器人离线编程系统的功能,分析了喷涂机器人离线编程系统的研究现状,并提出了船舶分段喷涂机器人离线编程系统。介绍了船舶分段喷涂机器人离线编程系统的架构,并对喷涂设备建模、喷涂过程建模、喷涂轨迹规划、喷涂过程仿真四大模块进行了分析。应用船舶分段喷涂机器人离线编程系统,可以提高喷涂质量、喷涂效率,节约喷涂成本。

20000 TEU集装箱船抗扭箱结构的焊接变形预控

抗扭箱作为20 000 TEU超大型集装箱船的关键结构,由于其组成的板材较厚且与集装箱直接接触,因此需严格控制该结构的面外焊接变形。采用基于固有变形理论的弹性有限元分析,预测抗扭箱的焊接变形,预测结果与实际测量结果比较吻合;通过设计大厚板的非对称X型坡口来控制面外变形,结果表明:采用非对称设计的X型焊接坡口有利于减小变形,仅需一次翻身,可提高生产效率。不考虑装配间隙时,基于高效的热-弹-塑性有限元计算归纳出超厚板(40 mm^85 mm)的最佳正反面坡口深度比;考虑实际生产中的装配间隙时,最佳正反面坡口深度比与板材板厚呈非线性关系。最后,将考虑装配间隙时优化的非对称坡口焊接接头应用到抗扭箱结构中,面外焊接变形减小明显,有利于指导船厂的实际生产。

MIL-101的制备及其VOCs吸附性能研究

以醋酸钠为矿化剂,通过水热法制备金属有机框架MIL-101,用X射线衍射仪、扫描电镜、红外光谱仪、气体吸附仪等对材料进行表征,利用静态吸附法对苯、甲醇、甲苯和水的吸附性能进行研究.结果表明:制备的MIL-101形貌为八面体,颗粒尺寸约为500 nm,其VOCs吸附性能与220℃制备所得的MIL-101(HF)性能相当,优于210和200℃制备所得的产物,明显优于商业活性炭,在25℃下,对苯、甲醇和甲苯的吸附量分别达到1300、1127.7和750 mg/g.通过比较吸附等温线的初始斜率发现,甲苯/水的吸附选择性最好,苯其次,甲醇最差.

船舶涂装VOCs处理技术发展概况

船舶涂装是船舶制造业中最主要的污染源之一,是耗能、耗水和挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)排放的主要源头。阐述船舶涂装过程中VOCs低浓度、大风量的排放情况,分析当前国内外VOCs减排的现状,指出涂装过程中存在溶剂型涂料使用、无组织排放管控难、VOCs治理技术不成熟的问题,提出VOCs减排应从源头预防、过程控制、末端治理三个方面展开。

悬臂式多自由度喷涂机器人在船舶分段涂装中的使用可行性分析

针对船舶分段涂装目标对象、产品及实施区域,提出悬臂式多自由度喷涂机器人使用方案,结合深中通道涂装机器人方案,从方案整体、目标工件、工作模式等角度对比分析其可行性,为提升船舶分段涂装作业自动化,实现“机器代人”提供解决方案。

舾装安装顺序智能化设计技术

针对舾装生产设计较为粗放、舾装托盘划分不尽合理的问题,从舾装设计源头出发,分析舾装作业托盘划分原则及基于托盘物量设置的舾装安装顺序,提出一种面向现场的舾装工序优化原则,以机舱分段为对象,形成舾装安装顺序智能化设计方法,完成舾装托盘的精细划分,实现舾装作业工序的合理优化及作业物量的精准估算。

基于指数积理论的五轴曲面喷涂后置处理

针对无刀尖点跟随功能(rotated tool center point,RTCP)功能五轴机床在喷涂过程中旋转喷涂头中心点轨迹不可控而产生的多喷与漏喷现象,为了提高复杂曲面的喷涂质量、优化喷涂轨迹,提出了一种五轴曲面喷涂机床的后置处理方法.基于两旋转轴与被喷涂零件在机床坐标系的相对位置关系,采用指数积理论建立五轴联动机床的正向运动学模型.结合工件表面的几何特征、三角函数的周期性、旋转轴运动范围等确定旋转轴的最优角度组合解.利用选择的最优角度组合解求得平动轴的绝对位移量,进而生成能直接运用于喷涂的数控代码,在没有RTCP的帮助下完成喷涂.以典型船舶球鼻艏曲面喷涂为例进行仿真实验,仿真结果表明:该方法可以在没有RTCP功能的机床上实现喷涂轨迹的控制和较好喷涂质量,有效地避免在喷涂过程中产生的多喷与漏喷的现象.