[发明专利]一种基于三维模型的船体分段吊装设计方法及设计平台

权利要求书

1.一种基于三维模型的船体分段吊装设计方法，其特征在于，包括：

获取船体分段信息、吊车信息、船体摆放位置信息和吊装作业要求；

根据所述船体分段信息和所述吊装作业要求确定吊点位置；

所述根据所述船体分段信息和所述吊装作业要求确定吊点位置，具体包括：

获取分段重心坐标和分段框架结构信息；

根据所述船体分段信息中的板架结构数据和所述吊装作业要求进行吊平面识别；所述板架结构数据包括板架重心位置、板架结构边界和板架的投影面积；

根据所述分段重心坐标、所述分段框架结构信息和吊平面信息通过自动算法程序计算吊点位置坐标；

平台包含智能工艺库，用于存储自动算法，基于船体分段信息、吊车信息、船体摆放位置信息和吊装作业要求中分段类型、是否翻身和翻身角度，与智能工艺库算法索引信息进行匹配，每个算法通过分段类型、是否翻身、翻身方向和翻身角度进行索引；

所述自动算法程序的基本原理是：读取分段重心坐标、分段框架结构信息及已识别的吊平面信息，通过后台程序以吊点的分散性和均匀性为优化目标，以吊装过程中的吊索斜拉角度限制、力与力矩平衡和吊缆最大拉力约束为约束条件，建立吊点布置的多目标优化模型并求解得到吊点位置坐标；

所述自动算法程序的数学模型由目标函数和约束条件构成，目标函数为：

f＝max f₁(L)+min f₂(L)

分散性目标函数如下：

均匀性目标函数如下：

分散性目标函数式中，L_i表示第i个吊点的位置向量，n_i为吊点的数量，D为任意向量，D的顶点一般选为船体坐标系的原点；依次叉乘D指向吊点的位置向量，求得以吊点为顶点的多边形的面积；吊点的分散性通过以吊点为顶点的多边形面积函数来进行评价；

均匀性目标函数式中，L_i，L_j为吊点的位置向量，U(L_i)为单个吊点的势函数值，n表示凸多面体的边的总数量，表示L_i关于凸多面体第l条边的面外对称点，n_i为吊点的数量，d(L_i,L_j)表示L_i与L_j间的距离，表示L_i与间的距离；为L_i与凸多面体面内除L_i外其他吊点向量的势函数的计算值，为L_i与所有吊点向量的面外对称点的势函数的计算值；通过求和凸多面体面内、面外的势函数值，得到吊点的位置向量L_i的最终势函数值，最后对所有吊点的位置向量进行计算，求得整体的势函数值；吊点的均匀性基于势函数的均匀性来度量，通过计算吊点与吊点间的距离评价吊点之间的分散性，以吊点为顶点构成一个空间体为凸多面体，以凸多面体的边为对称轴，将凸多面体对称复制，通过吊点与吊点在面外的对称点的距离评价吊点与边界的距离；

约束条件如下：

吊索斜拉角度限制约束：吊点位置处的吊点与吊车通过吊缆相连，为保证吊装过程的稳定性，平衡梁上的吊缆应始终垂直于地面，吊平面与平衡梁下的吊缆形成的夹角不应该超过规定的最大斜拉角度；

吊索斜拉角度限制约束公式如下：

α_i-α_max≤0

式中，α_i表示第i个吊点的吊缆与吊平面法向量的夹角，α_max表示最大的斜拉角度；

力与力矩平衡约束：吊装过程中，分段的起升速度和运行速度较慢并且在整个吊装过程保持匀速直线运动，因此针对吊装过程进行应用静力学分析，使其受力平衡；

力与力矩平衡约束公式如下：

式中，F表示船舶分段所受拉力的总和，即分段的重力，t_i表示第i个吊点所受拉力，L_i表示第i个吊点的位置向量，n_i表示吊点的数量；

吊缆最大拉力约束：针对吊车，要保证吊钩上每一根吊索承受的拉力不能超过吊索拉力的极限；

吊缆最大拉力约束公式如下：

式中，t_max表示吊缆最大许用拉力；

根据所述吊点位置确定吊耳型号；

根据所述吊点位置、所述吊耳型号、所述吊车信息和所述船体摆放位置信息建立船体分段吊装三维模型；

基于设计结果，进行方案信息完整性校验，由计算机程序校验是否存在必要信息缺失，如存在必要信息缺失，提示设计人员进行完善；完整性校验通过后，由计算机程序生成三维工艺方案文件，文件包含以下信息：分段信息、吊车信息、工艺信息、吊装工艺设计信息；

基于三维仿真设计平台，解析三维工艺设计文件，生成三维模型及三维工艺方案；

根据所述船体分段吊装三维模型模拟吊装操作，判断吊装设计是否符合吊装工艺要求；若符合吊装工艺要求，则根据所述吊装设计生成三维吊装作业指导文件；若不符合吊装工艺要求，则返回步骤“根据所述船体分段信息和所述吊装作业要求确定吊点位置”；

判断吊装设计是否符合吊装工艺要求包括根据位置信息和姿态信息判断吊缆和船体分段结构相对位置关系是否出现碰撞情况；

判断是否出现碰撞情况即是进行碰撞体仿真验证：由计算机后台运行碰撞体仿真算法程序，对实时反馈的三维模型姿态数据进行运算处理，得到各吊缆与船舶分段结构的相对位置关系数据，解析得到碰撞结果，碰撞发生时由计算机向设计人员发出提示。