基于大尺寸結構件三維形貌特征的堆場布局系統技術方案

本發明專利技術涉及一種基于大尺寸結構件三維形貌特征的堆場布局系統，包括：三維堆場場景建模模塊，用于根據輸入大尺寸結構件和吊裝車的三維模型信息和堆場的二維平面信息，再加入場景因子建立三維堆場場景模型；結構件布置模塊，用于通過設計結構件的布局尋找第一次布局的優化；布局優化與決策模塊，用于在初始放置之后，引入約束因素，建立一個考慮結構件形貌特征的布局系統，其中，所述約束因素包括結構件的約束信息和吊裝車的約束信息；布局可視化與人機交互模塊，利用三維可視化技術進行布局的可視化，同時加入人機交互，使得堆場布局系統和用戶進行信息交流。本發明專利技術能夠提高場地資源利用率，改進生產計劃。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及制造
中的堆場布局系統，特別是涉及一種基于大尺寸結構件三維形貌特征的堆場布局系統。
技術介紹
目前我國的制造領域正在飛速發展，我國正在成為一個制造業大國，然而還不是一個制造業強國，究其原因，是我國的制造業生產成本大，生產效率低，缺乏科學有效的管理。在船舶各類和海工產品的制造過程中，由于結構件數量眾多，尺寸較大，常常需要用到分段堆場用于分段的臨時存放，以及分段的報驗、修補、打磨以及預舾裝等。堆場空間資源有限，堆場布局不合理，直接影響了物料資源出入堆場的效率，進而影響了企業制造中的生產效率。然而包括國內一些大型海工產品制造企業在內的制造過程中存在的落后的管理模式和粗放式作業方式并沒有隨著生產需求和生產規模的增加而得到改善，成為制約制造業大規模發展的擋路石。為了解決制造過程中的大尺寸結構件在堆場中的三維布局問題，提高生產效率，專利技術一個三維布局系統是非常有必要的，尤其是在堆場中生產計劃靈活，大尺寸結構件需要經過多次搬運，如果計劃不當，將會費時費力，因此，基于大尺寸結構件的三維形貌特征，將會更多的解決堆場中存在的一系列實際問題。對現有技術的查詢發現，現在設計的布局系統都沒有考慮大尺寸結構件的三維形貌特征，這對實際生產中出現的問題沒有進行預估和評判，從而影響真正的生產計劃，影響生產效率。經對現有技術的文獻檢索發現，王晨在《基于遺傳算法的船舶智能布局設計方法研究》一文中提出的布局設計方法運用了柵格法，能量法，遺傳算法，其中柵格法將空間劃分為若干網格單元的建模方法，可以更清晰的顯示，便于避障。該文涉及的技術主要存在以下缺陷和不足：(1)進行建模時僅考慮了平面模型的特征，忽略了結構件和吊裝車的三維特征信息，無法體現實際模型信息；(2)進行布局設計時未考慮大尺寸結構件的形貌特征，對于不規則的結構件制造現場，諸多約束未加考慮，不符合真實制造環境。經對現有技術的文獻檢索發現，張剛，殷國富等在《解空間編碼遺傳算法在三維布局中的應用》一文中提出了三維布局設計，同時提到了三維性能約束，建立了一個帶性能約束的模型信息。然而該文也存在一些技術缺陷和不足：(1)約束信息依然太少，不能反映制造現場的真實情況，大尺寸結構件的形貌約束未能考慮；(2)對布局設計沒有進行一個好的反饋，對用戶的限制較死，不能讓用戶來進行進一步的布局優化和完善。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種基于大尺寸結構件三維形貌特征的堆場布局系統，能夠提高場地資源利用率，改進生產計劃。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種基于大尺寸結構件三維形貌特征的堆場布局系統，包括：三維堆場場景建模模塊，用于根據輸入大尺寸結構件和吊裝車的三維模型信息和堆場的二維平面信息，再加入場景因子建立三維堆場場景模型；結構件布置模塊，用于通過設計結構件的布局尋找第一次布局的優化；布局優化與決策模塊，用于在初始放置之后，引入約束因素，建立一個考慮結構件形貌特征的布局系統，其中，所述約束因素包括結構件的約束信息和吊裝車的約束信息；布局可視化與人機交互模塊，利用三維可視化技術進行布局的可視化，同時加入人機交互，使得堆場布局系統和用戶進行信息交流。所述的三維堆場場景建模模塊是通過建立三維模型庫和二維模型庫，將結構件，吊裝車建立三維模型，放入到二維平面堆場中，結構件的各種形體擺放在堆場中，從而構建三維堆場場景。所述三維堆場場景建模模塊根據實際現實狀況將大尺寸結構件的三維特征完全考慮，建立的三維場景模型保持場景的完整性利于直觀觀察。所述的結構件布置模塊在三維場景模型搭建好的前提下，將布局問題簡化為套料問題，利用遺傳算法將各種形體的結構件在堆場中放置，盡量提高場地的空間資源利用率。所述結構件的約束信息包括結構件的形狀、重量、高度和吊裝位置點。所述布局優化與決策模塊根據結構件的形狀采取初步分類，將對稱和相似形狀的結構件放在一起；將質量較大的結構件放在堆場外圍位置，將較高的結構件擺放在邊緣外圍位置，高度較小的結構件放在中間位置。所述吊裝車的約束信息包括吊裝負載能力、吊裝速度、吊裝車占用面積和移動路徑。有益效果由于采用了上述的技術方案，本專利技術與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：本專利技術針對現有的布局設計沒有進行三維場景建模，布局過程中沒有考慮大尺寸結構件的三維形貌特征等現實問題，綜合考慮結構件和吊裝車的各種約束，進行布局的動態調整，從而提高場地資源利用率，改進生產計劃。附圖說明圖1為本專利技術系統基本組成示意圖；圖2為三維堆場場景建模模塊示意圖；圖3為結構件布置模塊的遺傳算法流程圖；圖4為布局優化與決策模塊的示意圖；圖5為布局可視化與人機交互模塊示意圖。具體實施方式下面結合具體實施例，進一步闡述本專利技術。應理解，這些實施例僅用于說明本專利技術而不用于限制本專利技術的范圍。此外應理解，在閱讀了本專利技術講授的內容之后，本領域技術人員可以對本專利技術作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。本專利技術的實施方式涉及一種基于大尺寸結構件三維形貌特征的堆場布局系統，如圖1所示，包括：三維堆場場景建模模塊，用于根據輸入大尺寸結構件和吊裝車的三維模型信息和堆場的二維平面信息，再加入場景因子建立三維堆場場景模型；結構件布置模塊，用于通過設計結構件的布局尋找第一次布局的優化；布局優化與決策模塊，用于在初始放置之后，引入約束因素，建立一個考慮結構件形貌特征的布局系統，其中，所述約束因素包括結構件的約束信息和吊裝車的約束信息；布局可視化與人機交互模塊，利用三維可視化技術進行布局的可視化，同時加入人機交互，使得堆場布局系統和用戶進行信息交流。如圖2所示，首先是通過三維堆場場景建模模塊，該功能是將大尺寸結構件和吊裝車的三維模型信息，和堆場的二維信息輸入系統。對于復雜的堆場場景，其包含許多約束因素，通過場景關系，場景約束，實體形狀，實體約束等相關屬性信息建立三維場景實體模型，結構件包含幾種基本實體，模型中包括場景的背景、色調、光線和結構件的材質等，幾種屬性特征信息組合在一起，建立三維堆場場景模型。構建三維堆場場景時，所述的三維堆場場景建模模塊是通過建立三維模型庫和二維模型庫，將結構件，吊裝車建立三維模型，放入到二維平面堆場中，結構件的各種形體擺放在堆場中，從而構建三維堆場場景。結構件布置模塊是通過三維場景建立的模型，把結構件和吊裝車的模型放入平面堆場中，將其擺放合理，達到空間利用率最高。具體流程是運用遺傳算法，將其簡化成套料問題來進行結構件的布局擺放。具體過程如圖3所示。(1)輸入結構件和堆場的模型參數信息，并進行編碼此步驟是輸入三維結構件和堆場信息，并將結構件進行染色體編碼，編碼信息包括序號，形狀大小，位置，角度信息，將多個結構件的信息構成一條染色體字符串。(2)個體適應度評價設計個體適應度評價函數，函數目標是使堆場空間利用率最高。(3)對數據進行迭代初始化產生初始群體此步驟主要對輸入的染色體信息進行初始化，將其生成第一代初始群體，計算每個個體的適應度值。(4)選擇操作采用輪盤賭的方法對初始群體進行選擇，計算適應度值高的個體作為下一代遺傳對象。(5)交叉操作從群體中隨機選取兩個個體進行交叉操作，進一步選擇適應度更高的個體。(6)變異操作為了產生更為優秀的個體，還要對染色體編碼進行變本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于大尺寸結構件三維形貌特征的堆場布局系統，其特征在于，包括：三維堆場場景建模模塊，用于根據輸入大尺寸結構件和吊裝車的三維模型信息和堆場的二維平面信息，再加入場景因子建立三維堆場場景模型；結構件布置模塊，用于通過設計結構件的布局尋找第一次布局的優化；布局優化與決策模塊，用于在初始放置之后，引入約束因素，建立一個考慮結構件形貌特征的布局系統，其中，所述約束因素包括結構件的約束信息和吊裝車的約束信息；布局可視化與人機交互模塊，利用三維可視化技術進行布局的可視化，同時加入人機交互，使得堆場布局系統和用戶進行信息交流。

【技術特征摘要】
1.一種基于大尺寸結構件三維形貌特征的堆場布局系統，其特征在于，包括：三維堆場場景建模模塊，用于根據輸入大尺寸結構件和吊裝車的三維模型信息和堆場的二維平面信息，再加入場景因子建立三維堆場場景模型；結構件布置模塊，用于通過設計結構件的布局尋找第一次布局的優化；布局優化與決策模塊，用于在初始放置之后，引入約束因素，建立一個考慮結構件形貌特征的布局系統，其中，所述約束因素包括結構件的約束信息和吊裝車的約束信息；布局可視化與人機交互模塊，利用三維可視化技術進行布局的可視化，同時加入人機交互，使得堆場布局系統和用戶進行信息交流。2.根據權利要求1所述的基于大尺寸結構件三維形貌特征的堆場布局系統，其特征在于，所述的三維堆場場景建模模塊是通過建立三維模型庫和二維模型庫，將結構件，吊裝車建立三維模型，放入到二維平面堆場中，結構件的各種形體擺放在堆場中，從而構建三維堆場場景。3.根據權利要求2所述的基于大尺寸結構件三維形貌特征的堆場布局系統，其特征在于，所述三維堆場場景建模模塊根據實際...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鮑勁松，申興旺，曹恒玲，張武，馮濤，劉巧媚，劉嘉慧，
申請(專利權)人：東華大學，上海江南長興重工有限責任公司，
類型：發明
國別省市：上海;31