基于大尺寸结构件三维形貌特征的堆场布局系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于大尺寸结构件三维形貌特征的堆场布局系统，包括：三维堆场场景建模模块，用于根据输入大尺寸结构件和吊装车的三维模型信息和堆场的二维平面信息，再加入场景因子建立三维堆场场景模型；结构件布置模块，用于通过设计结构件的布局寻找第一次布局的优化；布局优化与决策模块，用于在初始放置之后，引入约束因素，建立一个考虑结构件形貌特征的布局系统，其中，所述约束因素包括结构件的约束信息和吊装车的约束信息；布局可视化与人机交互模块，利用三维可视化技术进行布局的可视化，同时加入人机交互，使得堆场布局系统和用户进行信息交流。本发明专利技术能够提高场地资源利用率，改进生产计划。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造
中的堆场布局系统，特别是涉及一种基于大尺寸结构件三维形貌特征的堆场布局系统。
技术介绍
目前我国的制造领域正在飞速发展，我国正在成为一个制造业大国，然而还不是一个制造业强国，究其原因，是我国的制造业生产成本大，生产效率低，缺乏科学有效的管理。在船舶各类和海工产品的制造过程中，由于结构件数量众多，尺寸较大，常常需要用到分段堆场用于分段的临时存放，以及分段的报验、修补、打磨以及预舾装等。堆场空间资源有限，堆场布局不合理，直接影响了物料资源出入堆场的效率，进而影响了企业制造中的生产效率。然而包括国内一些大型海工产品制造企业在内的制造过程中存在的落后的管理模式和粗放式作业方式并没有随着生产需求和生产规模的增加而得到改善，成为制约制造业大规模发展的挡路石。为了解决制造过程中的大尺寸结构件在堆场中的三维布局问题，提高生产效率，专利技术一个三维布局系统是非常有必要的，尤其是在堆场中生产计划灵活，大尺寸结构件需要经过多次搬运，如果计划不当，将会费时费力，因此，基于大尺寸结构件的三维形貌特征，将会更多的解决堆场中存在的一系列实际问题。对现有技术的查询发现，现在设计的布局系统都没有考虑大尺寸结构件的三维形貌特征，这对实际生产中出现的问题没有进行预估和评判，从而影响真正的生产计划，影响生产效率。经对现有技术的文献检索发现，王晨在《基于遗传算法的船舶智能布局设计方法研究》一文中提出的布局设计方法运用了栅格法，能量法，遗传算法，其中栅格法将空间划分为若干网格单元的建模方法，可以更清晰的显示，便于避障。该文涉及的技术主要存在以下缺陷和不足：(1)进行建模时仅考虑了平面模型的特征，忽略了结构件和吊装车的三维特征信息，无法体现实际模型信息；(2)进行布局设计时未考虑大尺寸结构件的形貌特征，对于不规则的结构件制造现场，诸多约束未加考虑，不符合真实制造环境。经对现有技术的文献检索发现，张刚，殷国富等在《解空间编码遗传算法在三维布局中的应用》一文中提出了三维布局设计，同时提到了三维性能约束，建立了一个带性能约束的模型信息。然而该文也存在一些技术缺陷和不足：(1)约束信息依然太少，不能反映制造现场的真实情况，大尺寸结构件的形貌约束未能考虑；(2)对布局设计没有进行一个好的反馈，对用户的限制较死，不能让用户来进行进一步的布局优化和完善。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于大尺寸结构件三维形貌特征的堆场布局系统，能够提高场地资源利用率，改进生产计划。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于大尺寸结构件三维形貌特征的堆场布局系统，包括：三维堆场场景建模模块，用于根据输入大尺寸结构件和吊装车的三维模型信息和堆场的二维平面信息，再加入场景因子建立三维堆场场景模型；结构件布置模块，用于通过设计结构件的布局寻找第一次布局的优化；布局优化与决策模块，用于在初始放置之后，引入约束因素，建立一个考虑结构件形貌特征的布局系统，其中，所述约束因素包括结构件的约束信息和吊装车的约束信息；布局可视化与人机交互模块，利用三维可视化技术进行布局的可视化，同时加入人机交互，使得堆场布局系统和用户进行信息交流。所述的三维堆场场景建模模块是通过建立三维模型库和二维模型库，将结构件，吊装车建立三维模型，放入到二维平面堆场中，结构件的各种形体摆放在堆场中，从而构建三维堆场场景。所述三维堆场场景建模模块根据实际现实状况将大尺寸结构件的三维特征完全考虑，建立的三维场景模型保持场景的完整性利于直观观察。所述的结构件布置模块在三维场景模型搭建好的前提下，将布局问题简化为套料问题，利用遗传算法将各种形体的结构件在堆场中放置，尽量提高场地的空间资源利用率。所述结构件的约束信息包括结构件的形状、重量、高度和吊装位置点。所述布局优化与决策模块根据结构件的形状采取初步分类，将对称和相似形状的结构件放在一起；将质量较大的结构件放在堆场外围位置，将较高的结构件摆放在边缘外围位置，高度较小的结构件放在中间位置。所述吊装车的约束信息包括吊装负载能力、吊装速度、吊装车占用面积和移动路径。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术针对现有的布局设计没有进行三维场景建模，布局过程中没有考虑大尺寸结构件的三维形貌特征等现实问题，综合考虑结构件和吊装车的各种约束，进行布局的动态调整，从而提高场地资源利用率，改进生产计划。附图说明图1为本专利技术系统基本组成示意图；图2为三维堆场场景建模模块示意图；图3为结构件布置模块的遗传算法流程图；图4为布局优化与决策模块的示意图；图5为布局可视化与人机交互模块示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的实施方式涉及一种基于大尺寸结构件三维形貌特征的堆场布局系统，如图1所示，包括：三维堆场场景建模模块，用于根据输入大尺寸结构件和吊装车的三维模型信息和堆场的二维平面信息，再加入场景因子建立三维堆场场景模型；结构件布置模块，用于通过设计结构件的布局寻找第一次布局的优化；布局优化与决策模块，用于在初始放置之后，引入约束因素，建立一个考虑结构件形貌特征的布局系统，其中，所述约束因素包括结构件的约束信息和吊装车的约束信息；布局可视化与人机交互模块，利用三维可视化技术进行布局的可视化，同时加入人机交互，使得堆场布局系统和用户进行信息交流。如图2所示，首先是通过三维堆场场景建模模块，该功能是将大尺寸结构件和吊装车的三维模型信息，和堆场的二维信息输入系统。对于复杂的堆场场景，其包含许多约束因素，通过场景关系，场景约束，实体形状，实体约束等相关属性信息建立三维场景实体模型，结构件包含几种基本实体，模型中包括场景的背景、色调、光线和结构件的材质等，几种属性特征信息组合在一起，建立三维堆场场景模型。构建三维堆场场景时，所述的三维堆场场景建模模块是通过建立三维模型库和二维模型库，将结构件，吊装车建立三维模型，放入到二维平面堆场中，结构件的各种形体摆放在堆场中，从而构建三维堆场场景。结构件布置模块是通过三维场景建立的模型，把结构件和吊装车的模型放入平面堆场中，将其摆放合理，达到空间利用率最高。具体流程是运用遗传算法，将其简化成套料问题来进行结构件的布局摆放。具体过程如图3所示。(1)输入结构件和堆场的模型参数信息，并进行编码此步骤是输入三维结构件和堆场信息，并将结构件进行染色体编码，编码信息包括序号，形状大小，位置，角度信息，将多个结构件的信息构成一条染色体字符串。(2)个体适应度评价设计个体适应度评价函数，函数目标是使堆场空间利用率最高。(3)对数据进行迭代初始化产生初始群体此步骤主要对输入的染色体信息进行初始化，将其生成第一代初始群体，计算每个个体的适应度值。(4)选择操作采用轮盘赌的方法对初始群体进行选择，计算适应度值高的个体作为下一代遗传对象。(5)交叉操作从群体中随机选取两个个体进行交叉操作，进一步选择适应度更高的个体。(6)变异操作为了产生更为优秀的个体，还要对染色体编码进行变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于大尺寸结构件三维形貌特征的堆场布局系统，其特征在于，包括：三维堆场场景建模模块，用于根据输入大尺寸结构件和吊装车的三维模型信息和堆场的二维平面信息，再加入场景因子建立三维堆场场景模型；结构件布置模块，用于通过设计结构件的布局寻找第一次布局的优化；布局优化与决策模块，用于在初始放置之后，引入约束因素，建立一个考虑结构件形貌特征的布局系统，其中，所述约束因素包括结构件的约束信息和吊装车的约束信息；布局可视化与人机交互模块，利用三维可视化技术进行布局的可视化，同时加入人机交互，使得堆场布局系统和用户进行信息交流。

【技术特征摘要】
1.一种基于大尺寸结构件三维形貌特征的堆场布局系统，其特征在于，包括：三维堆场场景建模模块，用于根据输入大尺寸结构件和吊装车的三维模型信息和堆场的二维平面信息，再加入场景因子建立三维堆场场景模型；结构件布置模块，用于通过设计结构件的布局寻找第一次布局的优化；布局优化与决策模块，用于在初始放置之后，引入约束因素，建立一个考虑结构件形貌特征的布局系统，其中，所述约束因素包括结构件的约束信息和吊装车的约束信息；布局可视化与人机交互模块，利用三维可视化技术进行布局的可视化，同时加入人机交互，使得堆场布局系统和用户进行信息交流。2.根据权利要求1所述的基于大尺寸结构件三维形貌特征的堆场布局系统，其特征在于，所述的三维堆场场景建模模块是通过建立三维模型库和二维模型库，将结构件，吊装车建立三维模型，放入到二维平面堆场中，结构件的各种形体摆放在堆场中，从而构建三维堆场场景。3.根据权利要求2所述的基于大尺寸结构件三维形貌特征的堆场布局系统，其特征在于，所述三维堆场场景建模模块根据实际...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍劲松，申兴旺，曹恒玲，张武，冯涛，刘巧媚，刘嘉慧，
申请(专利权)人：东华大学，上海江南长兴重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31