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Application of computer virtual reality technology in ship equipment assembly

Abstract

It is known to us all that in factors of determining shipbuilding cycle, ship assembly occupies an important position in shipbuilding. In traditional shipbuilding model, front-line workers conduct assembly according to the two-dimensional drawing of marine designer. They will make mistakes inattentively, which results in the waste of manpower and material resources. At the same time, the abstraction of drawing will tend to generate deviation in the communication system between designer and ship-owner because of no concrete model object. This paper adopted a kind of technology that could use three-dimensional entity form to express ship model and assembling process-ship virtual assembly technology. The combination of virtual reality technology and ship assembly technology revealed the insufficient and defect in design, which avoided the waste of manpower and material resources during practical assembly. Through the selection and comparison of virtual assembly, we could optimize assembly technology, thus to convenient for the learning and execution of front-liner workers, enhance shipbuilding efficiency and shorten shipbuilding cycle.

1 Introduction

With the development of economy, land resources are increasingly shortening, thus varies countries in the world have converted their orientation to the ocean of rich resources. In order to occupy a place in the future resource competition, shipbuilding industry has become the basic industry that must increase development by each country. Since the modern times, the shipbuilding technology in our country makes progress year by year. However, compared with shipbuilding powerful countries, there still exist large gaps. Such kind of technology in China not only has long shipbuilding cycle, but also causes the ship-owner with less professional knowledge cannot reach a consensus with shipping firm because of the professionalization of drawing [1]. In the face of the existing problem of traditional shipbuilding industry, our specialists have constantly thrown themselves into the researches in these years. In the article Virtual Verification of Fishing Boat Total Design Scheme [2], Wang Ning from Dalian University of Technology conducted scientific research on special project “research on fishery energy conservation key technology and development of important equipment” relied on national public welfare industry. With the platform of CATTA, he studied the current situation and achievement about virtual simulation technology at home and abroad. Combined with the theory of man-machine engineering and took a fiber- glass fishing boat for prototype, he conducted research and technological development on some subject matters in virtual verification process of total fishing boat design, which was benefit for promoting constant development and progress of ship design level. In the article Ship Equipment Information Management for Ship Design and Construction[3],

Wang Xuhui and Jiang Yiping conducted introductionon ship equipment in the process of total ship design and building. In addition, on this basis, they introduced the main content of informatization management of ship equipment information. Their research contents have certain referential significance on the promotion of ship enterprise competetiveness. In the article Construction and Implementing of Ship Equipment RCM Maintenance Architecture, Dai Daoqi broke through the traditional ship maintenance mode,and brought Reliability-Centered Maintenance (RCM) in Ship equipment maintenance [4]. Through continuous or periodic condition monitoring on the operation status of ship equipment, we drew a judgment on the running status of mechanical equipment and forecasted its developmental trend, thus to effectively guide maintenance activity. The innovation of its maintenance model avoided the limitation of ship planning periodical repair, which has greatly enhanced the efficiency and effectiveness of equipment maintenance, improved the reliability and usability of equipment and saved the cost ship equipment maintenance.This paper proposed to conduct digitalized shipbuilding using virtual reality technology, and to display the assembly process of three-dimensional ship model in simulation platform. It has made up the inconvenient brought about by the two-dimensional drawing of tradetional ship industry, and avoided the potential assembly conflict and defect in practical assembly. The solution on the shortage of the professional quality of front-line workers and the non-professional background of ship has provided new research orientation for shortening shipbuilding cycle and enhancing shipbuilding technology.

2 Virtual reality technology and its application status

2.1 DEFINITION OF VIRTUAL REALITY

Virtual reality technology is firstly put forward by American VPL Research Inc., which is the outcome of the combination of multiple advanced technologies, like computer, micro-electronics, simulation and sensor measurement. It can constructs an environment that is same or extremely similar to real world by using calculator on computer, thus to have people communicate in virtual environment through virtual device [5, 6]. Virtual reality system is mainly made up of five parts: virtual engine, input/output device, software and database, user and task, of which virtual engine and I/O device are the core parts. They finish virtual task through the following composition relationship, as shown in Figure 1:2.2 THE APPLICATION OF VIRTUAL REALITY TECHNOLOGY IN ENGINEERING FIELD

The application of virtual reality technology in engineering industry mainly reflects in two aspects: product appearance structural design, and determination of the optimization of products assembly. The design of product appearance struct

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计算机虚拟现实技术在船舶设备组装上的应用

王颖

摘要

我们知道，在确定造船周期的因素中，船舶装配在造船中占有重要地位。在传统造船模式下，一线工人按照海洋设计师的二维绘图进行装配。他们会不经意地犯错，导致人力和物力的浪费。与此同时，由于没有具体的模型对象，绘图部分将倾向于在设计者和船东之间的沟通中产生偏差。本文采用可以用三维实体形式船虚拟装配的技术表达船舶模型和组装过程。虚拟现实技术与船舶装配技术相结合，揭示了设计的不足和缺陷，避免了实际装配过程中人力物力的浪费。通过虚拟装配的选择和比较，可以优化装配技术，方便前线员工的学习和执行，提高造船效率，缩短造船周期。

1介绍

随着经济的发展，土地资源日益缩小，世界各国纷纷转向海洋资源丰富的方向。为了在未来的资源竞争中占据一席之地，造船业已成为必须增加各国发展的基础产业。从现代以来，我国造船技术逐年发展。但与造船强国相比，仍存在较大差距。中国的这种技术不仅具有长期的造船周期，而且专家知识不足导致船东不能与航运公司达成共识，因为绘图专业化[1]。为了面对传统造船业存在的问题，我们的专家们这些年不断投入到研究中。文中渔船总体设计方案虚拟验证[2]，大连理工大学王宁从事国家公益事业专项“渔业节能关键技术研究与重要设备研究”专项研究。通过CATTA的平台，研究了国内外虚拟仿真技术的现状和成果。结合人机工程理论，采用玻璃钢渔船作原型，对渔船设计的虚拟验证过程中的一些课题进行了研究和技术开发，有利于促进船舶设计水平不断发展和进步。船舶设计与建造船舶设备信息管理。王绪辉，江一平在船舶设计和建造过程中，对船舶设备进行了介绍。另外，在此基础上，介绍了船舶设备信息化管理的主要内容。他们的研究内容对促进船企竞争力具有一定的参考意义。在“船舶设备RCM维护架构建设与实施”一文中，戴道奇突破了传统的船舶维修模式，将可靠性维护（RCM）引入船舶设备维护[4]。通过对船舶设备运行状况进行连续或周期状态监测，对机械设备的运行状况进行了判断，预测了其发展趋势，有力地指导了维修活动。其维护模式的创新避免了船舶规划定期维修的局限性，大大提高了设备维护的效率和有效性，提高了设备的可靠性和可用性，节省了船舶设备维护成本。本文提出使用虚拟现实技术，并展示三维船舶模型的装配过程仿真平台。弥补了贸易船舶工业二维绘制所带来的不便，避免了潜在的组装冲突和实际装配缺陷。解决了一线员工专业素质不足和船舶非专业背景，为缩短造船周期和加强造船技术提供了新的研究方向。

2虚拟现实技术及其应用状况

2.1虚拟现实的定义

虚拟现实技术首先由美国VPL研究公司提出，它是多种先进技术（如计算机，微电子，仿真和传感器测量）相结合的结果。它可以通过使用计算机上的计算器来构建与现实世界相同或非常相似的环境，从而使人们通过虚拟设备在虚拟环境中进行通信[5,6]。虚拟现实系统主要由虚拟引擎，输入/输出设备，软件和数据库，用户和任务五个部分组成，虚拟引擎和I / O设备是其核心部分。他们通过以下组合关系完成虚拟任务，如图1所示：2.2虚拟现实技术在工程领域的应用

虚拟现实技术在工程行业的应用主要体现在产品外观设计和产品组装优化决定两个方面。产品外观结构设计也分为三个方面：以设计为中心的虚拟制造技术，以生产为核心的虚拟制造技术和以控制为中心的虚拟制造技术。

3船舶装配技术和数字化造船技术

3.1船舶组装技术

船体是一个复杂的结构体。在造船过程中，装配技术几乎占整个造船工艺的一半，是决定造船周期的关键环节。传统船舶装配通常分为预组装，总装和船组装。每个阶段将出现由不合格的生产设计，装配顺序错误等造成的返工问题，延长整个造船周期，造成人力物力资源的严重浪费。造船业在资源短缺和竞争激化的今天，发展至关重要，是不利的[7,8]。

为了缩短造船周期，降低造船成本，造船业力争在装配技术上取得突破。根据国外先进造船技术，结合中国造船业的实际情况，对造船业进行了实践分析，经验总结等方面的不断改进。根据各阶段造船模式的差异，中国造船模式大致分为传统造船模式，现代造船

模型和未来造船模式。

3.2数字化造船技术

数字化造船技术是指综合应用信息化技术，先进的数字化制造技术，先进的造船技术和现代造船模式，在整个生命周期的各个阶段和方面，如船舶设计，制造，试验，实验和管理与维护，在综合造船期间的各种知识，以及光斑的数字化建模和仿真。

可以说，近年来，无论是民用船舶还是军用船舶，数字化造船技术在船舶设计的方法和工具中发挥了重要作用。它具有强大的效果，特别是提高质量，降低成本，缩短交货时间。未来的造船业属于数字化造船技术，在一定程度上决定了造船企业改革的成败。

4建立海洋三维模型

机舱部分

4.1三方面的方法与工具

海洋尺寸建模

发动机房座椅

在世界造船领域，最早的船舶绘图都是手绘的，不仅工作量大，效率低，而且在出现错误时也消耗了大量的人力物力资源进行修改。在很大程度上延长了造船周期，手绘不利于技术。造船行业开始摆脱手绘图形的时代，直到CAD / CAM系统软件出现。CAD广泛应用的原因造船业一方面是随着科技的飞速发展，许多新技术已经融入各种软件系统。一系列CAD设计软件使船舶设计更加简便方便，船舶设计思路更加广泛。另一方面，与传统的设计方法相比，CAD软件更加智能，高效，环保。本文采用了基于CAD / CAM系统的上海技术研究自主研发的SB3DS船体设计软件进行建模。

该软件基于CAD的内在功能添加了许多新功能。特别是在船舶管道系统设计上，Sb3ds的行为非常突出，基本解决了管道系统设计困难的问题。具体的模块功能

Sb3ds如图2所示：

4.2建模程序

在建模初期，根据船舶设计图的船舶机舱结构和运行原理及其相互位置的关系，对设备部件之间的内聚关系和初步计划的建模方法进行了充分的了解，通过拍摄或其他方法获得船体，设备和管道系统的海图。另外，我们建立了in3dsmax的模型，并进行了动画。最后，我们将已建立的模型和动画导入VRP进一步优化过程，使其更加生动。建模过程如图3所示：

5结论

随着海洋工业经济的发展，为了在未来的海洋资源开发中占据主导地位，各国相互竞争，并将大量研发技术引入造船业。虽然中国在这方面取得了很大进展，但与世界造船能力相比，差距仍然很大。为了跟上甚至超越世界造船能力，我们必须增加信息化技术的应用，实现数字化造船。虚拟现实技术的强大影响也出现在其他领域[9]。因此，采用虚拟现实技术势在必行。通过对数字化造船技术和传统船舶装配技术存在的问题的分析，提出了在造船业应用虚拟装配技术的必要性，设计了

虚拟装配仿真过程中的技术路线和实施程序。在很大程度上为中国造船企业提供了参考经验和实践参考，对中国造船业的蓬勃发展起了强大的推动作用。

参考

[1]徐毅C，李梅梅，冯Y 2010中国造船业现状分析

行业互联网财富（5）62-63

[2]王恩（2013）;渔船总体设计虚拟验证

大连理工大学5 1

[3]王X H，江Y P 2012船舶设备信息管理

船舶设计与建造船舶23（6）78-82

[4]戴德Q 2014船舶设备建设与实施

RCM维护架构船舶标准化工程师3（2）

[5] Harrison G W，Haruvy E，Rutstrom E 2011备注虚拟世界

和虚拟现实实验南方经济学杂志78（1）87

[6] Falloon G 2010使用头像和虚拟环境学习：

他们要提供什么？英国教育学报

技术41（1）108

[7]梁子毅2011年韩国造船业华丽转身，

中国船舶调查（4）54-58

[8] Kong P 2011“船舶可控仿真模拟研究”

螺旋桨操纵厦门：集美大学

[9] Ying X D 2010计算机虚拟现实实现

概念设计技术无线互联网技术（1）

虚拟现实技术在船用柴油发电机模拟器中的应用

石成军1，郭琛1，彭水生2，孙彩琴

（1.导航系统仿真与控制，

大连海事大学，大连116026;

大连海事大学海洋工程学院，大连116026）

摘要：本文介绍了船舶柴油发电机模拟器的虚拟现实技术，以及通过WTK和VRT虚拟环境发生器开发虚拟机房和虚拟主机的方法，提出了虚拟拆装组装的新方法的实际。

关键词：虚拟现实;船用柴油发电机模拟器;虚拟机房;虚拟主机;虚拟拆装组装

1介绍

VR（虚拟现实）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，虚拟世界是整个虚拟环境或所有模拟对象。

由计算机创建的计算机环境，是一种互动视觉领域的模拟，使用户在他们在环境中亲自通过视觉，听觉和触觉等方式对用户进行操作。它的特点是浸没，互动和构想。

在考虑到实际培训环境的重要性的基础上，目前所有着名的船用柴油机发电厂模拟器都采用实际的控制面板，仪表和控制台，或构建所有物理模型，为培训人员提供更实际的环境。它不能像实际的船一样建造相同尺寸的模拟机房。

将VR技术引入海洋发电厂模拟器三维对象，对于主机和其他主机在机房内建造有重要意义，可以通过实际的机房图片粘贴图片。通过VR环境，可以构建三维虚拟机房，并可在电脑屏幕上输出，可以通过鼠标与VR机房进行互动。VR引擎室使用户感觉到他们在环境中有身临其境的感觉，提供比以前的海洋电站模拟器更加现实的环境，因此可以改善训练效果。

1.1硬件系统

为了实现真实的虚拟环境，应该考虑跟踪系统，

视觉系统，音响系统，制作影像系统和显示系统[1]。

1）以下系统的功能确保了用户头部，手，身体和其他物体现实的位置及其方向。目前，有五种能够对用户进行以下操作的设备：磁性跟随设备，声学跟踪设备，惯性跟踪设备，机构跟踪设备和光学跟踪设备。

2）视觉系统是为虚拟环境提供手工检测或操作对象的现实感的创作设备，通过使用人的感觉，力量和运动神经系统与VR环境进行交互。

3）图和图像创建者实时构建图像数据与视觉参数种类。主要问题是视觉参数品种与屏幕显示种类之间的延迟，实时需求之间的矛盾显示。延迟因素的两个主要影响是视觉参数品种的计算支出和向显示设备传递数据的计算支出。

4）可视化显示系统是需要利用建立的图像数据在三维中重现，如立体镜等。

在没有三维要求的虚拟环境中，一般显示可以显示透视图视图图像。在需要三维的虚拟环境中，需要立体显示设备。立体显示设备的主要功能是创建用户视网膜上的视力方程的图像信息，并根据用户的大脑脑系统产生立体视觉。

5）音频系统的主要功能是声音的执行，录制，再现和处理，位置是音频系统中的另一重要事项。

1.2软件系统

在人机交互子系统中的用户界面后面，软件系统应该保留一个实时VR环境的模型，可以模拟虚拟对象的移动和虚拟对象之间的交互，并具有在实时，同时包括传感器的输入，检测和控制防冲突，图像产生和显示输出等。

1）软件特征

许多商业软件系统可以用于生产一些单一的和特殊的虚拟环境，它们具有的特点包括接收军备跟踪信息，提供跟踪手套和警棍的驱动和接收，产生视觉显示，以及接收和传递CAD模型。

2）工具

我们自己开发和设计一个虚拟环境系统工具是不合适的，可以利用3DS，3DMAX和AutoCAD，

等等，开发我们需要的模型。

2开发虚拟系统的环境

一个成功的虚拟环境是非常复杂的，应该面对对象，具有实时的能力，同时表明，具有内部敏捷性和可移植性，这对开发软件环境提出了很高的要求。很难想象从基础代码开始开发新的应用系统是什么。因此，有必要提供一个框架和平台，使新的应用程序在已经虚拟的环境系统的基础上运行。显然，我们需要虚拟环境的通用开发标准，以确保各种软件开发环境具有用于构建对象模型的虚拟构造工具。

近年来，虚拟环境系统发展迅速，其主要开发工具包括Sense 8公司的World Tool Kit，WTK和Division Corporation的VC Tool Lit，VCT以及Dimension Corporation的VRT3我们采用WTK和VRT。

1）VRT：VRT主要包括三个功能模块，表单编辑器，世界编辑器和虚拟编辑器。窗体编辑器创建虚拟环境的对象.World编辑器将这些对象与虚拟环境中的动作和动作连接起来。产生应用系统.VRT允许更高的交互和网络处理。它的价格非常有吸引力，包括硬件和软件。对于那些强调用户交互动作而不具有更高分辨率要求的应用系统.VRT是一个有用的工具。然而，对于高层次的功能要求，浸没式虚拟环境，其缺点突显出来。

2）WTK：WTK是一个应用工具包

在由Sense8公司创建的虚拟环境中，它提供了一个集成的复杂应用开发虚拟环境。一个WTK特性是其独立的硬件。它可以在一般的PC上使用图形加速器，顶级图工作站。这意味着可以在低成本平台上进行开发，然后将该软件移植到特殊的高效目标计算机上。

3 VR应用示例

在这个项目中，已经实现了VR机房，VR主机，VR控制桥和VR引擎控制室的建设。

3.1 VR机房和VR主机VR机房的功能是可以让实际的船舶机房重新出现，随时可以在VR机房进行巡航，但在实际船舶上，设备太多，其结构为太复杂，如果整个机房的所有仪器的三维模型都精细建造，那么工作量太大，建模时间过长，开发成本会很高。

考虑到海洋电站模拟器的费用和当前的需求，在这个阶段，用户与VR机房的VR设备的运行不能互动，但用户可以随意在VR机房进行巡航，通过操作鼠标来改变观点。VR引擎室提供了平面版本和视觉眼镜所观

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