基于CAM平台的设备安装施工方案模拟验证方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于CAM平台的设备安装施工方案模拟验证方法及装置，属于设备安装领域。该方法包括：根据设备安装施工方案中所需多个设备的实际尺寸，创建与该多个设备的实际尺寸成相同预设比例的三维模型；根据该多个设备之间的装配关系、位置以及该多个设备的使用方法，获取该多个设备模型之间的运动参数；根据该多个设备模型之间的运动参数，确定实际设备安装施工方案。本发明通过创建与设备安装施工方案中所需设备的实际尺寸成预设比例的三维模型，使得根据该三维模型建立的模型与实际完全相符，实现了对该三维模型建模精度的准确控制，进而确保实际设备安装施工方案的可行性。

说明书

技术领域

本发明涉及设备安装领域，特别涉及基于CAM平台的设备安装施工方案模 拟验证方法及装置。

背景技术

设备安装施工方案的计算机模拟技术是一种利用计算机进行仿真模拟设备 安装施工方案的技术。该技术模拟精度高，可实现设备安装的模拟验证，但是， 该技术对三维模型建模精确度要求很高。

在现有技术中，设备安装施工方案的计算机模拟验证是基于3Dmax、Maya 等动画渲染软件。但是，这类软件对使用者的技巧要求很高，因此对三维模型 建模的精度很难控制。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了基于CAM平台的设备安装 施工方案模拟验证方法及装置。所述技术方案如下：

一方面，提供了基于CAM平台的设备安装施工方案模拟验证方法，所述方 法包括：

根据设备安装施工方案中所需多个设备的实际尺寸，创建所述设备安装施 工方案中与所述多个设备的实际尺寸成相同预设比例的三维模型；

根据所述多个设备之间的装配关系、位置以及所述多个设备的使用方法， 模拟设备安装施工过程；

在模拟设备安装施工过程中，对于两个互为对接关系的设备模型，如果所 述两个设备模型移动后的轨迹重叠部分不大于预设区域，则确定所述模拟设备 安装施工过程成功；或，对于两个互为连接关系的设备模型，如果该两个设备 模型移动后的轨迹存在重叠部分，则确定所述模拟设备安装施工过程成功；

当所述设备安装施工过程模拟成功时，获取所述设备安装施工过程模拟成 功时对应的所述多个设备模型之间的运动参数；

根据所述设备安装施工模拟方案中所述多个设备之间的运动参数，确定实 际设备安装施工方案。

另一方面，提供了一种基于CAM平台的设备安装施工方案模拟验证装置， 所述装置包括：

三维模型创建模块，用于根据设备安装施工方案中所需多个设备的实际尺 寸，创建与所述多个设备的实际尺寸成相同预设比例的三维模型；

运动参数获取模块，用于根据所述多个设备之间的装配关系、位置以及所 述多个设备的使用方法，模拟设备安装施工过程；在模拟设备安装施工过程中， 对于两个互为对接关系的设备模型，如果所述两个设备模型移动后的轨迹重叠 部分不大于预设区域，则确定所述模拟设备安装施工过程成功；或，对于两个 互为连接关系的设备模型，如果该两个设备模型移动后的轨迹存在重叠部分， 则确定所述模拟设备安装施工过程成功；当所述设备安装施工过程模拟成功时， 获取所述设备安装施工过程模拟成功时对应的所述多个设备模型之间的运动参 数；

施工方案确定模块，用于根据所述多个设备模型之间的运动参数，确定实 际设备安装施工方案。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过创建与设备安装施工方案中所需设备的实际尺寸成预设比例的三维模 型，使得根据该三维模型建立的模型与实际完全相符，实现了对该三维模型建 模精度的准确控制，进而确保实际设备安装施工方案的可行性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于CAM平台的设备安装施工方案模拟验证方 法流程图；

图2是本发明实施例提供的基于CAM平台的设备安装施工方案模拟验证方 法流程图；

图3-1是本发明实施例提供的石油储罐基础的三维模型示意图；

图3-2是本发明实施例提供的石油储罐底板的三维模型示意图；

图3-3是本发明实施例提供的石油储罐壁板的三维模型示意图；

图3-4是本发明实施例提供的石油储罐抗风圈的三维模型示意图；

图3-5是本发明实施例提供的石油储罐加强圈的三维模型示意图；

图3-6是本发明实施例提供的吊车的三维模型示意图；

图4-1是本发明实施例提供的对石油储罐的壁板抛丸除锈方案的模拟示意 图；

图4-2是本发明实施例提供的对石油储罐壁板开孔板进行热处理的模拟示 意图；

图4-3是本发明实施例提供的边缘板吊装方案的模拟示意图；

图4-4是本发明实施例提供的调节边缘板安装间隙，并进行焊接方案的模拟 示意图；

图4-5是本发明实施例提供的中副板吊装方案的模拟示意图；

图4-6是本发明实施例提供的石油储罐的壁板吊装方案的模拟示意图；

图4-7是本发明实施例提供的石油储罐壁板安装固定方案的模拟示意图；

图4-8是本发明实施例提供的两壁板组对间隙调节方案的模拟示意图；

图4-9是本发明实施例提供的壁板纵缝焊接方案的模拟示意图；

图4-10是本发明实施例提供的石油储罐的第二圈壁板安装方案的模拟示意 图；

图4-11是本发明实施例提供的为壁板纵缝焊接方案的模拟示意图；

图4-12是本发明实施例提供的壁板环缝焊接方案的模拟示意图；

图4-13是本发明实施例提供的浮船临时支撑及浮船底板安装方案的模拟示 意图；

图4-14是本发明实施例提供的行浮船桁架及附件安装方案的模拟示意图；

图4-15是本发明实施例提供的盘梯安装方案的模拟示意图；

图4-16是本发明实施例提供的附件安装方案的模拟示意图；

图5是本发明实施例提供的基于CAM平台的设备安装施工方案模拟验证装 置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明 实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的基于CAM平台的设备安装施工方案模拟验证方 法流程图。参见图1，该实施例包括：

101、根据设备安装施工方案中所需多个设备的实际尺寸，创建与该多个设 备的实际尺寸成相同预设比例的三维模型。

102、根据该多个设备之间的装配关系、位置以及该多个设备的使用方法， 模拟设备安装施工过程。

103、在模拟设备安装施工过程中，对于两个互为对接关系的设备模型，如 果该两个设备模型移动后的轨迹重叠部分不大于预设区域，则确定该模拟设备 安装施工过程成功；或，对于两个互为连接关系的设备模型，如果该两个设备 模型移动后的轨迹存在重叠部分，则确定该模拟设备安装施工过程成功。

104、当该设备安装施工过程模拟成功时，获取该设备安装施工过程模拟成 功时对应的该多个设备模型之间的运动参数。

105、根据该多个设备模型之间的运动参数，确定实际设备安装施工方案。

本发明实施例提供的方法，通过创建与设备安装施工方案中所需设备的实 际尺寸成预设比例的三维模型，使得根据该三维模型建立的模型与实际完全相 符，实现了对该三维模型建模精度的准确控制，进而确保实际设备安装施工方 案的可行性。

可选地，该方法还包括：

当该设备安装施工过程模拟不成功时，调整设备安装施工方案；

根据调整后该设备安装施工方案中该多个设备之间的装配关系、位置以及 该多个设备的使用方法，继续模拟设备安装施工过程，直至该设备安装施工过 程模拟成功；

获取该设备安装施工过程模拟成功时对应的该多个设备模型之间的运动参 数。

可选地，该设备安装施工方案包括设备安装施工中设备零件吊装方案、安 装工序以及利用工器具进行安装工艺尺寸调节方案。

可选地，该设备安装施工方案中所需多个设备包括：

设备基础、设备零件、吊车、吊索具以及工器具。

图2是本发明实施例提供的基于CAM平台的设备安装施工方案模拟验证方 法流程图。参见图2，该实施例包括：

201、该CAM平台根据设备安装施工方案中所需多个设备的实际尺寸，创 建与该多个设备的实际尺寸成相同预设比例的三维模型。

其中，该CAM（computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）平台主 要用于进行机械设计制造，可以根据设备的实际尺寸，创建该设备的三维模型， 还可以根据多个设备之间的装配关系，创建模拟装配图，对多个设备之间的装 配方案进行模拟。

其中，设备安装施工方案包括：设备安装施工中设备零件吊装方案、安装 工序以及利用工器具进行安装工艺尺寸调节方案。在本发明实施例中，该设备 安装施工方案可以用于指导设备安装施工过程。

其中，该设备安装施工方案中所需多个设备包括设备基础、设备零件、吊 车、吊索具以及工器具等。

在本发明实施例中，该所需多个设备的实际尺寸可以通过人工测量获取， 也可以通过所需多个设备的设计图纸获取，本发明实施例不作具体限定。

本发明实施例利用CAM平台创建三维模型的功能，该CAM平台获取用户 输入的该设备安装施工方案中所需多个设备的实际尺寸，创建与该多个设备的 实际尺寸成相同预设比例的三维模型。其中，该预设比例可由技术人员设置， 也可由用户在使用过程中设置，本发明实施例不做具体限定。

例如，在石油储罐安装施工方案中，所需设备的三维模型如图3-1～图3-6 所示。其中，图3-1为石油储罐基础的三维模型示意图，该模型为石油储罐设备 安装基础，为设备装配提供基础；图3-2为石油储罐底板的三维模型示意图，该 模型为石油储罐底板，底板安装于图3-1中所描述的基础平面上，通过焊接将各 块底板连接成统一主体，组成类似于储存容器的底部；图3-3为石油储罐壁板的 三维模型示意图，此模型安装时竖立于储罐周围，通过各张壁板之间焊接组合 成一圈壁板，通过各圈壁板之间的焊接组合储罐壁板，组成类似于储存容器的 筒身部分；图3-4为石油储罐抗风圈的三维模型示意图，该模型石油为储罐附件， 用于提高储罐整体强度；图3-5为石油储罐加强圈的三维模型示意图；图3-6为 安装施工所需工器具模型中吊车的三维模型示意图，可利用该模型的装配关系， 将图3-1～3-5等模型进行模拟吊装。

202、根据该三维模型中多个设备之间的装配关系、位置以及多个设备的使 用方法，该CAM平台模拟设备安装施工过程。

其中，装配指将多个设备按技术要求连接，以保证正确的相对位置和相互 关系。本发明实施例中的装配关系包括面与面之间的连接关系，轴与轴之间的 连接关系，点与点之间的连接关系以及运动副连接关系等。

在本发明实施例中，该CAM平台根据实际场景中该多个设备之间的装配关 系、位置以及该设备的使用方法，利用CAM平台的运动仿真模块，模拟设备安 装施工过程。例如，在实际场景中，吊车与场地是通过接触关系连接的。在设 备安装施工模拟中，需要首先将吊车与场地设置为接触，然后调整吊车在该场 地的相对位置至最佳站位。

例如，在石油储罐安装施工方案中，设备安装施工过程如图4-1～图4-16 所示。其中，图4-1是对石油储罐的壁板抛丸除锈方案的模拟示意图，该示意图 是对储罐安装底板、壁板等位置所用钢板进行除锈以进行防腐；图4-2是对石油 储罐壁板开孔板进行热处理的模拟示意图，该示意图是对储罐壁板开孔板进行 热处理模拟；图4-3是边缘板吊装方案的模拟示意图，该示意图是利用吊车、吊 索具与底板边缘板的装配关系，模拟边缘板吊装过程；图4-4是调节边缘板安装 间隙，并进行焊接方案的模拟示意图，该示意图模拟利用工夹具调节边缘板安 装间隙，并进行焊接过程；图4-5是中副板吊装方案的模拟示意图，该示意图是 利用吊车、吊索具与底板中副板的装配关系，模拟中副板吊装过程；图4-6是石 油储罐的壁板吊装方案的模拟示意图，该示意图模拟壁板吊装过程；图4-7是石 油储罐壁板安装固定方案的模拟示意图，该示意图模拟通过挡板进行储罐壁板 安装固定过程；图4-8是两壁板组对间隙调节方案的模拟示意图，该示意图模拟 利用工夹具进行两壁板组对间隙调节过程；图4-9是壁板纵缝焊接方案的模拟示 意图，该示意图模拟利用自动立焊机，进行壁板纵缝焊接过程；图4-10是石油 储罐的第二圈壁板安装方案的模拟示意图，该示意图模拟第二圈壁板安装过程； 图4-11是为壁板纵缝焊接方案的模拟示意图，该示意图模拟利用自动立焊机， 进行壁板纵缝焊接过程；图4-12是壁板环缝焊接方案的模拟示意图，该示意图 模拟利用自动横焊机，进行壁板环缝焊接过程；图4-13是浮船临时支撑及浮船 底板安装方案的模拟示意图，该示意图模拟进行浮船临时支撑及浮船底板安装 过程；图4-14是行浮船桁架及附件安装方案的模拟示意图，该示意图模拟进行 浮船桁架及附件安装过程；图4-15是盘梯安装方案的模拟示意图，该示意图模 拟进行盘梯安装过程；图4-16是附件安装方案的模拟示意图，该示意图模拟进 行附件安装过程。

203、该CAM平台判断模拟设备安装施工过程是否成功；

如果是，执行步骤206；

如果否，执行步骤204。

在本发明实施例中，该CAM平台根据设备安装施工方案中设备之间的连接 关系，移动设备模型的各个部件。如果设备模型移动后的轨迹连接关系与设备 安装施工方案中设备之间的实际连接关系不匹配，则该CAM平台确定模拟设备 安装施工过程不成功。如果设备模型移动后的轨迹连接关系与设备安装施工方 案中设备之间的实际连接关系匹配，则该CAM平台确定模拟设备安装施工过程 成功。

在模拟设备安装施工过程中，对于两个互为对接关系的设备模型，如果该 两个设备模型移动后的轨迹重叠部分不大于预设区域，则确定该模拟设备安装 施工过程成功；或，对于两个互为连接关系的设备模型，如果该两个设备模型 移动后的轨迹存在重叠部分，则确定该模拟设备安装施工过程成功。

例如，在设备安装施工方案中某两个设备之间为对接关系，如果该两个设 备模型移动后的轨迹重叠部分大于预设区域，也即是该两个设备之间发生碰撞， 则该CAM平台确定模拟设备安装施工过程不成功。在设备安装施工方案中某两 个设备之间为连接关系，如果该两个设备模型移动后的轨迹不存在重叠部分， 也即是该两个设备之间无法实现连接，则该CAM平台确定模拟设备安装施工过 程不成功。

204、该CAM平台调整设备安装施工方案。

在本发明实施例中，如果模拟设备安装施工模型过程不成功，则在实际现 场操作时就会发生事故。因此，当模拟设备安装施工模拟过程不成功时，需要 调整该设备安装施工方案中该多个设备之间的装配关系、位置以及该多个设备 的使用方法。

205、根据该调整后设备安装施工方案中该多个设备之间的装配关系、位置 以及该多个设备的使用方法，继续模拟设备安装施工过程，直至该设备安装施 工过程模拟成功。

由于设备安装施工模型过程与实际现场设备安装施工过程是一致的，如果 模拟设备安装施工模型过程不成功，在实际现场操作时就会发生事故。本发明 实施例通过模拟设备安装施工过程的三维表现，可直观展示设备安装施工过程 的细节，验证安装施工过程中是否不成功，实现了对设备安装施工方案的提前 模拟验证，能够确保设备安装施工方案的可行性。

206、该CAM平台获取该多个设备模型之间的运动参数。

其中，该运动参数指用于描述设备之间相对运动的参数。本发明实施例中 的运动参数包括设备之间的相对距离，设备之间的相对角度，设备之间的相对 位置以及设备之间的相对速度等。

207、根据该多个设备模型之间的运动参数，该CAM平台确定实际设备安 装施工方案。

本发明实施例利用CAM平台的装配方案的模拟功能，在CAM平台模拟设 备安装施工过程中，读取各个设备之间的运动参数，记录该运动参数中设备之 间的相对距离，设备之间的相对角度，设备之间的相对位置以及设备之间的相 对速度等，确定实际设备安装施工方案，以便在实际场景中，根据该实际设备 安装施工方案，指导实际设备安装施工。

本发明实施例提供的方法，通过创建与设备安装施工方案中所需设备的实 际尺寸成预设比例的三维模型，使得根据该三维模型建立的模型与实际完全相 符，实现了对该三维模型建模精度的准确控制，进而确保实际设备安装施工方 案的可行性。

图5是本发明实施例提供的基于CAM平台的设备安装施工方案模拟验证装 置结构示意图，参见图5，该装置包括：三维模型创建模块501、运动参数获取 模块502和施工方案确定模块503。其中：

三维模型创建模块501用于根据设备安装施工方案中所需多个设备的实际 尺寸，创建与该多个设备的实际尺寸成相同预设比例的三维模型；三维模型创 建模块501与运动参数获取模块502连接，运动参数获取模块502用于根据该 多个设备之间的装配关系、位置以及该多个设备的使用方法，模拟设备安装施 工过程；在模拟设备安装施工过程中，对于两个互为对接关系的设备模型，如 果该两个设备模型移动后的轨迹重叠部分不大于预设区域，则确定该模拟设备 安装施工过程成功；或，对于两个互为连接关系的设备模型，如果该两个设备 模型移动后的轨迹存在重叠部分，则确定该模拟设备安装施工过程成功；当该 设备安装施工过程模拟成功时，获取该设备安装施工过程模拟成功时对应的该 多个设备模型之间的运动参数；运动参数获取模块502与施工方案确定模块503 连接，施工方案确定模块503用于根据该多个设备模型之间的运动参数，确定 实际设备安装施工方案。

可选地，该运动参数获取模块502还包括：施工方案调整单元，用于当该 设备安装施工过程模拟不成功时，调整设备安装施工方案；该运动参数获取单 元还用于根据调整后该设备安装施工方案中该多个设备之间的装配关系、位置 以及该多个设备的使用装置，继续模拟设备安装施工过程，直至该设备安装施 工过程模拟成功。

可选地，该设备安装施工方案包括设备安装施工中设备零件吊装方案、安 装工序以及利用工器具进行安装工艺尺寸调节方案。

可选地，该设备安装施工方案中所需多个设备包括：设备基础、设备零件、 吊车、吊索具以及工器具。

本发明实施例提供的装置，通过创建与设备安装施工方案中所需设备的实 际尺寸成预设比例的三维模型，使得根据该三维模型建立的模型与实际完全相 符，实现了对该三维模型建模精度的准确控制，进而确保实际设备安装施工方 案的可行性。

需要说明的是：上述实施例提供的基于CAM平台的设备安装施工方案模拟 验证的装置在模拟验证设备安装施工方案时，仅以上述各功能模块的划分进行 举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完 成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者 部分功能。另外，上述实施例提供的基于CAM平台的设备安装施工方案模拟验 证装置与基于CAM平台的设备安装施工方案模拟验证方法实施例属于同一构 思，其具体实现方案详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过 硬件来完成，也可以通方案序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于 一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或 光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。