用于结构的虚拟装配的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于结构的虚拟装配的方法和系统
[0001] 本发明涉及结构的被测部件的表示继部件的生产之后并且在它们到结构的装配 场地的发货之前的虚拟装配的方法和系统。虚拟装配允许确定结构是否能够与真实部件装 配在一起，以及在不能够装配结构情况下，判定是否必须返工或重建特定部件或者是否必 须重新设计结构以便使该结构成为可构成的。
[0002] 本发明还涉及一种用于结构的工程、采购和建造特别用于在装配或施工地点组织 大型装置或建筑物的装配零件的方法。所述方法包括以下步骤：为要装配的零件设计结构 并且生成计算机辅助设计（CAD)数据和规格；基于CAD数据从零件虚拟地装配结构并且生 成虚拟装配；使用物流装置来获取标准零件并且初始化特殊零件的制造；以及将零件（包 括标准零件和特殊零件）发货到装配或施工地点。本发明还涉及一种执行用于结构的工 程、采购和建造的方法的系统。
[0003] 用于结构（诸如建筑物、工厂、桥梁或机器或车辆）的工程、采购和建造的典型的 传统方式如下。起初，存在例如客户的需求，并且针对实现的过程从结构的设计开始。在需 要建筑物或工厂的支承结构情况下，设计步骤还包括例如由作为另一个输入的数字地形模 型所支持的支承结构的设计。
[0004] 当整个结构的设计完成从而允许概观实现时，设计了结构的各种零件，并且通常， 生成了零件的有关CAD数据和规格。然后，现今使用计算机设计和施工工具的"虚拟装配" 模块来创建结构的虚拟装配，最后包括支承结构。建立所需零件的列表，并且根据可用性， 确定了哪些零件能够作为标准零件被购买以及哪些零件作为"特殊零件"必须最后由稍后 施工图纸被发送至的转包商特地制造。组织所需零件的获取（包括购买订单的邮寄和交付 时间的要求规格）的步骤通常使用物流装置来执行，所述物流装置还可以被集成在设计工 具中。
[0005] 在接受零件之后，这些零件被发送到装配将完成所在的施工地点。这意味着特地 制造的零件将由转包商直接发货到装配地点，并且标准零件将从供应商的库存交付到装配 地点。
[0006] 装配将按照由装配列表（从"虚拟装配"模块创建的）所描述的顺序开始，假定所 有零件将装配在一起。如果在装配、工具的尺寸等方面存在偏差，则通过在施工场地的返 工解决这些问题，这通常涉及显著困难，因为通常在施工环境中常常未给出带用于零件的 制造工具的最佳基础设施或设备。在最坏情况下，必须将零件分解开并且发送回给供应商 以得到返工或更换。这些修理型工作通常是昂贵的并且可能导致显著延迟和工作步骤的重 复，这根本不是高效的。可能在施工场地出现的问题的简单示例可能是应该被焊接在一起 但是不交汇的两个导管，使得可能必须迫使它们在一起并且然后焊接，这将意指将应力引 入到系统中，从而损害结构的稳定性和潜在寿命。
[0007] 在要竖立在支承结构上的建筑物或工厂的情况下，在支承结构的设计之后，首先 在从所获取的有关零件建造支承结构之前将存在支承结构的支承位置的立粧标出。即使建 筑物/工厂的零件或已经预先制造的子组件像在施工场地所计划的那样到达正确状态，如 果支承位置/定向不正确，则也可能出现问题。例如，这能够引起用于调整/改变支承位置 或支承结构的需要，这在这些过程的这个阶段通常是非常昂贵的。
[0008] 为了支持施工过程并且组织零件的装配以形成其结构，不同方法是已知的。例如 专利DE10 2008 062 458A1和DE10 2009 037 830B3各自公开了用于大型装配零件的测 量的装置。
[0009] DE10 2008 062 458A1公开了一种用于在机器和设备施工中的制造过程期间使 用的基于激光的测量装置。所述装置具有用作光源和光学传感器（例如，电荷耦合器件 (CCD)矩阵传感器）的激光器，其中要测量的对象被设置在激光器的激光辐射光束路径中。 第一偏振滤光器被设置在辐射光束路径中，其中偏振平面的调整对应于激光辐射的线性偏 振的方向。第二偏振滤光器被布置在辐射光束路径中，使得其偏振平面的定向相对于第一 偏振滤光器的偏振平面扭曲。另外，滤色器被放置在辐射光束路径中以便允许仅激光发射 波长的辐射的通过。
[0010] DE10 2009 037 830B3公开了用于使用测量臂上的扫描系统来测量装配零件的 特别是大型部件的表面的装置和方法。能够以触觉方式机械地或使用激光光学上完成扫 描。所述装置能够被设置和固定在装配零件上。然后，相对于装配零件具有固定基准点的 臂由驱动单元驱动并且测量了装配零件的表面的面积。重复这个步骤直到已经完全测量该 装配零件为止。
[0011] EP1653191A1公开了一种用于呈现真实空间中的对象（诸如输入目标对象的实 际位置和姿势）与它们在虚拟空间中的对应设计信息之间的差异例如作为存储的目标对 象的成形信息的设备。该设备包括叠加图像生成单元，其被配置为生成通过叠加和显示从 图像输入单元输入的目标对象的图像以及所存储的目标对象的成形信息而获得的图像。 该设备包括具有被配置为存储目标对象的三维设计信息的三维设计信息存储单元的三维 CAD。该设备专用于促进实际的真实目标对象与它的与工厂或工厂设施的施工过程特别有 关的设计的适配。
[0012] 已经公布了解决虚拟现实（VR)在架构中和在施工过程中的引入的数个研宄。
[0013] Kim等人（2001)描述了 4D/VR在韩国的高层公寓和商业商店建筑物计划的施工 中的使用。来自使用4D/VR模型的最大收益是从改进导致将施工时间从43个月减小至39 个月的经理人与工人之间的通信实现的（KimW.，LimH.C，Kim0.，ChoiY.K.和LeeI. -S. (2001),"Visualizedconstructionprocessonvirtualreality"，Proceedingsof theFifthInternationalConferenceonInformationVisualisation,IEEEComputer Society,LosAlamitos,CA,USA,pp684-689)〇
[0014] VR在赫尔辛基的新演进厅中的使用由Savioja等人（2003)研宄过。本研宄描述 了从用于呈现构思和布局的相对简单的VR模型开始的过程。模型被进一步详述直到建筑 物的照片逼真模型能够被呈现和用于设计的详细研宄为止（SaviojaL.,MantereM,Iikka 〇?，AyrilvjUncnS.,GrohnM?和Iso-AhoJ. (2003),"Utilizingvirtualenvironments inconstructionprojects^,ElectronicJournalofInformationTechnologyin Construction(ITcon)Vol. 8,pp85-99)〇
[0015]Woks印p等人（2004)调查了VR模型如何由用户在大型旅馆和办公建筑物的施 工中体验和评价、以及这种模型能够实现主要在这样的上下文中采用的2DCAD图纸所达 的程度（WokseppS.，Tullberg0?andOlofssonT. (2004)，"Virtualrealityatthe buildingsite:investigationhowtheVRmodelisexperiencedanditspractical applicability"，ProceedingsofEuropeanConferenceonProductandProcess ModellinginConstruction(ECPPM2004),Istanbul,Turkey, 8-10September)〇
[0016] Ganah等人（2005)呈现了目的在于开发针对可施工性信息在设计与施工队伍之 间的图形通信的可视化系统的研宄计划。目标在于使用可视化工具来改进设计与施工之间 的通信的缺乏（GanahA.A.,BouchlaghemN.B.andAnumbaCJ. (2005)，"VISCON:Computer visualisationsupportforconstructability"，ElectronicJournalofInformation TechnologyinConstruction(ITcon),Vol. 10,pp69-83)。
[0017] 最近，同样已进行努力以便在施工过程中将VR作为工具引入来支持除仅用作 可视化工具之外的设计和施工过程。公布了通过从客户、设计团队和规划团队如何一直 将VR模型作为对3DCAD模型和2DCAD图纸的信息的补充源用在瑞典北部的大规模球 团厂（MK3)的施工中提供所实现的价值和示例来描述VR在施工计划中的使用的案例研 宄。研宄目标在于提供关于在集中于设计和规划过程情况下在施工计划中使用VR模型的 价值的新的深刻见解和知识（WokseppS.，OlofssonT.，"Usingvirtualrealityina large-scaleindustryproject"，ITconVol.ll(2006)，pp627-640)。在该施工计划内， 开发了除了别的之外还涉及机械、电气安装和控制系统并且涉及数字实体模型的开发的交 互式设计过程，所述数字实体模型经受修改以用于在该计划的过程中消除设计错误。
[0018] 然而，以上描述的方法全部仅与用于结构的工程、采购和建造的过程的一部分有 关，但是总体上未呈现针对该过程的解决方案。
[0019] 因此本发明的目的是提供用于结构的虚拟装配的方法和系统。
[0020] 本发明的另一个目的提供一种用于结构（诸如建筑物或工厂）在适用于在施工 过程的后期阶段中避免这种修理或校正需要的支承结构上的工程、采购和建造的改进的方 法。
[0021] 本发明的另一个目的是提供一种用于执行这种方法的系统。
[0022] 这些目的中的至少一个由独立权利要求和/或从属权利要求中的一个的主题来 解决。
[0023] 根据本发明的第一方面，一种用于结构的虚拟装配的方法包括：在远离结构的施 工场地的多个位置处，继部件的生产之后并且在它们到施工场地的运输之前测量结构的多 个部件。结构具体地是单独的制品。所述方法还包括以下步骤：基于测量来创建被测部件 的虚拟表示；虚拟地装配部件的表示并且确定结构是否能够用被测部件加以装配并且与结 构和部件的预定义装配容差一致。所述方法还包括以下步骤：从调整解决方案的给定集合 中分析并且输出可能的调整解决方案。该集合包括以下解决方案中的至少一个：
[0024] ?必须更换被测部件中的一个或更多个，