油气平台模块分区域虚拟化装配轻量化方法与流程

本发明涉及虚拟装配方法，尤其涉及油气模块大型钢结构虚拟装配过程的优化方法。

背景技术：

随着技术集成度越来越高，油气平台模块越来越大，大型设备和零件越来越多，造成建造时间越来越长，且在装配过程中出现的碰撞问题也越来越严重。虚拟装配是大型平台模块化制造的重要组成部分，利用虚拟装配，以便及早的发现装配中存在问题，验证装配设计和可操作性，并通过可视化显示装配过程。目前绝大部分三维设计软件都无法满足大型平台的虚拟装配的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种对模块化后的结构进行轻量化处理，使之能够在一般的三维设计软件中进行装配轨迹规划和整个装配过程的仿真的油气平台模块分区域虚拟化装配轻量化方法。

本发明的油气平台模块分区域虚拟装配轻量化方法，包括以下步骤：

步骤一、从三维设计模型中调出油气模块中需要轻量化的模块三维线型图；

步骤二、在模块三维线型图的外围构件长方体包围盒，以包围盒左前侧下方的顶点为原点，以原点连接的三条棱线建立包围盒空间直角坐标系o-xyz，其中向右为x轴正方向，向上为z轴正方向，向后为y轴正方向；

步骤三、将模块三维线型图分区划分并合并，方法如下：

第一步，调整模型三维线型图中与待轻量化的部件相对的侧面为底面，然后以底面的左前侧下方的顶点处为原点，以原点连接的三条棱线建立直角坐标系o1-x1y1z1，其中向右为x1轴正方向，向上为z1轴正方向，向后为y1轴正方向，将模型三维线型图投影到x1o1y1平面上；

第二步，计算出各个待轻量化的部件投影到x1o1y1平面上的面积sx，并依据面积大小依次标记为s0、s1、s2、s3………sx且将各个部件对应标记为0-x，分别用各个部件的投影面积sx除以s0，得到面积比值δ；

第三步，判断面积比值δ的大小，如果面积比值δ≤0.1，则将该部件删除；如果δ＞0.1则保留该部件；

第四步，分别以保留的各个部件在x1o1y1平面上投影的顶点分别作平行x1、y1轴的平行线以建立环绕保留的各个部件投影的矩形包容盒，使保留的各个部件的投影转化为标准的矩形结构，测量出矩形包容盒距离y1轴距离最短距离，设定为△lx，测量出矩形包容盒距离x1轴距离最短距离，设定为△ly，如果△lx、△ly是0，则用各个矩形包容盒中的最短边长度的一半值来设定△lx、△ly，△lx＝△ly；

第五步，从左至右依次以间隔△lx做平行于y1轴的切割线，从下至上以间隔△ly做平行于x1轴的切割线，将整个x1o1y1平面划分为标准的网格结构；

第六步，对标准网格结构进行编号，如果标准网格结构在矩形包容盒内，则按照与矩形包容盒对应的各个部件的标记进行编号，如果标准网格结构未在矩形包容盒内则标记为0号；网格结构不能同时存在于两个矩形包容盒中，否则，重新返回第五步，重新设定△lx和△ly，重新进行网格结构的划分，然后重复第六步直至完成对标准网格结构的编号；

第七步，将编号相同的网格结构进行合并，按照矩形包容盒的编号顺序从1号开始合并，在合并时如果周围的网格结构编号为0号，则将编号为0号的网格结构融入到1号矩形包容盒内，当融入过程中接触到其他编号矩形包容盒或者融入0号的网格结构会产生非矩形结构时，停止将编号为0号的网格结构融入到矩形包容盒内，进行下一个编号矩形包容盒的合并，直到所有的编号为0号的网格结构融入到相对应的矩形包容盒内，得到重新划分矩形包容盒区域；

步骤四、将步骤三得到的每个重新划分矩形包容盒区域内的部件采用长方体替代,长方体的长和宽等于每个重新划分矩形包容盒所在区域的长和宽，长方体的高度为重新划分矩形包容盒所在区域所对应的模块三维线型图最高点到最低点的高度；

步骤五、重新在每个长方体处分别建立对应的长方体空间直角坐标系作为定位基准，每一个长方体空间直角坐标系建立方法为：以长方体底面的左前侧下方的顶点处为原点，与顶点相连的三条边为x’,y’,z’轴建立长方体空间直角坐标系，其中向右为x’轴正方向，向上为z’轴正方向，向后为y’轴正方向；

步骤六、对每个长方体进行特征信息提取，所述的特征信息包括长方体的位置、大小、姿态，长方体特征提取方法如下：

长方体空间直角坐标系的原点在包围盒坐标系下的空间坐标为(x,y,z)，长方体坐标系的x’轴与包围盒坐标系的x轴的夹角α；长方体坐标系的y轴与包围盒坐标系的y’轴的夹角β；长方体坐标系的z’轴与包围盒坐标系的z轴的夹角γ；长方体的三边分别在x’、y’,z’轴上的长度a,b,c,形成长方体的特征信息(x,y,z,α，β，γ,a,b,c)；

步骤七、清空包围盒内部，并根据提取到的特征信息，重新构建所有长方体，将重新构建后的长方体模型作为轻量化模型。

本发明的有益效果是:通过本方法将油气平台模块装配过程中的一些小型设备及结构进行了删除，使得油气平台模块虚拟装配过程轻量化，可以满足大部分计算机的配置要求，同时能够及时的发现虚拟装配过程中的存在的问题，优化油气平台模块装配步骤，使得虚拟装配过程更加的贴合实际安装过程。

附图说明

图1为油气模块中需要轻量化的模块三维线型图；

图2为模块三维线型图的外围构件长方体包围盒示意图；

图3为模块三维线型图顶点处建立直角坐标系示意图；

图4为模块三维线型图投影面积标记示意图；

图5为模块三维线型图投影面积建立矩形包容盒示意图；

图6为对模块三维线型图投影面积进行标准的网格结构划分的标记示意图；

图7为对模块三维线型图投影面积进行标准的网格结构合并标记示意图；

图8为模块三维线型图分区结果示意图；

图9为模块长方体空间体替代结果示意图；

图10为模块替代长方体空间直角坐标系示意图；

图11为模块替代长方体信息提取示意图；

图12为模块三维线型图轻量化结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明。

本发明的油气平台模块分区域虚拟装配轻量化方法，包括以下步骤：

步骤一、如图1所示，从三维设计模型中调出油气模块中需要轻量化的模块三维线型图。

步骤二、如图2所示，在模块三维线型图的外围构件长方体包围盒2，以包围盒左前侧下方的顶点为原点，以原点连接的三条棱线建立包围盒空间直角坐标系o-xyz，其中向右为x轴正方向，向上为z轴正方向，向后为y轴正方向。

步骤三、将模块三维线型图分区划分并合并，方法如下：

第一步，如图3所示，调整模型三维线型图中与待轻量化的部件相对的侧面为底面，然后以底面的左前侧下方的顶点处为原点，以原点连接的三条棱线建立直角坐标系o1-x1y1z1，其中向右为x1轴正方向，向上为z1轴正方向，向后为y1轴正方向。将模型三维线型图投影到x1o1y1平面上；

第二步，如图4所示，计算出各个待轻量化的部件投影到x1o1y1平面上的面积sx，并依据面积大小依次标记为s0、s1、s2、s3。。。。。。sx且将各个部件对应标记为0-x，分别用各个部件的投影面积sx除以s0，得到面积比值δ；

第三步，判断面积比值δ的大小，如果面积比值δ≤0.1(根据模型的精度设定判定值的大小)，则将该部件删除；如果δ＞0.1则保留该部件；

第四步，如图5所示，分别以保留的各个部件在x1o1y1平面上投影的顶点分别作平行x1、y1轴的平行线以建立环绕保留的各个部件投影的矩形包容盒，使保留的各个部件的投影转化为标准的矩形结构，测量出矩形包容盒距离y1轴距离最短距离，设定为△lx，测量出矩形包容盒距离x1轴距离最短距离，设定为△ly，如果△lx、△ly是0，则用各个矩形包容盒中的最短边长度的一半值来设定△lx、△ly，△lx＝△ly；

第五步，从左至右依次以间隔△lx做平行于y1轴的切割线，从下至上以间隔△ly做平行于x1轴的切割线，将整个x1o1y1平面划分为标准的网格结构；

第六步，如图6所示，对标准网格结构进行编号，如果标准网格结构在矩形包容盒内，则按照与矩形包容盒对应的各个部件的标记进行编号，如果标准网格结构未在矩形包容盒内则标记为0号；网格结构不能同时存在于两个矩形包容盒中，否则，重新返回第五步，选取重新设定△lx和△ly(如选取0.5倍△lx和0.5倍△ly)，重新进行网格结构的划分，然后重复第六步直至完成对标准网格结构的编号；

第七步，如图7-8所示，将编号相同的网格结构进行合并，按照矩形包容盒的编号顺序从1号开始合并，在合并时如果周围的网格结构编号为0号，则将编号为0号的网格结构融入到1号矩形包容盒内，当融入过程中接触到其他编号矩形包容盒或者融入0号的网格结构会产生非矩形结构时，停止将编号为0号的网格结构融入到矩形包容盒内，进行下一个编号矩形包容盒的合并，直到所有的编号为0号的网格结构融入到相对应的矩形包容盒内，得到重新划分矩形包容盒区域；

步骤四、将步骤三得到的每个重新划分矩形包容盒区域内的部件采用长方体替代。长方体的长和宽等于每个重新划分矩形包容盒所在区域的长和宽，长方体的高度为重新划分矩形包容盒所在区域所对应的模块三维线型图最高点到最低点的高度。

如图9所示，区域1内最高点a，最低点a’，区域2内最高点b，最低点b’，区域3内最高点c，最低点c’，以区域的长和宽作为长方体长和宽，长方体上表面到达最高点，下表面到达最低点，分别建立长方体8，长方体9，长方体10。

步骤五、重新在每个长方体处分别建立对应的长方体空间直角坐标系作为定位基准。每一个长方体空间直角坐标系建立方法为：以长方体底面的左前侧下方的顶点处为原点，与顶点相连的三条边为x’,y’,z’轴建立长方体空间直角坐标系，其中向右为x’轴正方向，向上为z’轴正方向，向后为y’轴正方向。

如图10所示，对于长方体8，建立对应空间直角坐标系o’，同理长方体9，长方体10也建立相应的空间直角坐标系。

步骤六、对每个长方体进行特征信息提取。所述的特征信息包括长方体的位置、大小、姿态，长方体特征提取方法如下：

长方体空间直角坐标系的原点在包围盒坐标系下的空间坐标为(x,y,z)，长方体坐标系的x’轴与包围盒坐标系的x轴的夹角α；长方体坐标系的y轴与包围盒坐标系的y’轴的夹角β；长方体坐标系的z’轴与包围盒坐标系的z轴的夹角γ；长方体的三边分别在x’、y’,z’轴上的长度a,b,c,形成长方体的特征信息(x,y,z,α，β，γ,a,b,c)。

如图11所示，对长方体8进行特征提取。同理，对长方体9，长方体10进行特征提取。

步骤七、清空包围盒内部，并根据提取到的特征信息，重新构建所有长方体，将重新构建后的长方体模型作为轻量化模型。如图12所示，模块11为最终轻量化模型，将最终的轻量化模型11离散化处理，生成油气平台模块的虚拟安装轨迹来指导油气平台模块的现场装配。