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虚拟现实技术赋能船体装配：创新应用与效能提升

一、引言

1.1研究背景

在全球制造业持续进步的大背景下，船舶工业作为国家综合实力与科技水平的关键体现，其重要性愈发凸显。近年来，中国船舶工业实现了跨越式发展，造船完工量、新接订单量和手持订单量均持续增长。2024年1至9月，我国造船完工量3634万载重吨，占全球总量的55.1%；新接订单量8711万载重吨，全球占比74.7%；截至9月底，手持订单量19330万载重吨，全球占比61.4%，连续多年位居世界前列。我国已形成环渤海湾、长江口和珠江口三大现代化大型造船基地，产业布局不断优化，并且在技术创新方面成果丰硕，具备了开发多种船型的能力，海洋工程装备技术也取得显著进展。

船体装配作为船舶建造的核心环节，其工艺水平直接影响船舶的质量、性能以及建造周期和成本。传统的船体装配工艺主要依赖于手工操作和经验判断，在设计阶段，多数船舶装配工艺的规划和仿真仍依赖传统手工方法。这种方式主要依靠经验丰富的设计师和工艺师，设计周期长，易受设计者知识局限性和主观意识的影响。特别是对于结构复杂、零部件众多的船舶产品，设计者难以全面考虑各方面、各层次的问题，只能凭借经验寻求较为合理的装配工艺路线，难以保证获得最佳方案。

在实际装配过程中，传统工艺常因装配顺序不合理、零部件干涉等问题导致返工。例如，在分段对接时，由于对接口的精度控制依靠人工测量和经验判断，可能出现对接不精准，需要重新调整和修正，这不仅浪费大量人力、物力和时间，还可能延误整个工期。同时，传统工艺难以在装配前对整体装配过程进行全面的模拟和分析，无法提前发现潜在的问题，导致在装配过程中问题频发。

随着科技的飞速发展，虚拟现实技术应运而生并在多个领域得到广泛应用。虚拟现实技术通过计算机模拟产生一个包含三维空间和时间的虚拟世界，使得用户对模拟场景产生身临其境的感觉。其具有沉浸性、交互性、构想性三大特征，能为用户提供高度逼真的虚拟环境体验。在制造业领域，虚拟现实技术的应用为生产流程优化、产品设计改进等提供了新的思路和方法。将虚拟现实技术引入船体装配领域，能够构建虚拟装配环境，使技术人员在虚拟环境中进行装配操作模拟，提前发现设计缺陷和装配问题，优化装配工艺，从而有效提高装配效率和质量，降低成本和风险。

1.2研究目的与意义

本研究旨在深入探索虚拟现实技术在船体装配中的应用，通过构建高度逼真的虚拟装配环境，实现对船体装配过程的全面模拟与优化。具体而言，利用虚拟现实技术对船舶装配工艺进行规划和仿真，提前发现并解决设计缺陷和装配问题，如零部件干涉、装配顺序不合理等，从而确定最佳的装配工艺路线。同时，通过对虚拟装配过程的数据分析，为实际装配提供科学依据，提高装配效率和质量，降低成本和风险。

本研究对于船舶制造业的发展具有多方面的重要意义：

提高生产效率：虚拟装配工艺优化仿真能够在计算机虚拟环境中对船舶装配过程进行全面模拟和分析，提前规划出最优的装配顺序和路径。通过这种方式，可以有效避免在实际装配过程中因装配顺序不合理、零部件干涉等问题导致的时间浪费和返工现象。以往在传统装配工艺下，工人可能需要花费大量时间尝试不同的装配方法，而虚拟装配技术能够快速生成多种装配方案，并通过仿真分析筛选出最节省时间的方案，从而大幅缩短装配周期，提高生产效率。

降低成本：虚拟装配减少了对实物模型和样机的依赖。在传统船舶制造中，为了验证装配工艺的可行性，往往需要制作大量的实物模型进行试验，这不仅消耗大量的原材料、人力和时间成本，而且一旦发现问题需要修改设计，又会产生额外的成本。虚拟装配技术则可以在虚拟环境中进行各种试验和优化，避免了这些不必要的实物制作和修改成本。同时，通过优化装配工艺，减少返工次数，也降低了人力成本和材料浪费，进一步降低了船舶的制造成本。

提升产品质量：虚拟装配能够在设计阶段就对产品的装配性进行验证和优化。通过对装配过程的模拟，可以及时发现零部件之间的装配间隙、公差配合等问题，并进行调整和改进。这有助于确保船舶在实际装配过程中各个零部件能够准确无误地安装，提高产品的整体质量和性能稳定性。在传统装配工艺中，一些潜在的质量问题可能在装配后期甚至在船舶使用过程中才被发现，这不仅增加了维修成本，还可能影响船舶的安全性和可靠性。而虚拟装配技术能够提前发现并解决这些问题，为生产高质量的船舶产品提供了有力保障。

推动技术创新和产业升级：虚拟装配工艺优化仿真的研究成果还将推动船舶制造业的技术创新和产业升级。该技术的应用促使企业引入先进的数字化设计和制造理念，提高企业的信息化水平和管理效率。通过对虚拟装配技术的深入研究和应用，还可以促进相关学科和技术的交叉融合，如计算机图形学、虚拟现实技术、人工智能等，为船舶制造业的可持续发展提供新的技术支持和发展动力