真空導(dǎo)入成型工藝成本低、無污染、適宜制造大尺寸薄殼構(gòu)件的特點使其受到游艇制造業(yè)的青睞。目前國內(nèi)艇體真空導(dǎo)入成型的工藝參數(shù)主要靠人工經(jīng)驗以及試錯法進行設(shè)計和優(yōu)化，導(dǎo)致工藝設(shè)計陷入周期長、成本高、復(fù)用性差的窘迫境地，工藝知識的傳承與共享受到限制，嚴重影響了艇體制造業(yè)的發(fā)展。本文在國內(nèi)外已進行的相關(guān)研究基礎(chǔ)上對艇體真空導(dǎo)入成型中的關(guān)鍵技術(shù)進行研究，并將計算機輔助工藝設(shè)計用于艇體成型，旨在提高工藝設(shè)計自動化和智能化水平，縮短成型周期，減小制造成本，提高競爭優(yōu)勢。
通過對真空導(dǎo)入成型工藝原理的分析，結(jié)合實際生產(chǎn)過程，對艇體真空導(dǎo)入成型過程進行深入的理論研究。對成型過程中的關(guān)鍵工藝參數(shù)進行分析，并針對常見缺陷得出成型材料的選擇原則。構(gòu)建了面向艇體的真空導(dǎo)入成型工藝設(shè)計系統(tǒng)功能框架。針對艇體成型過程中存在的充模不完全問題，對艇體真空導(dǎo)入成型的澆注系統(tǒng)進行仿真分析。從充模時間、成型質(zhì)量、制造成本等角度對不同流道布置方式進行分析比較，得出最佳流道布置方式。對不同澆口間距下的充模過程進行仿真，以最小充模時間和最低成本為目標(biāo)，得出最優(yōu)澆口位置。
艇體不同區(qū)域鋪層方案不同，導(dǎo)致滲透率存在變化。通過分析常用增強材料的性能，對導(dǎo)流布和增強材料預(yù)成型體的滲透率求解問題進行研究。針對成型過程中存在的干斑、氣泡等缺陷，對不同鋪層方案進行充模仿真，分析仿真結(jié)果得出合理鋪層方案。
在上述工藝技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了面向艇體的真空導(dǎo)入成型工藝設(shè)計系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，分析其接口技術(shù)以及存儲規(guī)劃。最后利用Visual C++完成了系統(tǒng)原型的開發(fā)，并驗證了其可行性。
第1章 緒 論
1.1課題背景及研究意義
2 1世紀是“海洋時代”，各種海洋產(chǎn)業(yè)開始嶄露頭腳進而闊步前進。游艇業(yè)一一“漂浮在黃金水道上的巨大商機”，作為海洋產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，近年來有了長足發(fā)展。游艇作為人類生活向海洋延伸的載體，集娛樂休閑、運動觀光等功能于一體，極大的提高了人們的生活品質(zhì)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及人們對生活品質(zhì)要求的提高，國外游艇市場不斷成熟，游艇正逐步成為家庭耐用消費品之一。我國的游艇業(yè)起步于上世紀50年代，并在本世紀初走上了高速發(fā)展的快車道。在總體經(jīng)濟形勢一片大好的環(huán)境下，中國游艇業(yè)及其下游產(chǎn)業(yè)正逐漸形成一條產(chǎn)業(yè)鏈，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展空間。
在游艇制造業(yè)方面，我國與歐美國家存在很大差距。從世界范圍來看，隨著復(fù)合材料及其成型技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合材料游艇主要是玻璃鋼游艇集萬千優(yōu)勢于一身，占據(jù)了游艇制造產(chǎn)業(yè)的大半江山。國外的復(fù)合材料游艇成型技術(shù)經(jīng)過相當(dāng)長時間的理論研究和生產(chǎn)實踐已相對完善和成熟，典型的有SCRIMP工藝以及VARTM工藝。在國內(nèi)，由于缺少全行業(yè)高瞻遠矚的調(diào)控和整體規(guī)劃，艇體制造目前還呈現(xiàn)著散兵游勇的狀態(tài)，尤其是在專業(yè)人才、原材料、成型工藝等方面存在諸多問題。傳統(tǒng)的手糊成型、噴肘成型仍然占據(jù)很大部分市場，但其對工人工作狀態(tài)的依賴造成的成型質(zhì)量不穩(wěn)定以及由于其開模成型的特點導(dǎo)致的對環(huán)境的污染等不足已無法滿足現(xiàn)代游艇業(yè)進一步發(fā)展的要求。真空導(dǎo)入成型作為一種閉模成型工藝，具有重復(fù)性好、環(huán)保等優(yōu)勢，目前已在一部分游艇制造企業(yè)中投產(chǎn)。由于起步相對較晚，游艇真空導(dǎo)入成型在工藝設(shè)計方面還很不成熟，理論研究不完善，并未完全發(fā)揮其優(yōu)勢。在實際生產(chǎn)中，只能憑經(jīng)驗進行工藝設(shè)計，并利用試錯法對工藝參數(shù)進行優(yōu)化，導(dǎo)致了效率低下，制造成本增加。隨著世界范圍內(nèi)游艇制造業(yè)競爭的加劇，不斷完善成型工藝，降低成本、提高競爭力已經(jīng)是刻不容緩。
在上述背景下，本課題以山東省中復(fù)西港船艇有限公司12m玻璃鋼游艇的生產(chǎn)為依托，致力于對艇體真空導(dǎo)入成型工藝設(shè)計及制造過程進行深刻的理論研究。針對實際生產(chǎn)中通過試錯法進行澆注系統(tǒng)設(shè)計的問題，利用數(shù)值模擬技術(shù)對澆注系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計；對于成型過程中由于增強材料鋪層參數(shù)不合理所造成的干斑、氣泡等缺陷，通過對增強材料預(yù)成型體滲透率的研究，利用數(shù)值模擬技術(shù)對鋪層可制造性進行評價；并開發(fā)支持艇體真空導(dǎo)入成型工藝設(shè)計、數(shù)值模擬以及參數(shù)優(yōu)化的計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)，旨在提高艇體真空導(dǎo)入成型工藝設(shè)計自動化、智能化程度，對指導(dǎo)實際生產(chǎn)具有重要意義。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1游艇業(yè)及其艇體成型技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
從廣義上來說，外形美觀、內(nèi)部裝潢考究、品質(zhì)優(yōu)良，集航海、運動、休閑、娛樂為一體，旨在滿足人們運動與娛樂需要的船艇即可被稱為游艇
(yacht)。游艇起源于1 7世紀中葉的英國，時任英國國王的查爾斯二世在登基時獲贈了一艘做工精細考究的皇家狩獵漁船。之后王公大臣們紛紛仿效，
把漁船改裝為豪華的娛樂用艇，這正是現(xiàn)代游艇的雛形。1 8世紀的歐洲，游艇成為貴族們身份和地位的象征，盛極一時。到了1 9世紀，英國制造商
首次利用蒸汽機和螺旋槳為游艇提供動力，為游艇業(yè)的騰飛插上了翅膀?，F(xiàn)如今，游艇的裝備已全面升級，超越了豪華轎車成為僅次于私人飛機的富豪
新寵[1]。
游艇講究性能、外觀及舒適性，屬于高消費產(chǎn)品，具有很高的附加值?？v觀世界游艇業(yè)，北美洲和歐洲作為最大的兩個游艇市場，占據(jù)了游艇份額
的90%以上[2]。歐洲作為游艇工業(yè)的老牌國家，經(jīng)過幾個世紀的傳承與發(fā)展，市場活躍、游艇俱樂部及專業(yè)碼頭繁多，已經(jīng)形成了一條完善的，囊括制造、銷售、維修、服務(wù)、金融、保險等領(lǐng)域的游艇產(chǎn)業(yè)鏈。在美國，超強的經(jīng)濟實力使其后來居上，超越歐洲成為游艇制造和消費的雙料冠軍。世界主要游艇消費國人均擁有游艇數(shù)量如表1—1所示。
上世紀50年代至70年代，由于經(jīng)濟水平和消費條件的限制，不同于歐美國家游艇業(yè)的飛速發(fā)展，我國游艇生產(chǎn)主要是公用型游艇，還沒有形成私人游艇產(chǎn)業(yè)。公園、湖泊以及海邊的劃槳艇、機動小艇和游覽艇共同構(gòu)成了處于萌芽期的中國游艇業(yè)的一個縮影。到了70年代末期，改革開放的號角喚醒了游艇業(yè)的春天。80年代初，在深圳建成了我國第一家豪華游艇生產(chǎn)企業(yè)一一江輝玻璃鋼船廠，中國游艇業(yè)開始揚帆起航。這個時期，中國游艇企業(yè)通過引進國外先進技術(shù)，以來料加工、貼牌生產(chǎn)的形式與外資企業(yè)合作，國產(chǎn)游艇規(guī)格型號開始多樣化。進入新世紀，隨著我國綜合國力的提高以及世界范圍內(nèi)游艇市場增速的減緩，中國的游艇市場吸引了全世界游艇業(yè)的目光。大量外國游艇企業(yè)進入中國，國內(nèi)有實力的企業(yè)也開始進軍游艇領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計，2003年我國面向亞洲、歐洲、北美洲等共出口娛樂及運動用充氣快艇、帆船、汽艇等四大類船艇685 1 0艘，年產(chǎn)值達1 5億元人民幣[4]。截止到2004年，世界上項尖品牌的游艇公司如Mustang、Sunseeker、Ferretti、Regal、Nidelv等都已經(jīng)相繼進軍中國游艇市場。特別是近幾年，游艇業(yè)出口額從2006年的1.8憶美元到2007年的2.2億美元再到2008年的2.6億美元，一路高歌猛進。目前我國已經(jīng)有游艇制造企業(yè)200多家，年產(chǎn)值超過1 000萬元的有30多家，游艇生產(chǎn)能力已躋身全球十強，超級游艇的制造能力更是躍居全球第六。
我國擁有遼闊的海岸線以及諸多內(nèi)陸水系，良好的自然資源為游艇業(yè)的發(fā)展提供了得天獨厚的條件。2009年1月1日起，我國頒布的《游艇安全管理規(guī)定》正式施行，使游艇跨海區(qū)巡游成為可能，這是我國游艇發(fā)展道路上的又一重大突破。據(jù)專業(yè)預(yù)測，到20 1 5年中國游艇帆船市場消費規(guī)模將達到2000億元到3000億元。隨著游艇設(shè)計的不斷創(chuàng)新、工藝的不斷完善、配套產(chǎn)業(yè)的不斷成熟以及游艇檢測的標(biāo)準(zhǔn)化、銷售渠道的國際化，中國游艇業(yè)必將揚帆遠航、走向世界。
游艇制造工藝隨著材料成型工藝的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的演化歷程。從50年代初期的傳統(tǒng)木制膠合結(jié)構(gòu)到60年代初鋁合金結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，再到60年代中期FRP結(jié)構(gòu)的異軍突起，各類材料成型技術(shù)的發(fā)展時刻影響著游艇制造業(yè)的走向。時至今日，復(fù)合材料游艇主要是玻璃鋼游艇占據(jù)了游艇業(yè)的主流市場，其中長度在6—20m范圍內(nèi)的游艇中，玻璃鋼游艇占90%以上[6]。由于玻璃鋼游艇質(zhì)量檢測技術(shù)的限制，在長度超過35米的游艇中，主要還是采用鋼制材料。
我國的玻璃鋼游艇制造始于上世紀70年代中期，至今不過四十余載‘。在經(jīng)歷了初期的緩慢發(fā)展之后，到80年代初開始受到更多的關(guān)注：成型設(shè)備機械化程度不斷提高，成型質(zhì)量日趨完善。由于游艇具有尺寸大、型線復(fù)雜、技術(shù)含量高等特點，利用纏繞、拉擠等傳統(tǒng)玻璃鋼成型工藝并不能實現(xiàn)游艇艇體的制造。常用的玻璃鋼游艇成型工藝如表1—2所示。
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