我虛擬裝配技術(shù)在AG600型號上的推廣和應(yīng)用

摘 要：探討虛擬裝配技術(shù)在航空制造領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是在AG600型號上的實踐，闡述DELMIA技術(shù)應(yīng)用和作用。

關(guān)鍵詞：虛擬裝配；DELMIA；技術(shù)

一、虛擬裝配（DELMIA）簡介

虛擬裝配技術(shù)已成為數(shù)字化制造技術(shù)在飛行器制造業(yè)中研究和應(yīng)用的典范，針對復(fù)雜產(chǎn)品利用該技術(shù)可優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，避免或減少物理模型的制作，縮短開發(fā)周期，降低成本，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的并行開發(fā)，提高裝配質(zhì)量和效率，改善產(chǎn)品的售后服務(wù)。此外還可以進行生產(chǎn)線設(shè)計、廠房布局和物流轉(zhuǎn)運設(shè)計等，是航空航天制造領(lǐng)域的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計及其裝配工藝規(guī)劃具有重要的意義，受到國內(nèi)外的普遍關(guān)注。

虛擬裝配以產(chǎn)品及其零部件的三維實體模型為基礎(chǔ)，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機上仿真裝配操作的全過程，進行裝配操作及其相關(guān)特性的分析，實現(xiàn)產(chǎn)品的裝配規(guī)劃和評價，制定合理的裝配方案。一般情況下，虛擬裝配是指在計算機上所進行的零部件模型“裝配”，零部件的裝配是三維設(shè)計系統(tǒng)的一個重要功能，但是目前三維設(shè)計系統(tǒng)大多只能將零部件裝配成為設(shè)備，而不能模擬零部件的裝配過程，將裝配技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合可以形成零、部件的虛擬裝配技術(shù)。虛擬裝配技術(shù)以可視化展示設(shè)計產(chǎn)品的可裝配性，同時還可以通過 對零部件進行改進以降低裝配的復(fù)雜性，并且直觀的檢測出設(shè)計問題，以及工裝適用性和人機可達性等等。虛擬裝配技術(shù)作為虛擬制造的核心技術(shù)之一也越來越引人注目。虛擬裝配的實現(xiàn)有助于對產(chǎn)品零部件進行虛擬分析和虛擬設(shè)計，有助于解決零部件從設(shè)計到生產(chǎn)所出現(xiàn)的技術(shù)問題，以達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本以及優(yōu)化產(chǎn)品性能等目的。

機械產(chǎn)品的配合性和可裝配性設(shè)計人員不易掌握，往往出現(xiàn)錯誤不易發(fā)現(xiàn)，以往要到產(chǎn)品最后裝配時或者真正實施操作時才能發(fā)現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致零件的報廢和影響飛機的裝配制造周期，造成巨大經(jīng)濟損失和增加工作量。采用虛擬裝配技術(shù)可以在設(shè)計階段進行驗證，確保設(shè)計的正確性，避免損失。虛擬裝配強調(diào)在實際投入原材 料于產(chǎn)品實現(xiàn)過程之前，完成產(chǎn)品設(shè)計與裝配過程的全面仿真、分析，以保證產(chǎn)品的可裝配性。

二、虛擬裝配技術(shù)（DELMIA）的應(yīng)用及功能

具體來說，虛擬裝配技術(shù)功能如下：

1.實物產(chǎn)品的數(shù)字化再現(xiàn)，即生成產(chǎn)品數(shù)字模型。廠房布局和站位流程設(shè)定，工裝工具的數(shù)字模型，操作者或機器人的實際肢體展現(xiàn)，在實施虛擬裝配設(shè)計的過程中，可以實施將已有成型裝配方案轉(zhuǎn)化為可視化模擬場景進行模擬，或者將在構(gòu)建虛擬裝配過程中逐步完善裝配方案、物流轉(zhuǎn)運方案或流水線＼生產(chǎn)線方案。以工藝規(guī)劃為中心的虛擬裝配。針對產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計問題，基于產(chǎn)品信息模型和裝配資源模型，借助計算機仿真技術(shù)進行產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計，獲得可行且較優(yōu)的裝配工藝方案。以工藝規(guī)劃為中心的虛擬裝配的主要研究內(nèi)容是裝配作業(yè)與過程規(guī)劃，包括裝配或拆卸順序的規(guī)劃、裝配路徑的規(guī)劃、工藝路線的制定、操作空間的干涉驗證、工藝卡片和文檔的生成等內(nèi)容。以工藝規(guī)劃為中心的虛擬裝配，具有高逼真度的操作仿真，在虛擬裝配中實施對象、操作過程以及所用的工裝工具，均與生產(chǎn)實際情況高度吻合，可以生動直觀地反映產(chǎn)品裝配的真實過程，為裝配工藝的規(guī)劃提供可靠的驗證和優(yōu)化手段。此外，以工藝規(guī)劃為中心的虛擬裝配系統(tǒng)可進一步用于裝配培訓(xùn)和現(xiàn)場教學(xué)等。

2.干涉檢測，是指組成產(chǎn)品、各個級別的裝配體的零部件進行集合上的干涉檢查，這里檢查包含有零部件在裝配體中的靜態(tài)空間位置的相交性，也包含零部件在構(gòu)成產(chǎn)品的裝配過程中在空間上的集合干涉性，零、部件模型的仿真運動或工裝與產(chǎn)品的模擬操作通過碰撞檢測和動作的類型來實現(xiàn)，碰撞檢測也用于裝配路徑的驗證，其效率和可靠性影響真實現(xiàn)場的工藝方案是否具備可操作性以及預(yù)判裝配問題的存在。另外虛擬原型是利用計算機建模和仿真系統(tǒng)在一定程度上對產(chǎn)品的外形、功能和性能進行模擬，以產(chǎn)生與真實飛機或物理樣機近似制造裝配環(huán)境來檢驗和評價產(chǎn)品特性。虛擬裝配和虛擬原型技術(shù)的結(jié)合，可以有效地分析零件的設(shè)計公差及其加工與裝配過程中的誤差對產(chǎn)品裝配性能的影響，為產(chǎn)品的精度分析、公差優(yōu)化設(shè)計等提供可視化手段和清晰計算記錄輸出。

3.生成裝配序列和路徑，在產(chǎn)品建模和排除“沖突” 的過程中，生成優(yōu)化的裝配序列和路徑，減少和優(yōu)化實際生產(chǎn)中的裝配周期，尋找最科學(xué)高效的裝配流程。以制造系統(tǒng)規(guī)劃為中心的虛擬裝配針對頂層工藝設(shè)計對車間成產(chǎn)裝配制造系統(tǒng)的規(guī)劃，基于產(chǎn)品的模型、裝配工藝和工裝、站位、廠房等資源的模型，利用計算機仿真技術(shù)進行飛機裝配制造系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和分析，主要研究內(nèi)容包括部裝、總裝、試飛或某一單獨工藝過程裝配系統(tǒng)建模、生產(chǎn)規(guī)模與生產(chǎn)周期分析、資源分配、裝配車間布置、裝配生產(chǎn)線平衡分析、自動化裝配操作誤差診斷與預(yù)測、裝配單元裝配操作控制及其仿真等，為裝配方案的設(shè)計與調(diào)整、協(xié)同操作與控制提供支持。

4. 裝配過程中的人因分析是更高層次的虛擬裝配技術(shù)，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，頂層工藝設(shè)計人員可以在產(chǎn)品開發(fā)階段就對產(chǎn)品裝配過程中涉及的人機因素（如裝配所需時間、裝配操作的舒適程度、安全性）進行分析。例如，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對人工裝配中操作者的裝配力與裝配姿態(tài)進行定量評估，并分析裝配所需的最大裝配力以及每個裝配循環(huán)過程中的平均裝配力，以避免工人的疲勞；利用人機工程學(xué)模型分析裝配工位空間對人操作強度的影響，以設(shè)計出最優(yōu)的裝配工位。綜合考慮人工各方面因素，根本上是提升效率和工藝規(guī)劃能力的體現(xiàn)，經(jīng)過錘煉可以慢慢向飛機制造裝配流水線工藝設(shè)計發(fā)展。

三、虛擬裝配技術(shù)（DELMIA）在華南公司發(fā)展前瞻

針對于通飛華南公司將DELMIA虛擬裝配系統(tǒng)引入今后機型生產(chǎn)、預(yù)研，是及時且明智的，由手工裝配過程仿真向生產(chǎn)線裝配過程仿真發(fā)展是發(fā)展的必經(jīng)之路。目前大多數(shù)虛擬裝配系統(tǒng)的研究僅停留在仿真實際生產(chǎn)中的手工裝配過程，而對于生產(chǎn)線的裝配過程研究不夠。生產(chǎn)線裝配過程與手工裝配過程之間往往存在著很大差異，因此由手工裝配過程仿真過渡到生產(chǎn)線裝配過程仿真也是虛擬裝配的發(fā)展方向之一。對于國家十三五的產(chǎn)業(yè)調(diào)整的開局之年，面對國內(nèi)航空制造產(chǎn)業(yè)的傳統(tǒng)人工生產(chǎn)模式和已經(jīng)逐步淘汰脈動式生產(chǎn)線向自動化流水線轉(zhuǎn)型的世界航空制造業(yè)，今后的發(fā)展方向已經(jīng)清晰明朗。虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用是一種嶄新的使用的工具，如何學(xué)習、規(guī)劃和使用改善我們現(xiàn)在的生產(chǎn)模式，進而創(chuàng)新未來的裝配模式，是通飛華南公司技術(shù)工作者孜孜以求的。借助DELMIA虛擬裝配軟件先進的平臺，好好掌握消化和利用，為今后裝配工藝領(lǐng)域的跨越式發(fā)展奠定一個堅實的基礎(chǔ)。

四、AG600型號介紹及關(guān)鍵技術(shù)分析

大型滅火/水上救援水陸兩棲飛機AG600，是國務(wù)院立項批復(fù)的三個大型飛機項目之一，由中航工業(yè)通飛華南公司承擔研制。主要技術(shù)指標最大起飛重量49000kg，翼展38.8 m、總長36.977m、總高12.835m。

對于華南公司AG600型號總裝的關(guān)鍵技術(shù)包括：機身對接、中央翼對接、垂平尾連接等等，其中最為關(guān)鍵的中央翼與機身接頭絞孔，中央翼連接接頭與機身接頭連接方式為插耳結(jié)構(gòu)，需要裝配后同時絞孔、鏜孔，技術(shù)上保證是最為困難的。

五、虛擬裝配技術(shù)在AG600型號上的應(yīng)用范圍分析

虛擬裝配技術(shù)對于AG600型號上應(yīng)用除了可以處理所有關(guān)于裝配的工藝流程，還可以輻射到廠房布局、工裝布局、物流規(guī)劃、人機功能性檢查、干涉檢查、工裝檢測等等。在裝配方面不論大部件對接、單獨零組件裝配一切裝配場景均可以還原或者模擬，從而設(shè)計工藝方案或者檢查工藝合理性。

六、對于虛擬裝配技術(shù)未來在型號發(fā)展的展望

今后AG600型號將面臨定型，并進入小批生產(chǎn)、批生產(chǎn)階段，在工藝分里面劃分與各生產(chǎn)供應(yīng)商分工逐漸定型階段，工藝規(guī)劃部門將需要設(shè)計優(yōu)化大部件、對接、系統(tǒng)裝配、系統(tǒng)試驗、批生產(chǎn)生產(chǎn)線規(guī)劃等具體工作和工藝流程制定，DELMIA虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用將大量使用在工藝設(shè)計領(lǐng)域，對于后期的全機干涉檢查、工裝產(chǎn)品干涉檢查、人機工程的逐步應(yīng)用將覆蓋AG600型號的工藝管控領(lǐng)域，廣泛使用必將簡化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化變革。

參考文獻

[1]《虛擬設(shè)計與虛擬現(xiàn)實概述》

[2]《Dassault Systemes DELMIA 數(shù)字化制造》

作者簡介

石鑫，現(xiàn)任制造工程部主管工程師工程師，畢業(yè)于沈陽航空工業(yè)學(xué)院飛行器制造專業(yè)，從事AG600型號飛機鉚接、總裝工作。

（作者單位：中航通飛華南公司）