DELMIA虛擬裝配技術在飛機研制中的應用

ojgjta№seme帥。‰嘲yfo山叼。撕。rt 大飛機數字化裝配技術 D ELM IA j 篚擬裝配技術在 飛機研制中的應用 A ppl i cat i onofD ELM IAV i rt ualA ssem bl yTechnol ogyi nA i rcraftD eV el opm ent 中航工業沈陽飛機工業(集團)有限公司張輝孫茜吳曉瑜 心 張輝 中航工業沈陽飛機工業(集團) 有 限公司工程師．博士，主要研究方向為 先進柔性裝配技術。 飛機制造是一個裝配精確度要 求高，結構、裝配協調關系極其復雜 的過程，而飛機裝配是飛機制造過程 中一個非常重要的環節，不但工作量 大、裝配技術難度大，而且協調困難。 因此在傳統飛機裝配基礎上，采用先 進制造技術對提高裝配工藝質量，縮 短研制周期、降低研制成本具有重要 的意義IIJ。 應用數字化技術和系統開展飛 機裝配過程的模擬可以預先發現 數字企業精益制造交互式應用(D i gi t aIEnt er pr i se LeanM anufact ur _ngI nter act iV eA pp¨cat i on，D ELM l A )虛 擬裝配技術能夠真實模擬飛機的裝配過程。在計算機上以 可視化方式研究和解決飛機裝配的可行性、可達性。驗證裝 配工藝設計的合理性，及時發現工藝中存在的各種結構性 和空間性等問題。并根據模擬、分析和裝配工效評估的結果 對工藝方法、工裝結構和生產線布局等進行修改和優化，有 效地提高了飛機裝配質量、降低了研制成本和周期。是現代 航空產品研制的新技術，也是并行工程的支持技術之一。 并解決飛機裝配制造中存在的諸多 難以避免的工藝問題，如裝配路線 制定、裝配時零件的定位和保證裝 配準確度的方法、裝配中所用的各 種連接技術、裝配型架(夾具)的構 造與制造技術等。數字企業精益 制造交互式應用(D i gi talEnt erpri s e L ean M anuf act ur i ng I nter acti V e A ppl i cat i on，D ELM IA )虛擬裝配技 術能夠真實模擬飛機的裝配過程。 在計算機上以可視化方式研究和解 決飛機裝配的可行性、可達性，驗證 裝配工藝設計的合理性，及時發現 工藝中存在的各種結構性和空間性 等問題，并根據模擬、分析和裝配 工效評估的結果對工藝法、工裝 結構和生產線布局等進行修改和優 化，有效地提高了飛機裝配質量、降 低了研制成本和周期，是現代航空 產品研制的新技術，也是并行工程 的支持技術之一【2】。 飛機虛擬裝配仿真軟件及其 運行平臺要求 D ELM I A 是法國達索公司的產 品，其核心為PPR(Pm cess，Product， Resource)H ub，主要由D ELM IA 工藝 工程師( D ELM IAPr oces sEngi neer， D PE) 、數字化制造工藝( D i gi tal Pr oces sof M anufact uri ng，D PM )和 D ELM IA隊列事件仿真工具(Q ueui ng EventSi m ul at i onTool ，Q UEST)等組 2012年第1／2期·航空制造技術89 管論 壇F。RuM 成pJ。這3部分可以通過PPRH ub 連接到一起，常規操作是通過E5來 制定制造工藝和資源規劃，通過V 5 和D 5進行仿真，數據傳輸通過PPR H ub來完成。 D ELM I A 虛擬裝配仿真軟件涵 蓋航空領域的機身裝配、維修維護， 汽車領域的發動機、總裝和白車身， 以及一般制造業的制造工藝。應用 在飛機裝配上可以利用數字實體模 型完成飛機生產制造工藝的全面設 計和校驗。D ELM IA 虛擬裝配仿真 軟件建立于一個開放式結構的產品、 工藝與資源組合模型( PPR)上，使 得在整個研發過程中可以持續不斷 地進行飛機的工藝生成和驗證。通 過3D 協同工作，PPR 能夠有效地支 持設計變更，讓參與制造設計的每個 人都能隨時掌握飛機裝配的工藝與 資源，提取專業知識，使最佳的產業 經驗得以重復利用。 因目前設計所創建的三維數模 數據信息量非常龐大，所以建立虛擬 裝配仿真環境要充分考慮到客戶端 的計算機性能。D ELM IA虛擬裝配 仿真軟件運行平臺需要客戶端計算 機中央處理器采用四核處理器，內存 至少大于4G ，顯卡配置應為高端專 業圖形顯卡，由于32位操作系統尋 址時最大空間只能是4G ，因此，操作 系統最好是64位操作系統。 飛機虛擬裝配過程設計 1虛擬裝配技術 虛擬裝配(vi nualA ssel l l bl y，V A ) 是虛擬制造的關鍵組成部分，利用計 算機工具將實際對象的裝配過程體 現出來，而不需要實物產品模型作支 持，即在計算機上完成產品零部件模 型的裝配過程H 。通過模擬裝配和干 涉分析等多次協調的設計過程，在并 行工程中將產品的設計與裝配工藝 規劃進行有機的統一，再通過產品數 據管理實現零部件三維研發過程與 零部件制造、裝配過程的高度統一。 90航空制造技術·2012年第1／2期 依據虛擬裝配過程中出現的不 同側重點，虛擬裝配主要有3種形式： 以設計為中心的虛擬裝配突出以設 計為核心的應用思想，主要是在產 品研制過程中應用三維數字化定義； 以過程控制為中心的虛擬裝配包括 對設計階段的控制實現對產品總體 設計進程的控制和對過程模型的有 效管理，實現對產品研制過程中設計 結果和加工工藝等相關信息的管理； 以仿真為中心的虛擬裝配主要目標 是評價產品的可裝配性，通過在產品 裝配設計模型中融人仿真技術來評 估和優化裝配過程。 2飛機虛擬裝配的基本原理和思路 飛機虛擬裝配過程仿真的基本 原理嗍是按照給定的裝配工藝順序， 通過對飛機零部件的空間位置進行 連續操作來達到預期的裝配效果，同 時將連續操作過程以動畫的形式演 示出來。本次采用“反裝”的思路對 飛機虛擬裝配過程進行仿真研究，即 基于“可拆即可裝”的原理，將飛機 的三維零件模型從正確的空間位置 進行交互拆除，并記錄零部件從裝配 體中拆卸的過程，最后將整個拆卸過 程“反轉倒置”，即可得到裝配過程。 飛機虛擬裝配仿真過程研究所涉及 的關鍵技術是位置變換技術，對飛機 零部件空間位置的變換即是對其位 虛擬裝配環境的構建 置矩陣的變換16】。 (1)飛機零部件坐標平移變換。 設零部件的原始位置為(工，J，，z)，經 過(口，6，c) 距離的平移后，終點坐標 為(x。，y。，z。) ，則零部件的位置變換 矩陣如下： l工 y zl I。 (2)飛機零部件坐標旋轉變換。 設零部件的原始位置為( 工。，y。，z1)， 分別繞工、y和z軸旋轉口角，終點 坐標為(j c2，此，之) ，則零部件繞x、 J，和z軸旋轉的位置變換矩陣如下： 『l O0o ] 姒 ∞=I 3篙呂：囂3 I， 【O 00—1J 『cos日 osi ll 日o 1 刪=I一 蘭日jc墨口：I， I ooo1 l rcos日 刪：I 8％口 【 o —si n日0 0 1 cos臼oo l oloIo oo1 J 飛機虛擬裝配過程仿真的基本 思路是利用D ELM IA系統，在計算機 裝配仿真預處理J