Tecnomatix在火箭装配工艺设计及可视化输出中的应用

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在产品生产阶段，有 1/3以上的人直接或间接从事与装配有关的活动，产品的装配费用占整个生产成本的30% ～50%，甚至更高，而复杂产品的装配成本约占工业产品总价值的40% ～60%，因此装配是复杂产品制造过程的主要环节 J。运载火箭作为典型的复杂产品，具有尺寸大、形状复杂、零件以及连接件数量多等特点，其装配生产更是-项技术难度大、涉及学科领域多的综合性集成技术，在很大程度上决定了火箭的最终质量、制造成本和生产周期。

目前，我国火箭装配工艺技术缺乏创新研究，存在的主要问题是：(1)工艺编制基本采用传统的二维 CAPP系统，编制工艺主要依靠工艺人员的经验，无法充分利用上游产品设计阶段发布的三维设计模型。(2)沿用以实物试装作为验证装配工艺可行性与合理性的主要手段，出现装配效率低下、质量不稳定、装配周期长、装配成本高等问题。

(3)装配人员现场作业时，需要阅读大量图纸、技术文件和工艺文件，经常由于装配人员无法充分理解图纸或文件内容而出现工作失误，影响了装配效率，造成运载火箭出现装配质量问题，从而影响了装配周期。因此，装配工艺设计与输出技术已成为影响我国运载火箭制造过程的薄弱环节，严重阻碍着我国的火箭制造技术的发展。

应用数字化制造技术对火箭进行三维装配 I艺设计，并在现场输出可视化工艺文件，这样就可以有效解决l丁艺设计手段落后 、验证手段单-及工艺可理解性差的问题 。基于数字化制造平台，利用上游设计部门发布的产品、工装 维模型作为数据源，构建虚拟装配环境，实现工艺部门对三维设计模型的使用。分解工艺任务，划分装配流程，建立零组件、工装 、工艺之间关联关系，生成装配工艺结构，并通过记录装配路径关键点进行装配过程仿真，在实际装配前实现对装配工艺的验证，这样就能大大降低装配成本。最终，将数字化制造平台的工艺设计与仿真数据传递到现场，实现对现场作业的可视化指导，从而提高了装配工艺的可理解性。Tecnomatix软件为开展火箭i维装配T艺设计与可视化工艺文件输出提供了强有力的工具。

Tecnomatix软件的数字化制造解决方案确保了产品工艺、工装资源配置的合理性♂合火箭某子级总装过程，探讨该软件在火箭总装工艺设计中的应用方法，并将火箭总装工艺数据以可视化T艺的形式发布到车间。

收稿日期：2013-05-24基金项目：上海市科技创新行动计划项目(1dzl120800，12dzl125600)；国家自然科学基金资助项目(51075261)；高等学校博士学科点专项科研基金资助课题(20120073l 10096)作者简介：刘伟伟(1987-)，男，山东烟台人，上夯通大学硕士研究生，主要研究方向为数字化制造。

· 68·2013年第 8期 刘伟伟 ：Tecnomatix在火箭装配工艺设计及可视化输出中的应用1 软件及产品简介1.1 Tecnomatix软件简介Tecnomatix是集规划、仿真、优化制造工艺于- 体的协同开放式数字化制造软件 j，为开展火箭装配工艺仿真及可视化输出提供了先进的工具和手段，它由零件规划与验证 、装配规划与验证、自动机械与自动化规划、工厂设计与优化、质量管理、生产管理等核心拈组成4 J。装配规划与验证模块能够在三维虚拟制造环境下编制、验证、优化装配工艺，确保工艺设计的合理性。设计人员和工艺人员同步进行装配工艺研究，评价装配工装、设备、人员等影响下的装配工艺和装配方法，检验装配过程是否存在错误，零件装配时是否存在碰撞。Tec。

nomatix把产品、资源和工艺操作结合起来分析产品装配的顺序和工序的流程，并且在装配制造模型下进行装配工装的验证 ，仿真夹具的动作，仿真产品的装配过程，验证产品装配的工艺性，达到尽早发现并解决问题的目的。基于 PD(Proces Design)拈制定工艺和规划资源，基于 PS(Process Simu-late)拈进行仿真验证，两者通过工艺结构数据关联。因此，Tecnomatix软件为企业用户提供了-套完整的数字化制造解决方案。

1.2 运载火箭某子级产品简介某型号运载火箭是我国无毒无污染的新-代运载火箭，是未来新兴的液体小型车载火箭，具有低成本、高可靠、适应性强、安全性好的特点。

某子级是卫星的最后助推子级，具有体积孝管路多、结构紧凑、精度要求高等特点。该子级直径为2m，长度不足 1m，有增压输送系统管路 80多个，传感器等电气设备约 100个，装配空间小，装配对象多，因此对其装配操作提出了极高的要求。现场总装过程为：首先由桁车吊起舱体呈垂直停放状态，用发动机的安装工装固定某级发动机，桁车调用辅助安装发动机；将舱体和发动机水平停放，协调安装增压输送系统管路；安装设备、电缆以及支架，最后以发动机零位刻线为基准，安装三级伺服机构。其中，增压输送系统管路需要经常在总装车间与加工制造车间反复协调，管路需要在车间反复试装，且由于制造精度等问题，即使试安装成功，后续同型号箭体仍有可能无法按照当前工艺安装，需要留出-定装配余量。

2 基于Tecnomatix的火箭三维装配工艺设计与可视化输出针对上述产品对象，基于Tecnomatix软件进行三维装配工艺设计与仿真。首先，利用上游设计部门发布的产品模型和资源模型构建虚拟装配环境，构建出初始装配环境。然后，划分装配单元，定义装配流程，建立装配工艺树并详细设计工序工步信息。以装配工艺树节点(即工序)为单位，进行动态装配过程仿真和人因工程仿真，输出干涉报告和人体疲劳度分析报告，以报告为基础调整装配顺序、工装结构，达到优化改进装配工艺的目的。最后，开发可视化装配工艺文件输出系统，将工艺文件输出到现场，总体流程如图1所示。

r装夹具结构改进工装夹具结构改进图l Tecnomatix软件在火箭装配工艺设计及可视化输出中应用的总体流程2.1 构建虚拟装配环境在进行工艺设计前，需构建由产品模型和资源模型构成的虚拟装配环境 。针对我国航天企业产品设计现状，采用野火版 Pro/E作为三维模型设计软件，应用 自上而下的设计模式来建立仿真模型，包括火箭产品、地板、工装、工具、载物台等。然而，直接由Pro/E输出的 .asm”文件，包含大量与工艺操作无关的工程信息，对于本身模型数据量非常大的火箭而言，模型导入和后期处理速度会非常慢，极大地降低了工作效率。因此，在三维工艺设计之前，需对产品模型进行轻量化处理 J，生成主要包含 PMI信息的轻量化JT模型。模型转换通过JT Translator插件完成，根据后续工作需要选择是否转换基准、装配关系等属性，转换后的模型质量不变，数据大猩缩小到原有的 1%。

Tecnomatix软件对产品和资源进行分类管理，· 69 ·2013年第42卷 机械设计与制造工程动画的形式显示，有-定的交互限制。Tecnomatix软件提供了二次开发接口，因此在装配工艺可视化输出系统中嵌入 Tecnomatix软件的三维工艺信息浏览功能有待于今后进-步研究。