基于DELMIA的装配过程仿真及其在飞机数字化柔性工装设计中的应用

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飞机 装配 仿真技 术 提供 了在 三维数 字化 环境 中动态 地安 装零 部件及 其 组件 的整个 过程 ，实现 飞机装 配 过程 的仿 真 ，可大 大缩短 飞机 装配 周期 和研 发成本 。通 过数 字化装 配 过程仿 真 与优化 技 术替 代零部件 装配试 验 ，可 降低 开发成 本 、有效地 减 少装 配缺陷和 产 品的故 障率 、减少 装配 过程 反复 、减 少人 为差错 、减少 因装 配干 涉等 问题 而进 行 的重新设 计 和52程更 改1-21。同时 在工装 结 构设计 阶段 ，使设 计人 员在屏幕上通过机构的三维动态显示 ，不仅可 以直观地看 到整个 机构 的运 动过 程 ，而且 可 以分析 运 动 的极限位 置转 角 、干 涉情 况 、空 间运 动位 置 及 运 动参 数 ，这样 设计 人员 不需 等待 试制 样机 就可 以提 前对 设计 中可能 出现 的 问题作 出精 确 的预测 和改进 ，为设计 提供 - 种理论 依 据 。

产品模型的三维化为装配过程仿真提供了便利的基 础 和条件 ，同时柔 性 工装 的运 动和调 整 数字 化使得 必 须通 过装 配过程 仿 真 ，模 拟 整个运 动 环节 和工艺过程 ，才能确贬构设计的合理性和运动过程的可控 性 。

于整造 的艺设 计 工作 不仅 涉及 到企业 的生 产类 型 、产 品结构 、工 艺装 备 、生产技 术水 平等 ，甚 至还要 受 到工 艺人 员实 际经验和生产管理体制的制约，其 中的任何-个因素发生变化 ，都可能导致工艺设计方案的变4Lt4。

目前 工 艺设 计 工 作 包含 的 内容 和基 本 流 程 为 ：设 计 部 门给 出产 品设 计 图纸后 ，首 先要 转 到工 艺部门进 行工艺 审查 ，然 后工 艺部 门提 出修 改 意见 返 回设计部门进行设计图的修改 ，此时产生 的工艺文件是工艺审查记录单”。设计部 门在对产 品设计图纸进行修改时，工艺部门同时要进行工艺总方案设计 。

修改 后 的产 品设 计 图纸转 到工 艺部 门后 ，工艺 人员要进 行工艺 路线 的编制及 工艺 规程 的编 制 ，基 于 工艺规 程 ，工 艺人 员要 完成 如 设 备 汇总 ”、工 装 汇总 ”等工 作 。对需 要进 行工 艺装 备设 计 的提 出工装 申请 ，由工 装设计 部 门进行 工装 的设 计 ，如 图 1所示 。

设计更改图 1 传统工艺设计流程 由图可 见 ，工艺设 计 与产 品设 计存 在着 时 问和空 间上 的差 异 ，没 有建 立 紧密 的联系 ，无法 进 行协 同工作 。由于受 传 统 的设 计 、制造 方法 和工具 的限制 ，产品的研制都是串行工作方式 ，工艺设计 的时间大部分 耗 费在工 艺 与设 计 、工 艺与制 造 的反复 工 作上 ，而且无 法 将装 配工 艺过程 、装配零 件及 与 装 配过程有 关 的制 造资 源 紧密结合 在- 起实 现 装配 过程 的仿真 ，无 法 在工艺 设计 环境 中进 行三 维 的虚 拟工 艺验证 ，零 部件 能否 准确 安装 ，在 实际安 装过 程 中是 否发生 干 涉 ，工 艺流 程 、装 配顺 序 是 否 合 理 ，装 配 工 艺装备是否满足装配需要 ，装配操作空间是否具有开放性 等 - 系 列 问题 无 法 在 装 配设 计 阶段 得 到 有 效 验证 。上 述任 意环 节在 实际 生产 中出现 问题都 将影 响飞 机 的研制 周期 ，造成 费用 的损 失 。

其 次 ，目前 大多装 配 过程仿 真并 未考 虑 到工 装等设备机构的运动仿真，不能有效模拟实际情况。同时 飞机数 字化 装 配过程 必须 通过 设备 机构 的运动 仿真模 拟控 制过 程 ，因此 装 配工艺 过程 和运 动 机构 仿真 的集成 即是 飞机 数字 化装 配过 程仿 真 的关键 。

2 DELMIA软 件简 介DELMIA (Digital Enterprise Lean ManufacturingInteraction Application)是 法 国达 索公 司 出 品的具 有较强模拟仿真功能的三维设计软件 ，其应用涵盖了航 空 、航天 、汽 车和船 舶 等几乎 所有 机械 产 品 的数字化 制造 。该 系统 以数字 化制 造技 术 ”为核心 ，重 点解决 制造 过程 的仿 真 问题 ，并为 此提 供 了定 义和模 拟数 字化 制造 流程 的各 项功 能 ，其 中产 品 、工艺 流程 和资 源模 型 中枢 (PPR HUB)是 提供 数 字 工程 ”解 决方 案 以及支 持工 艺设 计 与验证 的关 键技 术 。系 统有上 百 个 子 模 块 ， 按 功 能 划 分 为 数 字 工 艺 (DigitalProcess Engineer，DPE)、数 字 制 造 (Digital ProcessManufacture，DPM) 和 资 源 建 模 与 仿 真 (ResourceModeling& Simulation，Quest)三 大类 。

其 中 ，DPM 提 供 -个 工 艺 细节 规划 和 验证 应 用3D环境 。其 将 DPE产 生 的结构 和 图表 ，结合 生产 制造 规 则 ，形 成 3D虚 拟制 造 环境 ，以实 际 产 品 的 3D(或 DMU)模 型 ，构造 3D工 艺过 程 ，分析 产 品的可 制性 、可 达 性 、可拆 卸 性 和 可 维 护 性 ，实 现 3D产 品 数据与 3D工艺数据的同步的 、真正的并行工程环境 。

装配工艺解决方案是-款面向数字化装配工艺设计和仿 真 的工具 ，DPM Assembly装 配工艺 规 划和验 证的解 决 方 案 ，用 于完 善制 造 生 产 工艺 和 维 护 工艺 。

DPM Assembly进行 产 品装 配的可 行性 研究 ，可 生产性研 究 ，可 维护 性研 究 ，3D工艺 规划 和 产生 装 配工艺 说 明书 。

3 机 翼前襟 翼装 配 工艺 特点及 对 工装要 求前襟装配有如下特点 ：①生产过程工艺性复杂 ，专业 水 平 要求 高 ，原 理 性 知识 需 要 掌握 、熟 悉 ，才 能完成 所 承担 的工序 。②装 配过 程需 要数 字化定 位 ，其中很 多 工序 的完成 需要 相应 工装 设备 提供 保 障 。

根据 机翼 前襟 的特 点 ，设 计 的前 襟柔 性装 配集成单 元可 以实 现 内 、外前 襟及 其左 、右 件共 四个 产 品的柔性定位 、夹紧和 自动制孔 。总体上 ，集成单元结构 由 7个立 柱 、可调 底座 、制孔 机 器人及 其 龙 门架组成 。每个立 柱有 3-5个 自由度 ，共 计 26个 由伺 服 电机 驱 动 的 自由度 ，每个立 柱结 合其 定位 器 可 以实现空 间点 位 的三 坐标精 确控 制 。总体 结构 如 图 2所 示 。

工装坐标图 2 前襟柔性装配集成单元总体结构图人安门支座4 装配过 程 与工 装运 动仿真 集成 关键 技 术装配 过程 仿真 与工 装结构 运 动仿 真包 括两 个方面的内容 ：装配工艺仿真和机构仿真。其中装配过程仿真主要内容有装配工艺文件 向装配仿真环境映射以及装 配路 径 规划 、干涉 检查 等 。机构 的运 动仿 真涉及 到运 动机 制 的创建 与运 动分 析等 内容 。其 流程 如图 3所 示 。

4.1 装 配工艺 文件 映射 技 术在 产 品的制 造过 程 中 ，装 配工 艺方 案 的制定 通常 由企业 级 工 艺 部 门和 车 间 级工 艺 部 门分 级 完成 。

前 者通 常从 工-乙44-总方 案 的角度 ，分 析并 决策 部件 级的装配 单元 划分 、装 配顺序 规划 等 ，对装 配 过程信 息的装序酉己可 的工