目前國內(nèi)飛機(jī)制造過程中占有重要地位的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)基本上仍是采用數(shù)字量傳遞與模擬量傳遞相結(jié)合的工作模式，主要依靠計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件CAPP進(jìn)行。這種飛機(jī)工藝裝配設(shè)計(jì)仍然停留在二維的工藝規(guī)劃的基礎(chǔ)上，與CAD系統(tǒng)沒有建立緊密的聯(lián)系，更談不上工藝設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的協(xié)同工作，無法將裝配工藝過程、裝配零件及與裝配過程有關(guān)的制造資源緊密結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)裝配過程的仿真，無法在工藝設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行三維的虛擬裝配工藝驗(yàn)證。
當(dāng)今，數(shù)字化虛擬裝配工藝設(shè)計(jì)與裝配過程仿真技術(shù)在現(xiàn)代飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造中扮演的角色將越來越重要。它提供了在三維數(shù)字化環(huán)境中動(dòng)態(tài)地安裝零部件及其組件的整個(gè)過程。國際上以飛機(jī)和汽車為代表的大型復(fù)雜產(chǎn)品研制企業(yè)都已將數(shù)字化裝配技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)中，取得了顯著的效益。無論是波音還是空客目前已基本上實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化三維裝配。波音公司的7E7飛機(jī)已經(jīng)完全采用航空制造業(yè)的數(shù)字化三維裝配解決方案，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)的三維虛擬裝配仿真和驗(yàn)證，極大地減少了設(shè)計(jì)變更，縮短了工藝規(guī)劃時(shí)間，提高了產(chǎn)量并降低了生產(chǎn)成本�？湛拖盗酗w機(jī)壁板裝配采用了以數(shù)控鉆鉚機(jī)為中心的柔性裝配系統(tǒng)，從鉚接過程到裝配管理均實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制。據(jù)國際著名的制造業(yè)統(tǒng)計(jì)權(quán)威刊物CIMdata統(tǒng)計(jì)得出：典型部件裝配周期縮短60%，飛機(jī)裝配周期縮短10%以上，裝配工藝設(shè)計(jì)周期縮短30%～50%，裝配返工率減少50%，裝配成本減少20%～30%，數(shù)字化三維裝配大大提高飛機(jī)裝配質(zhì)量，極大限度滿足了客戶要求。
1 西飛公司現(xiàn)有裝配工藝設(shè)計(jì)存在的問題
目前國內(nèi)包括西飛公司在內(nèi)的眾多飛機(jī)制造企業(yè)，在整個(gè)飛機(jī)制造過程中處于重要地位的飛機(jī)裝配過程基本沿襲了數(shù)字量傳遞與模擬量傳遞相結(jié)合的工作模式，裝配工藝的設(shè)計(jì)主要采用計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行，但仍然停留在二維產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，與CAD系統(tǒng)沒有建立緊密的聯(lián)系，更談不上與設(shè)計(jì)的協(xié)同工作，無法將裝配工藝過程、裝配零件及與裝配過程有關(guān)的制造資源緊密結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)裝配過程的仿真，無法在工藝設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行三維的虛擬工藝驗(yàn)證，零部件能否準(zhǔn)確安裝，在實(shí)際安裝過程中是否發(fā)生干涉，工藝流程、裝配順序是否合理，裝配工藝裝備是否滿足裝配需要，裝配人員及裝配工具是否可達(dá)，裝配操作空間是否具有開放性等一系列問題無法在裝配設(shè)計(jì)階段得到有效驗(yàn)證。上述任意環(huán)節(jié)在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)問題都將影響飛機(jī)的研制周期，造成費(fèi)用的損失。
2 中央翼裝配的工藝過程仿真
2.1 DELMIA軟件
DELMIA軟件是達(dá)索公司的三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)、制造整體解決方案，廣泛應(yīng)用在航空航天、汽車、造船等高科技制造領(lǐng)域。DELMIA涵蓋飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造反維護(hù)過程中的所有工藝過程，使用戶能夠利用3D設(shè)計(jì)模型完成產(chǎn)品工藝的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。它可以幫助制造企業(yè)提高生產(chǎn)率，促進(jìn)協(xié)同和加速上市時(shí)間。
裝配工藝規(guī)劃是DELMIA軟件的DPE(DELMIA Proccss Engineer)模塊中的內(nèi)容，主要是在裝配之前進(jìn)行裝配工藝的規(guī)劃。工藝仿真與驗(yàn)證模塊即DPM(DELMIA Process Manufacture)模塊，用來進(jìn)行工藝驗(yàn)證，人機(jī)工程模塊用來對工人操作模擬，驗(yàn)證工人動(dòng)作的可達(dá)牲等。
2.2 中央翼組件裝配特點(diǎn)及要求
中央翼組件結(jié)構(gòu)是飛機(jī)中最重要的結(jié)構(gòu)件之一（如圖1所示），是整個(gè)飛機(jī)的最重要的承力結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是西飛公司承擔(dān)ARJ21飛機(jī)的最重要裝配件。主要結(jié)構(gòu)件包括：SD560前梁框，SD648后梁框，0號肋，1號、2號展向粱，上下壁板，在中機(jī)身機(jī)身大開口處沿長桁方向安排有龍骨粱、縱粱等加強(qiáng)件。此外它還包括客艙、貨艙的地板滑軌及其縱向支撐件等次要縱向構(gòu)件。
圖1 中央翼產(chǎn)品組件模型
ARJ21中央冀組件裝配具有如下特點(diǎn)：
(1)生產(chǎn)過程工藝性復(fù)雜。專業(yè)水平要求高，原理性知識需要掌握、熟悉，才能完成所承擔(dān)的工序。
(2)裝配過程引進(jìn)了國外先進(jìn)工藝方法和手段，其中很多工序的完成需要相應(yīng)工裝設(shè)備提供保障。
(3)手工作業(yè)性強(qiáng)，即裝配過程靠人在飛機(jī)上手工將成品、零組件、材料、標(biāo)準(zhǔn)件、電纜導(dǎo)管組成系統(tǒng)，從而完成整機(jī)的裝配過程。
(4)生產(chǎn)過程需要協(xié)調(diào)的問題和單位眾多，部分問題出現(xiàn)的原因無法準(zhǔn)確地確定，如依靠原理、經(jīng)驗(yàn)判斷問題的所在，則需要協(xié)調(diào)和協(xié)助解決的工作增多。
(5)生產(chǎn)過程復(fù)雜，生產(chǎn)周期相對比較長。批生產(chǎn)周期為45d左右，新機(jī)生產(chǎn)為4個(gè)月左右。
(6)生產(chǎn)過程中對生產(chǎn)條件依賴性較強(qiáng)，零組件、標(biāo)準(zhǔn)件的配套，成品材料供應(yīng)等直接制約著生產(chǎn)周期，缺一不可。
2.3 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與工藝規(guī)劃
在CATIA V5中，首先讀入已經(jīng)設(shè)計(jì)好的ARJ中央翼產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并通過腳本程序?qū)a(chǎn)品數(shù)據(jù)導(dǎo)入到DELMIA DPE工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)中，形成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹；然后將已定義好的相關(guān)資源（如廠房、工裝、人等）加入到DPE環(huán)境中，形成資源結(jié)構(gòu)樹；最后進(jìn)行裝配工藝設(shè)計(jì)，在DPE中構(gòu)建詳細(xì)裝配工藝結(jié)構(gòu)樹，同時(shí)將與該工藝有關(guān)的產(chǎn)品和資源加入到該工藝結(jié)構(gòu)樹中，進(jìn)行工藝規(guī)劃（如圖2所示）。這樣，就可以對裝配流程進(jìn)行全面的工藝布局設(shè)計(jì)和三維數(shù)字化裝配工廠仿真等工作，并不斷對工藝布局和裝配流程進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。
圖2 Process、Product、Resource鏈接相互關(guān)系
2.4 數(shù)字化裝配過程仿真與結(jié)果輸出
通過數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)，對特定的產(chǎn)品已經(jīng)具備或產(chǎn)生了3大類信息：(1)確定了產(chǎn)品信息(Product)，包括中央翼中確定的全部零、組件的三維實(shí)體模型和裝配約束關(guān)系，以及裝配工藝設(shè)計(jì)定義的三維裝配工藝模型；(2)確定了裝配工藝流程(Process)，包括MBOM(Manufacture Bill of Materials)和AO(Assembly Order)；(3)確定了制造資源(Resource)的三維實(shí)體模型，包括裝配型架、夾具，工具、機(jī)器人等。根據(jù)以上3類信息就可以在全三維數(shù)字化環(huán)境下進(jìn)行裝配過程的仿真。通過PPRHUB數(shù)據(jù)庫，將DPE中設(shè)計(jì)好的工藝過程導(dǎo)入DPM中進(jìn)行詳細(xì)的三維工藝驗(yàn)證和仿真。在DPM軟件中主要完成的內(nèi)容包括：(1)裝配順序的仿真。利用已有的裝配工藝流程信息(Process)、產(chǎn)品信息(Product)和資源信息(Resource)在定義好每個(gè)零件的裝配路徑的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配過程和拆卸過程的三維動(dòng)態(tài)仿真，從而發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)過程中裝配順序設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤。(2)裝配干涉的仿真。在裝配順序仿真過程中對每個(gè)零件進(jìn)行干涉檢查。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)它們之件存在干涉情況時(shí)予以報(bào)警，并示出干涉區(qū)域和干涉量，幫助工藝設(shè)計(jì)人員查找和分析干涉原因。(3)產(chǎn)品和制造資源的仿真。在裝配順序仿真的基礎(chǔ)上，引入工裝等制造資源的三維實(shí)體模型，對產(chǎn)品和制造資源進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)仿真，以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品與制造資源發(fā)生干涉的原因。(4)人機(jī)工程仿真。在產(chǎn)品與制造資源仿真的基礎(chǔ)上，再將定義好的三維人體模型放入該環(huán)境中進(jìn)行人體和其所制造、安裝、操作與維護(hù)的產(chǎn)品之間互動(dòng)關(guān)系的動(dòng)態(tài)仿真，以分析操作人員在該環(huán)境下工作的姿態(tài)、負(fù)荷等，進(jìn)而修改和優(yōu)化工藝流程和制造資源，以高效裝配和以人為本為原則。(5)裝配過程的記錄。利用以上裝配過程的三維數(shù)字化仿真功能，將整個(gè)裝配過程記錄下來，形成可以插放的影片格式，指導(dǎo)現(xiàn)場操作人員進(jìn)行飛機(jī)裝配，實(shí)現(xiàn)可視化裝配，同時(shí)也可以對飛機(jī)維護(hù)人員進(jìn)行上崗培訓(xùn)，幫助操作人員直觀了解操作全過程。(6)生成相關(guān)文檔。整個(gè)裝配仿真過程經(jīng)驗(yàn)證無誤后，可以按照需要，定制生成相關(guān)的文檔。如圖3所示。
圖3 帶圖片的MBOM
2.5 目前設(shè)計(jì)中存在的問題及改進(jìn)措施
通過中央翼數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)與過程仿真驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)中央翼總裝型架和中央翼總裝工作梯的設(shè)計(jì)存在如下需要改進(jìn)的方面。
a.中央翼總裝工作梯立柱位置不合理。一般情況下，操作人員是雙手端著工具盒上到型架上，而原始設(shè)計(jì)的工作立柱恰好擋住了操作人員上到型架上的路徑（如圖4所示）。解決措施：圖示立柱向左或右側(cè)移動(dòng)500mm。
圖4 工作梯立柱住置不合理圖
b.操作人員從地面上到型架上，型架地板面距地面距離約500mm，以操作人員平均身高1720mm分析，其右腿抬得過高，此時(shí)人會(huì)失其重心（如圖5所示）。解決措施：需要在此處增設(shè)一級臺(tái)階，具體形式由工裝設(shè)計(jì)定。
圖5 增設(shè)臺(tái)階圖
c.操作人員拿著工具上到中央翼上翼面工作，型架工作梯距上翼面邊緣有730mm距離，操作人員來回行走存在不安全隱患（如圖6所示）。解決措施：中央翼上壁板鋪工藝地板。
圖6 增設(shè)工藝地板圖
d.由操作人員拿著工具鉆進(jìn)中央翼里工作的仿真圖片可見，工人姿勢很不舒服，右腿與上部軀體夾角106.532°，接近極限113°，工作環(huán)境極為惡劣（如圖7所示）。解決措施：在中央翼下壁板鋪厚海綿墊，改善工作環(huán)境，防止操作人員與結(jié)構(gòu)直接接觸，造成身體不適。
圖7 姿態(tài)分析圖
3 結(jié)束語
本文就使用DELMIA在ARJ21中央翼工藝過程與人機(jī)工程仿真的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，在用DELMIA對中央翼的仿真過程中，充分體會(huì)了數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)和虛擬裝配過程。通過工藝性驗(yàn)證和人機(jī)工程驗(yàn)證，及早發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)等方面的問題，這給生產(chǎn)實(shí)際帶來了極大的益處。本文在工藝模板定制及MBOM輸出方面做了較多的研究工作，取得了一定的研究成果，對于DELMIA在國內(nèi)航空企業(yè)的應(yīng)用有一定的借鑒作用。今后應(yīng)該在DELMIA與PDM、ERP等系統(tǒng)平臺(tái)集成及工藝設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程梳理等方面多進(jìn)行研究，使DELMIA三維工藝設(shè)計(jì)及仿真解決方案真正融入到企業(yè)的設(shè)計(jì)、制造一體化平臺(tái)之中。
轉(zhuǎn)載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/
本文標(biāo)題：DELMIA在ARJ21飛機(jī)中央翼裝配仿真中的應(yīng)用
本文網(wǎng)址：http://www.ezxoed.cn/html/solutions/1401935783.html
相關(guān)文章
