基于DELMIA二次開發的轉向架三維裝配仿真系統的開發

□ 謝瑩瑩 □ 鮑 凱 □ 馬曉光 □ 陳亞麗 □ 田 威

1.南車 南京浦鎮車輛有限公司 南京 210031

2.南京航空航天大學 機電學院 南京 210016

基于DELMIA二次開發的轉向架三維裝配仿真系統的開發

□ 謝瑩瑩1□ 鮑 凱1□ 馬曉光1□ 陳亞麗2□ 田 威2

1.南車 南京浦鎮車輛有限公司 南京 210031

2.南京航空航天大學 機電學院 南京 210016

轉向架是軌道車輛走行部的關鍵部分，研究其裝配工藝規劃和驗證方法具有重要意義。通過對轉向架的裝配工藝流程進行分析，針對DELMIA仿真軟件中存在的模型裝配置位量大等問題，以VB為開發工具、DELMIA軟件為平臺，開發了轉向架三維仿真系統。該系統應用虛擬裝配技術，能批量提取模型信息，一次性導入、配置仿真環境，通過對裝配過程中的碰撞干涉進行實時監測，最后輸出三維工藝文件，極大地減輕了使用者的工作量和使用難度，對裝配工藝驗證優化和一線工人培訓具有重要意義。

工藝規劃 干涉監測 三維仿真系統 工藝驗證優化

DELMIA是數字化企業精益制造集成式解決方案（Digital Enterprise Lean Manufacturing Interaction Application）的縮寫，是法國Dassault Systems公司PLM（Product Life Management）家族成員之一，是一個面向設計、制造、維護、人機過程的“數字化工廠”仿真平臺，與CATIA軟件互為補充，應用涵蓋了航空、航天、汽車和船舶等幾乎所有機械產品的數字化制造［1］。

裝配是轉向架制造過程中一個非常重要的環節。然而，傳統的手工裝配逐漸暴露出眾多弊端，如效率低，不能預先發現和處理設計錯誤等［2-4］。在轉向架裝配工藝規劃中應用虛擬裝配技術［5-7］，可在產品實際裝配之前及時發現產品設計和工藝設計中存在的問題，有效減少裝配缺陷和產品的故障率，降低產品的研制風險，保證產品裝配的質量。但是仿真軟件的應用存在模型裝配位置工作量大、使用難度較高的問題。本文通過對DELMIA進行二次開發，批量提取模型信息，一次性導入、配置仿真環境，最后輸出三維工藝文件，極大減少了轉向架裝配仿真路徑規劃的工作量，能提前發現工藝規劃不合理引起的干涉問題，提高了轉向架裝配仿真的效率和質量。

1 轉向架裝配工藝分析

以某典型型號轉向架為例，其詳細裝配流程如圖1所示。

轉向架結構可細分為定位轉臂、牽引裝置、扭桿裝置、基礎制動裝置等，整個裝配過程可分為子部件組裝、掛件裝配、落輪、試驗工序4部分。其中子部件組裝包括構架襯套壓裝、扭桿預組、牽引節點預組、彈簧上夾板組裝、定位轉臂節點壓裝；掛件裝配包括定位轉臂組裝、牽引裝置組裝、抗側滾扭桿組裝、基礎制動組裝、制動管路組裝，然后轉入落輪工序，最后進行制動試驗和靜載試驗。

▲圖1 轉向架裝配流程圖

2 轉向架三維仿真系統開發

2.1 系統結構

三維工藝裝配仿真系統結構如圖2所示，系統包括3大部分：數據層、支撐層、功能層。

（1）數據層。總結企業生產資源，對仿真所需的資源進行分類描述，建立仿真資源數據庫，作為裝配仿真的數據來源。

（2）支撐層。通過對模型信息的提取，自動導入和置位各個組件，并研究裝配模板的重用策略，實現新產品裝配仿真路徑的快速規劃。

（3）功能層。包括動態碰撞與干涉分析、裝配時間分析、生成三維工藝指導文件、可裝配性評估、屏幕錄像等多種功能。

2.2 系統開發工具

DELMIA提供了多種二次開發的接口，其中包括自動化對象編程（V5 Automation）和開放的基于構件的應用編程接口 （CAA）。CAA（Component Application Architecture）是DELMIA的一套C++函數庫，該函數庫在DELMIA運行時加載，用戶可通過快速應用研發環境RADE（Rapid Application Development Environment）和不同的API（Application Programming Interface）接口程序來完成在VC++平臺下的代碼編寫，實現與DELMIA的通信功能。這種方法可進行最有效率的程序開發，但入門困難［8］。

CAA的開發方式具有開放性高、開發效率高的優點，而Automation方式具有容易掌握、開發難度小的優點。DELMIA作為提供Dispatch接口的服務器，二次開發的應用程序作為客戶端通過 Dispatch接口操控DELMIA程序。二次開發的應用程序并不是直接獲取及處理DELMIA數據，而是在DELMIA進程之外，外部程序間接地通過DELMIA暴露的COM組件對象的方法和屬性來獲取、設置及處理數據。窗體程序與數據庫通過OLEDB進行連接。在窗體頁面和程序中實現對數據庫的連接、數據的增刪改，以及根據從數據庫中獲取的參數，調用DELMIA軟件快速進行相關操作。

基于上述兩種開發方式的特點，本文使用Automation方法對DELMIA進行二次開發，開發環境選用Visual Basic 6.0，通過良好的用戶交互界面，結合DLEMIA軟件的宏錄制功能，實現三維工藝裝配仿真系統的功能。

▲圖2 三維工藝仿真系統結構圖

▲圖3 模型信息提取模塊流程圖

3 系統功能模塊

3.1 模型信息批量提取模塊

在分析所有轉向架結構的基礎上，總結出4種典型的轉向架結構，基本涵蓋各種型號的產品，每種結構都由相同的零部件組成。信息模型批量提取模塊針對這4種結構的產品模型，對產品樹、環境模型的任意層數節點信息，進行批量識別、提取并保存到數據表中，不僅能節省人工統計時間，還可避免人為錯漏。保存到數據表的信息包括零件號、文件名、實例名、隸屬關系、質量、尺寸、顏色、位置矩陣等。流程如圖3所示。

3.2 仿真環境自動配置模塊

在DELMIA仿真過程中，需要將各種工裝工具一一導入文件中，并逐個調整位置。由于轉向架裝配流程較多，牽涉到較多的模型，因此這是一個十分繁雜的工作。針對這種情況，仿真環境自動配置模塊依據模型信息批量提取模塊存入的相關典型產品的位置信息，自動導入、置位相關組件，從而極大減輕模型布局時間。

選擇需要仿真的轉向架型號、所屬類型和具體工序，點擊“一鍵導入”按鈕，一次性導入相關模型，具體包括：

①把轉向架模型導入到產品目錄下，可在屏幕左邊目錄樹的產品列表中找到已經導入的模型。

②導入資源模型，DELMIA中的資源是指在裝配過程中使用到的非產品的實物元素，如車間、天車、裝配線各臺位、翻轉機、靜載試驗機、運輸車、零件箱、套筒扭力扳手、開口扳手、棘輪扳手、毛刷等，導入后可在資源列表中找到。

需要指出的是，不同的產品由于型號和尺寸的區別，需要進行不同程度的位置微調，不過，相比人工導入和調整，已經節省了大量時間。

▲圖4 干涉實時監測模塊的功能實現流程圖

3.3 干涉實時監測模塊

圖4為干涉實時監測模塊的功能實現流程圖。通過二次開發，運用DEIMIA軟件中的干涉檢查模式，能進行干涉檢查。當系統發現零件之間、零件與工裝之間存在干涉情況時將報警，同時顯示干涉區域和干涉量，以方便設計人員檢查和分析原因。干涉的原因一般是裝配序列或裝配路徑不合理，要對裝配序列及路徑進行詳細分析，并不斷修正，直到符合加工裝配的需求。

3.4 后處理模塊

后處理模塊主要包括屏幕錄制功能和三維工藝文件輸出功能（見圖5）。屏幕錄像功能能將裝配仿真過程記錄下來，生成視頻，保存仿真結果。三維工藝文件的輸出是指通過如圖所示的網頁模塊，生成任意產品相關信息、工序的作業內容文字、視頻和圖片信息，以及該工序對應的工裝工具圖片信息等。該模塊生成的三維工藝文件不僅能作為工程人員制定裝配工藝的設計參考資料，還能直觀地指導現場操作人員進行轉向架裝配，同時能作為重要的資料對裝配工人進行培訓。

▲圖5 后處理模塊的功能

4 結論

本文在分析轉向架裝配流程的基礎上，針對仿真軟件DELMIA在應用過程中工作繁瑣、使用難度大的問題，在DELMIA平臺上，應用自動化對象接口技術，用VB語言開發了轉向架裝配三維仿真系統。系統研究了對模型相關信息批量提取的技術，并以此為基礎開發了一次性導入所有產品和工裝、工具、車間環境模型并置位的功能，大大減輕了操作者手工導入調整的時間。通過仿真檢測模塊能動態反映整個裝配過程中是否會產生干涉情況，最后將仿真結果輸出為三維工藝指導文件，以其直觀性對現場工人培訓提供幫助。

［1］王占海，翟慶剛.DELMIA二次開發技術初探 ［J］.西安航空技術高等專科學校學報，2010（1）：1-3.

［2］屈力剛，魏佩振，苑俊超.基于三維工藝模型的裝配現場可視化［J］.制造業自動化，2013（20）：83-87.

［3］劉國華，姚英學.虛擬裝配技術［J］.機械制造，2006（8）：65-67.

［4］劉海江，肖會祥.白車身拼焊機器人空間運動軌跡分析與仿真［J］.制造業自動化，2003（12）：18-20.

［5］張曉偉，原思聰，林艷，等.基于DELMIA的船體虛擬裝配過程仿真研究 ［J］.起重運輸機械，2010（2）：65-67.

［6］陶品，葉榛，王洋，等.虛擬裝配仿真平臺的研究與實現［J］.系統仿真學報，2001（6）：704-706.

［7］張燁，寧汝新，劉檢華.面向虛擬裝配的裝配序列規劃技術研究 ［J］.計算機集成制造系統，2006（1）：90-94.

［8］李維學，王仲奇，康永剛，等.基于CATIA V5二次開發的產品自動裝配［J］.機械制造，2010（1）：40-43.

（編輯 功 成）

TH162

A

1000-4998（2015）04-0055-03

2014年10月