我虛擬裝配技術在AG600型號上的推廣和應用

摘 要：探討虛擬裝配技術在航空制造領域的應用，尤其是在AG600型號上的實踐，闡述DELMIA技術應用和作用。

關鍵詞：虛擬裝配；DELMIA；技術

一、虛擬裝配（DELMIA）簡介

虛擬裝配技術已成為數字化制造技術在飛行器制造業中研究和應用的典范，針對復雜產品利用該技術可優化產品設計，避免或減少物理模型的制作，縮短開發周期，降低成本，從而實現產品的并行開發，提高裝配質量和效率，改善產品的售后服務。此外還可以進行生產線設計、廠房布局和物流轉運設計等，是航空航天制造領域的復雜產品設計及其裝配工藝規劃具有重要的意義，受到國內外的普遍關注。

虛擬裝配以產品及其零部件的三維實體模型為基礎，借助虛擬現實技術在計算機上仿真裝配操作的全過程，進行裝配操作及其相關特性的分析，實現產品的裝配規劃和評價，制定合理的裝配方案。一般情況下，虛擬裝配是指在計算機上所進行的零部件模型“裝配”，零部件的裝配是三維設計系統的一個重要功能，但是目前三維設計系統大多只能將零部件裝配成為設備，而不能模擬零部件的裝配過程，將裝配技術與虛擬現實技術相結合可以形成零、部件的虛擬裝配技術。虛擬裝配技術以可視化展示設計產品的可裝配性，同時還可以通過 對零部件進行改進以降低裝配的復雜性，并且直觀的檢測出設計問題，以及工裝適用性和人機可達性等等。虛擬裝配技術作為虛擬制造的核心技術之一也越來越引人注目。虛擬裝配的實現有助于對產品零部件進行虛擬分析和虛擬設計，有助于解決零部件從設計到生產所出現的技術問題，以達到縮短產品開發周期、降低生產成本以及優化產品性能等目的。

機械產品的配合性和可裝配性設計人員不易掌握，往往出現錯誤不易發現，以往要到產品最后裝配時或者真正實施操作時才能發現錯誤，導致零件的報廢和影響飛機的裝配制造周期，造成巨大經濟損失和增加工作量。采用虛擬裝配技術可以在設計階段進行驗證，確保設計的正確性，避免損失。虛擬裝配強調在實際投入原材 料于產品實現過程之前，完成產品設計與裝配過程的全面仿真、分析，以保證產品的可裝配性。

二、虛擬裝配技術（DELMIA）的應用及功能

具體來說，虛擬裝配技術功能如下：

1.實物產品的數字化再現，即生成產品數字模型。廠房布局和站位流程設定，工裝工具的數字模型，操作者或機器人的實際肢體展現，在實施虛擬裝配設計的過程中，可以實施將已有成型裝配方案轉化為可視化模擬場景進行模擬，或者將在構建虛擬裝配過程中逐步完善裝配方案、物流轉運方案或流水線＼生產線方案。以工藝規劃為中心的虛擬裝配。針對產品的裝配工藝設計問題，基于產品信息模型和裝配資源模型，借助計算機仿真技術進行產品的裝配工藝設計，獲得可行且較優的裝配工藝方案。以工藝規劃為中心的虛擬裝配的主要研究內容是裝配作業與過程規劃，包括裝配或拆卸順序的規劃、裝配路徑的規劃、工藝路線的制定、操作空間的干涉驗證、工藝卡片和文檔的生成等內容。以工藝規劃為中心的虛擬裝配，具有高逼真度的操作仿真，在虛擬裝配中實施對象、操作過程以及所用的工裝工具，均與生產實際情況高度吻合，可以生動直觀地反映產品裝配的真實過程，為裝配工藝的規劃提供可靠的驗證和優化手段。此外，以工藝規劃為中心的虛擬裝配系統可進一步用于裝配培訓和現場教學等。

2.干涉檢測，是指組成產品、各個級別的裝配體的零部件進行集合上的干涉檢查，這里檢查包含有零部件在裝配體中的靜態空間位置的相交性，也包含零部件在構成產品的裝配過程中在空間上的集合干涉性，零、部件模型的仿真運動或工裝與產品的模擬操作通過碰撞檢測和動作的類型來實現，碰撞檢測也用于裝配路徑的驗證，其效率和可靠性影響真實現場的工藝方案是否具備可操作性以及預判裝配問題的存在。另外虛擬原型是利用計算機建模和仿真系統在一定程度上對產品的外形、功能和性能進行模擬，以產生與真實飛機或物理樣機近似制造裝配環境來檢驗和評價產品特性。虛擬裝配和虛擬原型技術的結合，可以有效地分析零件的設計公差及其加工與裝配過程中的誤差對產品裝配性能的影響，為產品的精度分析、公差優化設計等提供可視化手段和清晰計算記錄輸出。

3.生成裝配序列和路徑，在產品建模和排除“沖突” 的過程中，生成優化的裝配序列和路徑，減少和優化實際生產中的裝配周期，尋找最科學高效的裝配流程。以制造系統規劃為中心的虛擬裝配針對頂層工藝設計對車間成產裝配制造系統的規劃，基于產品的模型、裝配工藝和工裝、站位、廠房等資源的模型，利用計算機仿真技術進行飛機裝配制造系統的設計、仿真和分析，主要研究內容包括部裝、總裝、試飛或某一單獨工藝過程裝配系統建模、生產規模與生產周期分析、資源分配、裝配車間布置、裝配生產線平衡分析、自動化裝配操作誤差診斷與預測、裝配單元裝配操作控制及其仿真等，為裝配方案的設計與調整、協同操作與控制提供支持。

4. 裝配過程中的人因分析是更高層次的虛擬裝配技術，通過虛擬現實技術，頂層工藝設計人員可以在產品開發階段就對產品裝配過程中涉及的人機因素（如裝配所需時間、裝配操作的舒適程度、安全性）進行分析。例如，采用虛擬現實技術對人工裝配中操作者的裝配力與裝配姿態進行定量評估，并分析裝配所需的最大裝配力以及每個裝配循環過程中的平均裝配力，以避免工人的疲勞；利用人機工程學模型分析裝配工位空間對人操作強度的影響，以設計出最優的裝配工位。綜合考慮人工各方面因素，根本上是提升效率和工藝規劃能力的體現，經過錘煉可以慢慢向飛機制造裝配流水線工藝設計發展。

三、虛擬裝配技術（DELMIA）在華南公司發展前瞻

針對于通飛華南公司將DELMIA虛擬裝配系統引入今后機型生產、預研，是及時且明智的，由手工裝配過程仿真向生產線裝配過程仿真發展是發展的必經之路。目前大多數虛擬裝配系統的研究僅停留在仿真實際生產中的手工裝配過程，而對于生產線的裝配過程研究不夠。生產線裝配過程與手工裝配過程之間往往存在著很大差異，因此由手工裝配過程仿真過渡到生產線裝配過程仿真也是虛擬裝配的發展方向之一。對于國家十三五的產業調整的開局之年，面對國內航空制造產業的傳統人工生產模式和已經逐步淘汰脈動式生產線向自動化流水線轉型的世界航空制造業，今后的發展方向已經清晰明朗。虛擬裝配技術的應用是一種嶄新的使用的工具，如何學習、規劃和使用改善我們現在的生產模式，進而創新未來的裝配模式，是通飛華南公司技術工作者孜孜以求的。借助DELMIA虛擬裝配軟件先進的平臺，好好掌握消化和利用，為今后裝配工藝領域的跨越式發展奠定一個堅實的基礎。

四、AG600型號介紹及關鍵技術分析

大型滅火/水上救援水陸兩棲飛機AG600，是國務院立項批復的三個大型飛機項目之一，由中航工業通飛華南公司承擔研制。主要技術指標最大起飛重量49000kg，翼展38.8 m、總長36.977m、總高12.835m。

對于華南公司AG600型號總裝的關鍵技術包括：機身對接、中央翼對接、垂平尾連接等等，其中最為關鍵的中央翼與機身接頭絞孔，中央翼連接接頭與機身接頭連接方式為插耳結構，需要裝配后同時絞孔、鏜孔，技術上保證是最為困難的。

五、虛擬裝配技術在AG600型號上的應用范圍分析

虛擬裝配技術對于AG600型號上應用除了可以處理所有關于裝配的工藝流程，還可以輻射到廠房布局、工裝布局、物流規劃、人機功能性檢查、干涉檢查、工裝檢測等等。在裝配方面不論大部件對接、單獨零組件裝配一切裝配場景均可以還原或者模擬，從而設計工藝方案或者檢查工藝合理性。

六、對于虛擬裝配技術未來在型號發展的展望

今后AG600型號將面臨定型，并進入小批生產、批生產階段，在工藝分里面劃分與各生產供應商分工逐漸定型階段，工藝規劃部門將需要設計優化大部件、對接、系統裝配、系統試驗、批生產生產線規劃等具體工作和工藝流程制定，DELMIA虛擬裝配技術的應用將大量使用在工藝設計領域，對于后期的全機干涉檢查、工裝產品干涉檢查、人機工程的逐步應用將覆蓋AG600型號的工藝管控領域，廣泛使用必將簡化生產流程，提高生產效率，實現產業化變革。

參考文獻

[1]《虛擬設計與虛擬現實概述》

[2]《Dassault Systemes DELMIA 數字化制造》

作者簡介

石鑫，現任制造工程部主管工程師工程師，畢業于沈陽航空工業學院飛行器制造專業，從事AG600型號飛機鉚接、總裝工作。

（作者單位：中航通飛華南公司）