飛機三維裝配工藝分析與設計

魏莉

摘 要： 飛機的三維裝配工藝是將飛機的各個部件的三維模型引入到可視化的環境中進行裝配，并通過作業仿真來輔助生成生產作業指令，該方法不僅準確直觀，而且能夠很好地啟發設計思路，優化產品設計。本文主要研究了飛機三維建模工藝，設計與仿真模式下的裝配與仿真流程;提出了可視化裝配指令的快速生成辦法。

關鍵詞： 三維裝配工藝;建模工藝;仿真流程;裝配指令

1.裝配工藝模型

飛機的裝配工藝復雜繁瑣，目前國內的飛機研制企業也廣泛應用三維數字化體系。三維裝配工藝是以典型的裝配技術為基礎，進一步借鑒和拓展，實現三維裝配工藝的快速設計。裝配工藝信息模型是以產品模型為基礎，具有代表性的裝配工藝信息模型有幾何模型、裝配特征模型、約束模型及集成模型。

（1）幾何模型? 幾何模型著重研究的是實體的點、線、面、體素等，其出發點主要是面對計算機輔助設計（CAD）。幾何模型的技術已經比較成熟準，可以準確的表達幾何體的關系，但是對于裝配工藝，加工信息及精度信息等非幾何信息的表達還有不足。

（2）裝配特征模型? 以幾何模型為基礎，增加了工程語義信息，能夠很好地表達非幾何信息的關系，可用于裝配工藝規劃系統的自動推理。

（3）約束模型? 是幾何模型和裝配特征模型的結合，包含關系模型和層次模型，關系模型能夠準確地描述零部件之間的相互關系，缺點是不符合人類的設計構思習慣，當產品零件過多時，給裝配工藝規劃帶來很大不便。層次模型能夠很好地體現出設計思路降低裝配的復雜性，但是各零部件間的裝配關系描述不夠直觀。

（5）集成模型? 結合以上三種模型的方法，以滿足不同設計研發階段的應用需求。

2.裝配工藝操作與仿真

三維裝配工藝仿真是在可視化環境下，在三維模型的基礎上，對裝配路徑、裝配順序、裝配干涉等相關裝配工藝進行裝配分析，通過三維模型的連續運動，提前發現裝配過程中可能出現的錯誤跟不足。下圖為三維信息的構成圖。

2.1 裝配工藝的操作與仿真：

（1）裝配過程的細化和定義是工藝設計的主要任務，該過程主要依靠現場作業單元分層管理。通常飛機的現場裝配分為“工位-站位-AO-工序”。用OP表示裝配過程中的作業集合，OP（i，j）表示第i層作業中的第j個作業子集。下面將裝配作業定義為以下三中類型：

a、裝配操作：當i=n-1時，稱OP中的作業為裝配操作。

b、裝配動作：當i=n時，稱OP中表示的作業為裝配動作。

c、裝配任務：當i

（2）飛機裝配操作的分類是以類別劃分，建立本體概念集合，如圖2.2所示：

（3）裝配仿真是利用計算機對整個產品的設計裝配過程進行模擬分析的一項技術，是將語義層面的操作轉換成幾何層面的裝配動作。

3.裝配指令與仿真系統

裝配指導信息的主要載體是裝配指令，裝配指令是工藝設計的體現，也是現場工人操作的依據。下面通過典型裝配工藝的探索，研究快速裝配指令的快速生成辦法，如圖3.1示意。

（1）三維工藝設計環境生成的裝配指令內容復雜，包含指令層次、指令語句、及可視化文件等信息。在裝配現場，指令主要以任務單元向指定工位傳遞，將裝配任務作為裝配信息指令的基本單元，則將裝配任務表示為：

Order（AT）={O（AP），P（AA），ROP}

O（AP）-裝配操作對應的結構化裝配工藝語序;

P（AA）-裝配任務中裝配動作對應的可視化工藝文件序列;

ROP-裝配任務中操作與動作的關聯矩陣，ROP≦APxAA。

（2）飛機裝配指令快速規劃與仿真系統（PAAOPSS），是針對企業組織結構與裝配工藝規劃特點開發的。需要實現的目標有：

a.提高裝配指令的重用性與效率。

b.通過三維模型實現設計的智能化。

c.集成工藝規劃與仿真過程，提高工藝方案的優化能力。

d.利用工藝規劃和仿真過程輸出可視化三維工藝文件。

e.通過工藝規劃與仿真，提高工藝的應變能力，達到飛機設計的要求。

（3）圖3.2為以飛機中翼壁板裝配，進入系統后，將待裝配中央機翼壁板三維模型導入，調整三維模型的布置與可見性，以便后續的裝配和仿真。

結論

三維裝配工藝設計是飛機數字化顏值體系的重中之重，三維工藝設計是將產品與資源引入到三維環境中，通過作業仿真來進行裝配工藝的規劃。三維裝配工藝在裝配生產應用中優勢很大，不僅有利于對產品設計的構思，而且體現的設計信息非常豐富。本文介紹了典型的產品模型以及裝配工藝操作的定義與仿真系統。隨著社會的發展需要，這一領域有待于我們更深入的研究探索。

參考文獻

[1]何衛平，莫蓉.計算機輔助技術基礎[M].西安：西北工業大學出版社，1998.