装配仿真技术在飞机翼身对接中的应用

陈春

珠海通飞未来飞行器有限公司

摘要：近年来，我国经济在科学、技术和信息技术飞速发展的背景下取得了长足的发展。同时，经济进步带动了我国技术的发展，全国飞机装配研究积极运用数字装配仿真技术。高效应用这种技术大大提高了飞机制造质量及效率。数字装配仿真技术在飞机制造及相关制造业中发挥着重要作用。因此，需要进一步研究装配仿真技术及其在飞机大部件装配中的应用。

关键词：装配仿真技术；飞机装配应用；装配工艺及仿真验；DELMIA

1990年以来，数字飞机装配技术的发展和应用已是保证和提高飞机整体质量的有效手段。随着数字制造技术的发展，数字装配仿真已成为现代制造业的主要工具和技术，尤其是在航空、航天、汽车工业和造船等领域，部件数量大，技术容量大，集成水平高，开发周期长，成本高。

在现代飞机制造中，数字化装配工艺设计与虚拟仿真涵盖了三维交互工艺规划、装配序列和装配路径虚拟仿真以及可视化指导文档输出等多方面的应用，对飞机等复杂产品寻求制造过程的最优解决方案发挥着重要作用。

一、飞机装配特点

不同于一般机械产品，飞机具有结构复杂，零件数量庞大的特点，而且其大部分由钣金件和尺寸大、刚性小的壁板类零件组成，需要采用大量夹具和装配工艺装备支撑定位来保证其装配精度，因此飞机装配是一个环节复杂、劳动量大，且需要达到一定技术要求的过程，其具有以下几方面特点：

飞机装配劳动量大、周期长。一般机械产品装配环节占总装配量的20％左右，而飞机的装配过程占用了大约40％，同时占用了产品制造费用和工时的50％，占用了大量的制造时间和制造资源。

装配环节繁复。飞机外形复杂、零件多、尺寸大，传递环节多，装配过程中需要采用一定协调互换的方法保证装配环节的误差积累在要求范围内。

3.大量装配夹具、装配工艺装备以及标准工装。飞机零件数量多，外形复杂，装配过程需要采用尺寸大，结构复杂的装配型架和夹具，对零件进行定位和夹紧，防止在装配时造成零件或装配体的变形。同时提高装配型架和夹具的制造精度、安装精度对提高飞机产品装配精度起着重要的作用。

4.互换协调方案。飞机的外形结构和零件特点要求从零件到组合件、段件和部件的各个装配环节需要有合理的互换协调方案保证装配工作的顺利进行，飞机部件高度的互换性和协调性可以减少装配工作量，减少装配工时，提高装配质量。同时动画关联集成，形成三维可视化装配指令，作为现场工艺文件指导装配工作。

二、数字化装配仿真装配技术介绍

随着该技术的进一步发展和广泛应用，仿真数字装配技术应运而生，仿真模拟零件，确保更好地掌握设备的拆卸和装配，然后采取适当的装配措施，确保该技术应用的主要优点是在机械设计阶段模拟相关的设计和制造过程，直观地表示产品设计的各个方面。随着数字仿真的进一步完善和发展，该技术在飞机装配中的应用变得越来越重要，从而导致了理想装配的应用。

装配仿真技术基于三维数字样机，在虚拟装配环境中通过交互操作的方式建立仿真流程，实现可视化环境下装配过程的验证分析。通过导入产品数字模型和制造资源模型，添加相关工艺过程信息，构建装配仿真环境，实现对装配各个环节的预测和分析，完成产品实物装配前的工艺验证和优化。在装配工艺仿真中主要涉及到装配工艺模型、装配顺序和路径仿真、干涉检查和人机工程应用等内容。

三、装配工艺及仿真验证

本文还介绍了机翼的装配工艺及仿真验证。首先，设定模拟环境。在此处应用DELMIA，并导入两个模型工装型架和一个3位数字。当然，这两种模式都是专门针对此环境而设计的，必须调整到正确的位置。创建组件模拟时，应严格按照组件顺序进行实施，并且工艺流程中的刀具信息应与组件模拟过程密切相关。这些前期活动使我们能够高效地创建和调整相关的流程序列，并将相关的资源模型和产品分配给我们设计的流程和节点，以充分验证流程的有效性。

1.装配顺序验证。装配顺序验证时，必须充分考虑相关资源、程序及产品资讯。同时，必须充分利用定义的部件路径来支持产品装配过程的真实三维运动仿真。必须在DPM中的部件分析过程中实施该过程，以便在装配过程中充分有效地分析和检测距离、间隙、运动空间和装配时间。在计算机上，相关数据的分析结果会及时传递给设计者。分析结果将进行计算，并与分析结果结合使用，以使设计者更好地了解不足的装配空间、路径和顺序，并在下一个设计阶段对其进行优化。

2.检查装配是否存在干涉。使用DELMIA执行装配模拟时，环境会提供各种干涉检测功能。例如，使用模拟工具的摩擦检测，可以在运动期间正确检测不同零件之间的干涉。如果系统检测到干涉，则会自动生成警告。如果检测到干涉，则会自动将报告发送给员工。干涉区域、内容和零件是报告的主要内容。应相关流程开发人员的要求，及时分析并纠正干涉的原因。例如，如果机翼在装配模拟中处于打开和关闭状态，则蒙皮和卡板之间可能会发生干涉，并且机翼降下架时会反映局部干涉。这样设计者就可以准确分析和及时调整相关报告。但是，机翼在实际制造中仍然受到轻微干涉。在现阶段，我们需要更详细地处理在各个零件之间制造过程中出现的错误和干扰，这些错误和干扰会导致在实际应用过程中出现更大的问题并导致大幅度的变形。但是，该技术在装配仿真中的应用远低于传统生产技术中的误差和干涉。

3.人模拟。说明在人机环境模块中定义的三维人体模型、动态模拟人与产品之间的互动、分析工作环境的可操作性、在工作环境中学习人体模型，以及人体操作舒适度。在此基础上，加工和制造资源的更改和优化可以优化员工的舒适性和安全性，从而提高生产率。例如，安装机翼前缘时，躬身或者蹲坐所需的时间较长，而机翼前缘在自动扶梯上仰视所需的时间较长。人机工程模拟可让分析人体姿势的舒适度，然后变更机架设计或调整机架高度，以在相对舒适的状态下工作，保护员工并提升生产力。

4.形成装配说明书和规范。同时可以转换成规范工人操作和提高生产质量的三维装配工艺规范。这些可视化装配还用于产品的现场装配，使操作人员无需拆卸即可了解机翼的结构，便于维护和检查。在制造机翼时，通过使用培训视频进行安装，平均培训时间可减少约30%，从而使提前期缩短约30%。合格率提高了约20%。增加18%生产效率。这大大缩短了开发周期。

产数字化制造技术的逐渐成熟，三维产品数字最终将取代二维图纸，成为产品设计、制造过程中的数据来源。在产品装配环节，基于数字化技术和计算机技术的装配工艺文档将取代二维装配工艺文档出现在装配现场，指导工人进行装配工作。基于产品数字模型的装配工艺设计和仿真模式下，通过数字化工艺设计环节构建以装配工艺为中心，关联全部产品零件和工艺装备信息的装配工艺模型，通过数字化虚拟装配环境的仿真验证，得到含有装配动画、电子文档、产品模型等全部信息的生产现场指导方案，通过企业数据管理平台和车间各装配工位网络，实现装配工艺结果传递到生产终端，作为指导文件，现场工人可全面直观地了解装配过程，通过指导视频清楚装配对象、装配任务和装配方法，提高了装配环节效率，实现装配工艺结果的现场可视化应用。             

总之，通过采用制造工艺设计与仿真平台DELMIA，以某型号通用航空飞机的发动机吊舱前段装配为研究对象，分析研究三维可视化环境下的飞机产品数字化装配设计方法和过程，建立产品数据、工艺信息和制造资源之间的关联，生成完整的数字化装配工艺模型。

参考文献：

[1]刘玉青，飞机数字化装配技术综述．.2018.

[2]王宏宇，浅谈基于DELMIA的仿真技术在飞机装配中的应用.2019.

作者信息：

姓名：陈春

籍贯：山西怀仁

职称：高级工程师

毕业院校：西安交通大学

工作单位：珠海通飞未来飞行器有限公司