飛機(jī)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線布局仿真技術(shù)研究

1、飛機(jī)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線布局仿真技術(shù)研究中航飛機(jī)研發(fā)中心陜西漢中723000摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步。在飛機(jī)研制發(fā) 展史上數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用是一次重大飛躍。但由于我國的飛機(jī)裝配生產(chǎn)周期長, 勞動力投入大，發(fā)展飛機(jī)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線已經(jīng)迫在眉睫?；诖?，文章探討分 析了飛機(jī)數(shù)字化裝配牛產(chǎn)線布局仿真技術(shù)，以供參考。關(guān)鍵詞：數(shù)字化；裝配仿真；牛產(chǎn)線一、飛機(jī)數(shù)字化裝配牛產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)飛機(jī)裝配是飛機(jī)研制非常重要的一個環(huán)節(jié)。裝配過程是將大量飛機(jī)零件按 照設(shè)計和技術(shù)要求進(jìn)行組合、連接，逐步裝配成組件、部件，最后將各部件對接 成整架飛機(jī)的過程，而飛機(jī)的裝配方式也是一個逐步變化的過程。隨著

2、cad/cam 技術(shù)、計算機(jī)信息技術(shù)、自動化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化裝配技術(shù)逐步取 代傳統(tǒng)手工裝配操作，并逐步形成柔性化、自動化的裝配生產(chǎn)線?，F(xiàn)代飛機(jī)裝配 的典型特征之一是數(shù)字化裝配生產(chǎn)線的應(yīng)用。由于工藝、工裝、裝配質(zhì)量等因素 的影響，牛產(chǎn)線上各裝配單元之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)和聯(lián)系，任何一個裝配環(huán)節(jié) 的進(jìn)度和質(zhì)量都會影響全局牛產(chǎn)線的裝配效率和精度。因此，為了實現(xiàn)飛機(jī)數(shù)字 化裝配牛產(chǎn)線的牛產(chǎn)能力均衡與動態(tài)調(diào)度，提高裝配效率和裝配質(zhì)量，進(jìn)行數(shù)字 化裝配牛產(chǎn)線全局模型構(gòu)建成為必要的基礎(chǔ)工作。飛機(jī)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線布局是根據(jù)產(chǎn)品裝配類型（部裝，總裝）、生產(chǎn)批 次綱領(lǐng)、裝配工藝規(guī)程等主要因素選擇柔性工裝

3、、測量與檢測設(shè)備、存貯與停放 設(shè)備、輸送設(shè)備、物流管理并結(jié)合車間場地、空間的結(jié)構(gòu)特點、裝配工藝約束以 及人員的分布合理布局。通過對柔性制造技術(shù)、自動化裝配技術(shù)、數(shù)字化測量技 術(shù)、精益制造及信息化等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用設(shè)備與規(guī)劃進(jìn)行集成。不同機(jī)型數(shù)字化裝 配生產(chǎn)線采用模塊化結(jié)構(gòu)的自動化裝配系統(tǒng)。在生產(chǎn)線布局仿真時主要通過各項關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行布局仿真。建立數(shù)字化測 量系統(tǒng)（包括激光跟蹤儀、三坐標(biāo)測量儀、激光傳感器等）實時跟蹤工裝裝配與 產(chǎn)品裝配時位置仿真，為裝備的精確加工、產(chǎn)品位姿調(diào)整和對接裝配提供依據(jù)。 針對幾種型號飛機(jī)零部件特點，多自由度柔性定位方法，建立基于誤差反饋的多 自由度聯(lián)動，實現(xiàn)在容差約束下零部

4、件定位誤差實時調(diào)整仿真，保證多型號零部 件裝配準(zhǔn)確度要求。建立自動鉆釧機(jī)、鉆釧過程刀具精準(zhǔn)定位機(jī)械加工仿真，實 現(xiàn)機(jī)構(gòu)柔性化、鉆釧定位精準(zhǔn)化，提高裝配后零部件裝配精度和效率。建立裝配 單元多系統(tǒng)協(xié)同控制、集成管理物流仿真，滿足各種需求的物流編碼識別、監(jiān)控 和輸送系統(tǒng)仿真，實現(xiàn)飛機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線集成控制可視化參考。二、三維裝配仿真技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)數(shù)字化裝配的要點1、飛機(jī)裝配順序驗證中三維裝配仿真技術(shù)的應(yīng)用利用三維裝配仿真技術(shù)可以在虛擬的情況下，對飛機(jī)裝配過程進(jìn)行動態(tài)而 連續(xù)的仿真，這有利于對飛機(jī)零部件進(jìn)行精確的檢驗，還有利于對飛機(jī)裝配順序 的確定和驗證，以發(fā)現(xiàn)飛機(jī)數(shù)字化裝配過程中順序存在的問題和錯誤

5、，以利于提 高飛機(jī)裝配的效率與質(zhì)量。2、人機(jī)工程裝配中三維裝配仿真技術(shù)的應(yīng)用人機(jī)工程是飛機(jī)重要的系統(tǒng)，在飛機(jī)裝配中人機(jī)工程是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，特別 是飛機(jī)重要的操作離不開人的參與，因此，要高度重視飛機(jī)人機(jī)工程的裝配操作。 利用三維裝配仿真技術(shù)可以在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工裝結(jié)構(gòu)環(huán)境中，將標(biāo)準(zhǔn)人體的三維模 型放入虛擬裝配環(huán)境中，按照工藝流程進(jìn)行裝配，對工人工作特性進(jìn)行分析，具 有可視性、可達(dá)性、可操作性、安全性及舒適性。3、數(shù)字化工廠中三維裝配仿真技術(shù)的應(yīng)用利用三維裝配仿真技術(shù)可以在數(shù)字條件下建立廠房、地面、起吊設(shè)備等三 維制造資源模型，將已經(jīng)建立的各裝配工藝模型和裝配型架、工作平臺、夾具等 制造資源三維模型放入

6、廠房中，按照確定的裝配流程進(jìn)行全面的工藝布局設(shè)計。 通過仿真使車間布局更加符合工藝布局可以設(shè)計最短運輸路線、生產(chǎn)力均衡、充 分利用空間和場地、方便運輸并且快速重組。4、可視化裝配中三維裝配仿真技術(shù)的應(yīng)用利用三維裝配仿真技術(shù)可以實現(xiàn)三維裝配這一功能，操作者能夠釆用終端 電腦或手持電腦讀取這些信息，使工人能夠準(zhǔn)確、迅速地查閱裝配過程中需要的 信息，在生產(chǎn)現(xiàn)場指導(dǎo)工人對飛機(jī)進(jìn)行裝配，幫助工人直觀了解裝配過程，實現(xiàn) 可視化裝配。三、飛機(jī)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線布局仿真布局仿真所用的設(shè)備模型制作與一般工程類的軟件制作的模型有所不同， 如自動鉆釧機(jī)，柔性工裝，電力控制室，移動小車等可直接依據(jù)其外形進(jìn)行對應(yīng) 的真實

7、模型構(gòu)建，前期快速建模與生產(chǎn)線布局效果如圖1所示。圖1后機(jī)身部分生產(chǎn)線工位飛機(jī)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線布局上所用的設(shè)備、工裝等模型不僅是對外形的建 模與模型處理，而且對輔助設(shè)備的停放空間及柔性工裝等復(fù)雜裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的構(gòu) 造同等重要，在保證生產(chǎn)線布局與工藝仿真等功能完整的情況下實施渲染最終完 整表達(dá)。1仿真技術(shù)軟件對比應(yīng)用于飛機(jī)裝配生產(chǎn)線仿真領(lǐng)域三維軟件較多，如軟件proe, catia, dalmia及一些三維實體效果的動畫軟件3dmax等，相比之下該類軟件在可視 化效果表達(dá)之中缺乏有相應(yīng)的靈活性。飛機(jī)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線眾多軟件在模型制 作及效果處理中，軟件maya作為前期生產(chǎn)線快速建模與布局仿真參考已

8、經(jīng)得到 了許多工程領(lǐng)域的應(yīng)用。maya在快速建模的過程中操作非常靈活，在材質(zhì)和燈 光處理方面也表現(xiàn)了強(qiáng)大的優(yōu)勢。從生產(chǎn)線各方面引用來看，maya的功能較齊 全口便利，在飛機(jī)裝配生產(chǎn)線前期方案布局仿真中深入的應(yīng)用，為前期生產(chǎn)線虛 擬規(guī)劃參考具有重要意義。2、制作流程分析飛機(jī)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線的設(shè)備、工裝等布局三維模型的構(gòu)建都需要參數(shù)化, 在生產(chǎn)線布局上所用設(shè)備、工裝等三維數(shù)字建模吋，通過大量的收集相關(guān)實景采 樣圖像和矢量圖片，運用形態(tài)學(xué)原理對生產(chǎn)線布局所用模型外形尺寸進(jìn)行形態(tài)分 析，推測和模擬。生產(chǎn)線所用模型在maya中制作流程如圖4所示。對飛機(jī)裝配 生產(chǎn)線上現(xiàn)有catia參數(shù)化的三維模型可以直接

9、轉(zhuǎn)換格式導(dǎo)入到maya軟件中進(jìn) 行虛擬仿真動態(tài)效果的制作。catia模型導(dǎo)入到maya軟件中轉(zhuǎn)換方法如圖2所 zj o圖2模型轉(zhuǎn)換格式及流程3、數(shù)字化生產(chǎn)線仿真動態(tài)演示仿真動態(tài)效果越來越廣泛的應(yīng)用和足夠的重視，使生產(chǎn)線虛擬運轉(zhuǎn)對前期 布局參考較重要。飛機(jī)裝配生產(chǎn)線的運行利用maya做仿真主要有以下幾種目的:3.1飛機(jī)裝配生產(chǎn)線的全局布局進(jìn)行三維立體全方位的展示，同吋可以做 3d效果；3.2模擬生產(chǎn)線上設(shè)備、工裝等運行過程；統(tǒng)計設(shè)備的生產(chǎn)能力，對設(shè)備 模型按照不同階段與工吋優(yōu)化選取隨吋進(jìn)行修改；3.3對整個裝配生產(chǎn)線上所用設(shè)備系統(tǒng)、廠房配置及人員的分布進(jìn)行真實 的畫面展示；3.4對生產(chǎn)線上產(chǎn)品與

10、設(shè)備的整體布局在仿真運行吋干涉和各種突發(fā)問 題及時可視化解決。maya動畫仿真模塊，如離子碰撞，炸彈爆炸，物理化學(xué)現(xiàn) 象分析等，對于生產(chǎn)線的仿真動畫可以采用簡單的序列幀制作，具體制作流程如 圖3所示。圖3仿真動畫輸岀流程圖飛機(jī)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線仿真動畫和一般的展示動畫有所不同，展示動畫就 是對生產(chǎn)線的全局進(jìn)行動畫演示，外形的準(zhǔn)確把握，畫面的調(diào)整及展示的角度相 對比較重要，生產(chǎn)線裝配動畫包括設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)、某個工位加工、裝配過程與關(guān) 鍵技術(shù)原理等都需表達(dá)，部分工位調(diào)整局部細(xì)節(jié)展示。結(jié)束語通過數(shù)字化技術(shù)在飛機(jī)裝配工藝設(shè)計體系中的應(yīng)用，得以飛機(jī)制造企業(yè)三 維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計及仿真的質(zhì)量和效率目前國內(nèi)飛

11、機(jī)裝配生產(chǎn)線的研究 起步較晚但進(jìn)展比較迅速，因而將生產(chǎn)線的布局提前表達(dá)作為后期方案規(guī)劃參考 非常重要。參考文獻(xiàn)：范玉清，梅中義，陶劍大型飛機(jī)數(shù)字化制造工程m北京航空工業(yè)出版社， 2011.畢利文，唐曉東,楊紅宇飛機(jī)數(shù)字化裝配工藝仿真技術(shù)卩航空制造技術(shù),2008, 20： 48-50.3皮興忠裝配線平衡和仿真技術(shù)的研究與應(yīng)用d上海交通大學(xué)，2002. 董梁，高文婷maya完全學(xué)習(xí)手冊m.北京：清華大學(xué)出版社，2005.低砂漿的力學(xué)性能。3 不同溫度的石英砂對干粉砂漿保水性的影響水泥、粉煤灰、砂、水和保水性材料戈麥斯用量保持不變，室內(nèi)溫度基本 維持在20°c不變，改變砂的溫度，研究不同溫

12、度的砂對干粉砂漿保水性的影響。 試驗中，保水性材料采用的拌合方式為，戈麥斯先摻入到20%的水泥質(zhì)量中攪拌 均勻，再整體攪拌混合料。隨著砂溫度的升高，砂漿的保水性升高，當(dāng)摻入砂的溫度達(dá)到40 °c nt, 保水性達(dá)到最大值，隨著溫度的升高，保水性隨之下降。砂漿的流動度與保水性 情況一樣。這是因為隨著溫度的升高，保水性材料的活性較高，對砂漿的保水性 和流動度都有提高。隨著溫度的進(jìn)一步提高，水份的蒸發(fā)效應(yīng)越來越厲害，保水 性與流動度隨之降低。4 不同量的減水劑對干粉砂漿保水性的影響水泥、粉煤灰、砂、水的用量保持不變，減水劑為聚竣酸鹽，改變減水劑 的摻量，研究不同摻量的減水劑對干粉砂漿保水性

13、的影響。隨著聚竣酸鹽摻量的增加，干粉砂漿的保水性越來越高，當(dāng)聚竣酸鹽摻量 達(dá)到0.396g時，砂漿的保水性達(dá)到最大值，隨后，隨之摻量的繼續(xù)增加，保水 性降低。這說明，減水劑摻量不宜過大，否則會對砂漿的保水性產(chǎn)生不利影響。 砂漿的流動度隨之減水劑摻量的不斷增加，流動度不斷增人，最后增加到一個最 大平衡值，基本維持不變，再增加減水劑用量，流動度基本不變。六、結(jié)束語通過對柔性粘結(jié)砂漿的性能影響因素的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，其性能 影響因素是多方面的，有關(guān)人員應(yīng)該從柔性粘結(jié)砂漿應(yīng)用的客觀環(huán)境出發(fā)，在充 分融合其影響因素的基礎(chǔ)上，研究制定最為科學(xué)合理的柔性粘結(jié)砂漿運用方案。參考文獻(xiàn)：劉文斌，張雄無機(jī)礦物

14、摻合料在粘結(jié)砂漿中的應(yīng)用研究j.新型建筑材料.2011(02)： 151-153.陳明鳳，王春陽，彭家慧，謝厚禮柔性粘結(jié)砂漿的性能影響因素分析j新型 建筑材料.2010 (05)： 114-115.3陳集陽，施恩斌，劉軍，王惠明.gs聚苯板外保溫系統(tǒng)聚合物砂漿的研制與應(yīng) 用卩.化學(xué)建材.2010 (06)： 145-150.錯縫和縱向錯縫出現(xiàn)的概率。效果驗證：2014年4月20 h,本小組成員協(xié)同甲方、監(jiān)理對西區(qū)一層采用從中 間向兩邊法鋪貼的大理石板塊進(jìn)行檢查驗收，發(fā)現(xiàn)扇面整體錯縫發(fā)生率趨近于零, 從而保證了大理石板塊鋪貼的觀感質(zhì)量。實施三：現(xiàn)場培訓(xùn)、數(shù)據(jù)交底、分類下料1、邀請臨沐大通石材廠相

15、關(guān)下料專業(yè)技術(shù)人員來工地予以技術(shù)指導(dǎo)，對大理石 板材切割下料時具體操作的方式、方法及重點、難點進(jìn)行培訓(xùn)講解，確保施工現(xiàn) 場下料人員能夠按照正確的操作方法熟練地進(jìn)行切割施工。2、下料前，采用計算機(jī)cad畫圖排版，由小組成員對下料人員進(jìn)行具體數(shù)據(jù)交 底，并檢查模具的尺寸是否標(biāo)準(zhǔn)。3、要求原材分類下料，相同尺寸的板材整齊疊放在一起，以便于檢查、校對。效果驗證：通過對原材加工人員的培訓(xùn)學(xué)習(xí)和現(xiàn)場配合，在2014年4月21日加工棚內(nèi)對現(xiàn)場加工的成品進(jìn)行逐個檢查，并未發(fā)現(xiàn)誤差的板塊, 從而可以確定此對策的實施提高了板材尺寸的標(biāo)準(zhǔn)度，保證了大理石板塊鋪貼的 施工質(zhì)量。鋪貼方法：采用放射形等腰梯形板塊鋪貼，最

16、內(nèi)側(cè)板邊尺寸600mm,然后向外 逐塊放射加大，至最外側(cè)板邊為672mm,同一-板塊上底寬與下底寬相差4mm, 里外采用200mm寬黑色鑲邊。實施四：分類標(biāo)記與試排檢查1、不同尺寸規(guī)格的成品板塊按預(yù)定編號次序分類擺放，編號人員依次進(jìn)行編號 標(biāo)記，按照編號的次序成批運至施工地點。2、運至施工地點試排后，經(jīng)質(zhì)檢人員監(jiān)督檢查驗收合格后再進(jìn)行正式作業(yè)。效果驗證：在2014年4月22日，由小組成員對西區(qū)一層現(xiàn)場按照對策實 施的方法進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)板塊分類堆放整齊，編號尺寸與交底尺寸相一致，原材 編號的準(zhǔn)確度及效率有了很大的提高。七、效果檢查各項對策實施后，2014年04月24日小組成員對西區(qū)一層室外走廊大

17、理石板材 地面的觀感質(zhì)量進(jìn)行檢查，共檢查350個點，合格點為336個，合格率為96%, 小組活動目標(biāo)實現(xiàn)。效益分析：1、經(jīng)濟(jì)效益通過本次小組研究，不僅提高了扇面大理石板塊地面的觀感質(zhì)量，也避免 了因觀感質(zhì)量差造成返工找補(bǔ)浪費的費用。據(jù)測算，措施實施后施工的西區(qū)一層 和實施前的東區(qū)一層相比，共節(jié)省人工6個×200元/個二1200元，材料費300 m2 ×52元/m2=15600元，東西南北區(qū)5個區(qū)域開展研究活動以后施工 總效益為：人工1200×5=6000元，材料費15600×5=78000元。施工 總工期也比原計劃提前2