王林林，付曉強

（1.西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航空維修工程學(xué)院，陜西 西安 710089；2.西安飛豹科技發(fā)展公司 質(zhì)量保證部，陜西 西安 710089）

飛機由于其零件及連接件數(shù)量多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，質(zhì)量要求高，而且在整個過程中飛機裝配的勞動量和周期都是比較大的，周期也很長，飛機裝配的勞動量約占整個制造飛機總勞動量的（45~60）%[1]，作為大型的復(fù)雜的運載設(shè)備，飛機更是綜合運用了眾多領(lǐng)域的先進技術(shù)，如新材料技術(shù)、先進的推進技術(shù)、通信技術(shù)、自動檢測技術(shù)及電子對抗技術(shù)等。新技術(shù)的應(yīng)用使得飛機的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)含量也日益增加，技術(shù)保障涉及的門類也日益廣泛，因此飛機裝配技術(shù)為延長飛機的使用壽命起著重要作用。在經(jīng)濟全球化、社會現(xiàn)代化的今天，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與傳統(tǒng)的裝配技術(shù)相融合是未來科技發(fā)展的必然趨勢。虛擬裝配式虛擬制造的核心技術(shù)之一[2]。傳統(tǒng)裝配技術(shù)一般在現(xiàn)場裝配過程中或者生產(chǎn)出成品才發(fā)現(xiàn)其中的問題，虛擬裝配能夠大幅度提高產(chǎn)品的質(zhì)量和開發(fā)的速度，減少了資金浪費。

在生產(chǎn)中飛機裝配是指按一定要求，將零件、部件組合成總體飛機的過程。零件是指構(gòu)成產(chǎn)品的最小單元。而飛機部件是由若干零件組成的飛機的某一的部分。而將飛機零件裝配成飛機部件的過程稱為飛機部件裝配，簡稱飛機的部裝。將飛機零件和飛機部件裝配成整機的過程稱為飛機的總裝配，簡稱飛機的總裝。

1 Virtools介紹

Virtools是一種虛擬現(xiàn)實軟件，是法國達索公司（Dassault System）開發(fā)的一個強大的實時可視化的三維引擎平臺。是一套具備多種互動行為模塊的編輯軟件，而且它能將3D模型、2D圖形和音像等相結(jié)合，制作出符合不同客戶需求的三維虛擬產(chǎn)品[3]。它的構(gòu)建及其靈活，適用于不同類型的人群，對于普通的開發(fā)者也可以通過鼠標拖放腳本等方式，可以制作出高品質(zhì)效果的作品。而對于高端的開發(fā)者，也可以利用Virtools軟件中的 VSL（Virtools Scripting Language）和 SDK（Software Development Kit）創(chuàng)建自身需要的交換行為腳本和應(yīng)用程序。它支持多種文件格式3dsmax、Maya等[4]，還可以直接導(dǎo)入導(dǎo)出具有達索系統(tǒng)標準的工業(yè)文件格式3D XML，使3D作品的制作更加方便，所以從其問世以來，收到廣大虛擬愛好者的青睞，其應(yīng)用領(lǐng)域也擴展到教學(xué)訓(xùn)練、裝配仿真、產(chǎn)品展示等多個方面。片等，也包含臨時創(chuàng)建的曲線、場景標識、對象的參數(shù)、屬性等。所有這些對象都對應(yīng)一個基類，即行為對象（Behavioral object），這些對象都是這個基類派生出來的[5]。Virtools中類的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Virtools中類的結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Diagram of class structure in virtools

2 總體裝配工序步驟

1）建立模型：利用CATIA軟件建立模型，飛機模型本文采用CATIA飛機裝配體模型，其他如軌道、圓盤等是重新在CATIA中建立的，最終將所有模型導(dǎo)入Virtools創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中[6]。

2）產(chǎn)品交互預(yù)裝配：導(dǎo)入工件模型，定義工件的裝配約束關(guān)系

3）工序信息提取：提取裝配工序模型的基本信息，例如部件名稱、結(jié)構(gòu)層次、裝配順序等。

4）飛機裝配的仿真：在Virtools軟件中，建立飛機裝配的虛擬環(huán)境，然后通過直觀展示飛機裝配過程中零部件的運動狀態(tài)和空間位置關(guān)系，實現(xiàn)運動過程中的干涉檢查和提示。接著運用檢查結(jié)果優(yōu)化飛機裝配工藝，對裝配順序、裝配路徑等并進行修改。

3 飛機裝配線的組織

1）飛機生產(chǎn)的裝配車間的作業(yè)方式一般為流水線作業(yè)，這種作業(yè)方式具有以下特點：

2）裝配流水線上每個工位只完成一種工作，專業(yè)性程度高。

3）流水線具有節(jié)奏性，能嚴格按著節(jié)拍生產(chǎn)。

4）裝配流水線中各個工位完成生產(chǎn)所需時間大體相同，而起生產(chǎn)能力成比例而且平衡。如果設(shè)裝配流水線各工位設(shè)備數(shù)目分別為 k1，k2，…，km，工位完成的時間設(shè)為 t1，t2，…，tm，則流水線節(jié)拍τ滿足公式（1），就可以使生產(chǎn)線保持平衡。

5）運用這種流水線作業(yè)方式，當(dāng)飛機批量生產(chǎn)時，其連續(xù)性會更加突出。

以某型號飛機裝配線為例，將整個飛機生產(chǎn)過程分為6個工位，6個工位處放入6個圓盤，6個圓盤將軌道6等分，6個圓盤同時沿著軌道進行運動進入下一個工位，其具體工作過程如圖2所示[7]。

圖2 劃分工位Fig.2 Division station

裝配流水線節(jié)拍τ的公式為式（2）所示。

式中，N表示年計劃產(chǎn)量，β表示裝配流水線生產(chǎn)力的儲備系數(shù)，f表示每個月計劃的工作日，α表示裝配工人出勤率，g表示每天工作的班數(shù)，γ表示時間的利用率，m表示工作時間的理論值，通常單位為s。

4 Virtools環(huán)境下裝配流水線實現(xiàn)

我們以某型號飛機為例，介紹下Virtools環(huán)境下飛機裝配流水線的實現(xiàn)，其主要分為兩個部分，裝配流水線運動的實現(xiàn)和各個工位上工作的完成。

裝配流水線運動的實現(xiàn)主要是完成利用6個圓盤對軌道進行6等分，按著裝順序?qū)崿F(xiàn)工位間的運動，每個工位運動一次就到了下一工位，而且在每個工位的停留時間是相同的，即每個工位工作的時間是相同的[8]。下面以其中的一個圓盤為例，實現(xiàn)圓盤的運動腳本流程如圖3所示。

為了方便，每個工位的工作時間設(shè)為3 s，每個圓盤進入下一個工位的時間也設(shè)置為3 s，將軌道6等分是按著圓周的等分原理，其參數(shù)設(shè)置如圖4所示。

在完成第一部分的基礎(chǔ)上實現(xiàn)每個工位上工作的完成，本文中工位1是實現(xiàn)發(fā)動機、起落架的裝配。工位2是實現(xiàn)飛機平尾的裝配，工位3是實現(xiàn)飛機垂尾的裝配，工位4是現(xiàn)實上下發(fā)動機罩的裝配，工位5是現(xiàn)實左右機翼的裝配，工位6實現(xiàn)機艙門的裝配，工位6完成后飛機的總裝完成，然后飛機直接進入廠房。本文只是一個仿真的裝配主要是一個仿真作用，并沒用做到碰撞檢測，做好的飛機裝配的效果圖如圖5所示。

通常在當(dāng)生產(chǎn)的批量不大時，也可以用間歇式裝配流水線。

5 結(jié)束語

飛機裝配仿真技術(shù)不僅是現(xiàn)代飛機裝配技術(shù)的重要組成部分，而且也是對飛機裝配人員一項重要的培訓(xùn)內(nèi)容。筆者通過運用仿真技術(shù)對某型號飛機進行虛擬裝配線仿真，實現(xiàn)飛機裝配生產(chǎn)線動態(tài)仿真、實踐節(jié)拍計算，提供方案的手段，驗證了飛機設(shè)計方案的合理性。結(jié)果表明：虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠很好地應(yīng)用在飛機裝配仿真中，是對裝配仿真的一種新的拓展。

圖3 實現(xiàn)圓盤運動流程Fig.3 Implement the disc movement process

圖4 軌道等分參數(shù)設(shè)置Fig.4 Rail uniform parameter setting

圖5 飛機裝配流水線圖Fig.5 Diagram of the aircraft assembly line

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