姜繼春+姜海英+梁嵬+仲民

摘 要：傳統(tǒng)的車輛裝配采用二維設(shè)計方式，產(chǎn)生的許多問題在設(shè)計階段都無法得到驗證，導致制造周期較長和成本浪費。應用基于DELMIA的數(shù)字化裝配工藝仿真技術(shù)，進行對某型裝甲車綜合傳動裝置的三維裝配過程仿真，這樣在工藝準備階段就可以及時發(fā)現(xiàn)裝配工藝中存在的各種空間性、結(jié)構(gòu)性等問題，并對裝配模型結(jié)構(gòu)、裝配路徑、裝配順序等進行修改與優(yōu)化，有效地縮短了整車的研制周期及成本。

關(guān)鍵詞：綜合傳動裝置；DELMIA；虛擬裝配；工藝仿真；優(yōu)化

引言

在現(xiàn)代制造過程中，虛擬裝配技術(shù)作為重要的環(huán)節(jié)，發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。而綜合傳動裝置作為裝甲車必不可少的重要組成部分，凝集轉(zhuǎn)向、變速、傳動動力、制動等多項功能于一體，其零部件數(shù)目必繁多，結(jié)構(gòu)也必然復雜緊湊、導致其裝配工藝復雜化。傳統(tǒng)的裝配工藝思想是以工人的經(jīng)驗為主，依靠二維圖紙將所有已經(jīng)加工完成的零件進行裝配，通常需要反復修改，嘗試，因此導致整個制造周期變長且成本增加，產(chǎn)品的市場競爭力下降[2]。本文以DELMIA軟件為依托，采用虛擬裝配技術(shù)就可在工藝準備階段及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品裝配順序設(shè)計是否正確合理，保證在實際裝配最后環(huán)節(jié)不會發(fā)生干涉，并且可以優(yōu)化工藝，從而減少了研制的周期和成本。

1 DELMIA軟件簡介

DELMIA軟件是法國達索公司推出的一款極具商業(yè)化數(shù)字企業(yè)精益制造交互式應用（Digital Enterprise Lean Manufacturing Interaction Application）軟件，它有一個DPM（Digital Process for Manufacturing）模塊，其中又包含眾多DPM功能模塊，DPM-Assembly Process Simulation模塊就是針對數(shù)字化制造工藝仿真的，不僅能實現(xiàn)3D工藝規(guī)劃，可以對產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)劃和裝配過程實現(xiàn)三維模擬仿真并驗證[3]?？梢栽趯嶋H投入生產(chǎn)前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計及其工藝中不合理因素，然后通過驗證分析和改進，提高產(chǎn)品的可裝配工藝的合理性。

本文借助DELMIA軟件平臺，研究某型裝甲車綜合傳動裝置的虛擬裝配，并在此虛擬裝配環(huán)境中完成其綜合傳動裝置的虛擬裝配過程仿真，主要包括其虛擬裝配路徑規(guī)劃和裝配序列規(guī)劃，然后從發(fā)生的干涉和耗費的工時角度對其工藝方法調(diào)整與優(yōu)化。

2 工件裝配模型數(shù)據(jù)預處理

裝配模型是裝配工藝設(shè)計的前提基礎(chǔ)，裝配模型的好壞將直接影響裝配工藝設(shè)計的描述。在進行數(shù)字化裝配的實際工作中，用CATIA建立好的某型裝甲車的綜合傳動裝置由于包含的模型信息繁多導致模型的內(nèi)存非常大，在導入DELMIA軟件中花費的時間較長，從而影響了裝配周期。目前來說，CAD、CAE、CAPP、CAM基本上都是相互獨立地開展工作的。由于在產(chǎn)品生命周期的各階段比如產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品分析、產(chǎn)品的工藝規(guī)劃、產(chǎn)品制造等，對產(chǎn)品模型的要求不同，因此導致三維產(chǎn)品模型包含的信息繁多，占用的內(nèi)存大，各部門之間數(shù)據(jù)傳輸時間長、效率低等問題。本文采取輕量化裝配模型應用于裝配操作，采用的是3DXML格式的輕量化模型，它能夠滿足裝配（裝配路徑規(guī)劃、裝配順序規(guī)劃、裝配過程碰撞檢測、干涉分析等）的所有功能要求。某的綜合傳動裝置主要部件模型輕量化前后文件大小對比如表1所示。

通過比較某型裝甲車綜合傳動裝置主要部件的原三維模型文件和輕量化處理后，可以明顯地看出經(jīng)過輕量化處理后的文大概是原文件的1/15-1/45倍，在CATIA中打開輕量化模型的時間是打開原文件時間的10倍左右，從而就可以清晰地看出輕量化模型文件在裝配中的巨大優(yōu)勢。

3 應用實例分析

3.1 某型裝甲車綜合傳動裝置裝配過程仿真流程

某型裝甲車綜合傳動裝置的裝配主要包括箱體的安裝、變速機構(gòu)的安裝以及轉(zhuǎn)向機構(gòu)的安裝等。應用CATIA/DELMIA軟件進行某型裝甲車綜合傳動裝置裝配過程仿真的大致流程是先用AEC工廠中Plant Layout模塊創(chuàng)建車間中的資源，比如地面、工作臺等，并根據(jù)實際情況確定裝配時所需的相對位置關(guān)系。其次是根據(jù)某傳動裝置的結(jié)構(gòu)，合理劃分裝配單元、定義裝配路徑、確定裝配順序。依據(jù)其裝配工藝規(guī)程生成Activity，可以動態(tài)地顯示出其裝配路徑等。及時發(fā)現(xiàn)裝配過程中各個元素之間出現(xiàn)的干涉和碰撞情況，然后根據(jù)查找的干涉原因，對其進行驗證并優(yōu)化。同時用人機工程學設(shè)計與分析模塊，使工人完成某個裝配時的操作行為及行走路線等，對一些典型裝配行為姿態(tài)進行模擬和分析，并準確地評估人機性能[4]。

具體流程如圖1所示。

3.2 裝配仿真過程的實施

3.2.1 導入產(chǎn)品和資源

在Assembly Process Simulation模塊中，點擊Insert Product導入前面的經(jīng)過數(shù)據(jù)處理的產(chǎn)品數(shù)模，以某型裝甲車綜合傳動裝置的變速機構(gòu)為例導入，點擊Insert Resource導入已經(jīng)建立完成的所需資源，如地面、工具等。

3.2.2 工藝過程仿真

首先通過File/New，創(chuàng)建Process Library文件，需要定義各部分裝配工序名稱及從屬關(guān)系，然后通過Insert Activity Library將定義好的工序?qū)隤PR結(jié)構(gòu)樹中的Process List中，按照先前劃分好的裝配單元和裝配順序，定義裝配路徑建立Activity，可以通過PERT圖對其進行排列順序即產(chǎn)品的裝配順序，各個動作將按排列的順序進行動態(tài)模擬。某型裝甲車綜合傳動裝置裝配順序PERT圖如圖2。綜合傳動裝置中各部分機構(gòu)裝配動作由一系列Move Activity組成，點擊Activity圖標上的“+”即可看到清晰詳細地裝配順序。根據(jù)“可拆即可裝”思想，其裝配路徑圖如圖3。

3.2.3干涉與優(yōu)化分析

通過選擇DELMIA中自動干涉檢查功能模塊，對其綜合傳動裝置的主要部件元素之間進行干涉檢查。如若發(fā)現(xiàn)零、部件元素之間，及與工具之間存在干涉時，會亮色線提示并顯示出干涉域和干涉量，如圖4a。查找原因后發(fā)現(xiàn)，在先前拆卸時傳動齒輪從動輪先于變矩器被拆，故在裝配時發(fā)生干涉。經(jīng)過正確調(diào)整裝配順序，得到正確的裝配仿真過程。

經(jīng)過反復驗證與優(yōu)化，調(diào)整PERT圖中Activity順序關(guān)系，調(diào)整后的GANT圖比之前縮短了13s。

3.2.4 人機工程分析

通過DELMIA平臺中的人機作業(yè)仿真和行為分析模塊，進行可視性、可達性、可操做性及裝配作業(yè)姿態(tài)分析等[5，6]。由于該綜合傳動裝置的結(jié)構(gòu)復雜、空間狹小，可操作空間有限，故在做裝配仿真時，主要模擬了左右側(cè)板、箱體安裝，及排流閥的連接等幾個關(guān)鍵部件的工人作業(yè)仿真，結(jié)果證明所模擬的零部件均可進行操作。

4 結(jié)束語

虛擬裝配仿真技術(shù)已經(jīng)在數(shù)字化制造領(lǐng)域擔當著越來越重要作用，本文通過基于DELMIA的虛擬裝配技術(shù)，對某裝甲車綜合傳動裝置進行了仿真與分析，使完整的裝配過程變得可視化，達到了預期的效果，有效地縮短了其綜合傳動裝置的研制周期，在投入實際生產(chǎn)前，及早的發(fā)現(xiàn)了可能會出現(xiàn)的問題。通過基于DELMIA的產(chǎn)品實例裝配仿真，推動了實現(xiàn)裝甲車數(shù)字化裝配的步伐。

參考文獻

[1]肖天元.虛擬制造[M].北京：清華大學出版社，2004.

[2]王濤，李宏才，閆清東.車輛綜合傳動裝置虛擬裝配研究[J].車輛與動力技術(shù)，2009（4）：16-19.

[3]沈洪權(quán)，胡瓏耀.基于DELMIA的某飛機發(fā)動機裝配仿真[J].航空制造技術(shù)，2014：167-170.

[4]王巍，王建芳.某輕型飛機的虛擬裝配技術(shù)及DELMIIA人機工程的二次開發(fā)研究[D].沈陽：沈陽航空工業(yè)學院，2010.

[5]徐靚，李麗娟.飛機大部件數(shù)字化對接虛擬裝配技術(shù)研究[D].長春：長春理工大學，2014.

[6]盛選禹，盛選軍，等.DELMIA人機工程模擬教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：姜海英（1991-），女，漢族，河南省商丘市，碩士研究生，主要從事數(shù)字化裝配技術(shù)研究。