魏莉

摘 要： 飛機(jī)的三維裝配工藝是將飛機(jī)的各個(gè)部件的三維模型引入到可視化的環(huán)境中進(jìn)行裝配，并通過作業(yè)仿真來(lái)輔助生成生產(chǎn)作業(yè)指令，該方法不僅準(zhǔn)確直觀，而且能夠很好地啟發(fā)設(shè)計(jì)思路，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。本文主要研究了飛機(jī)三維建模工藝，設(shè)計(jì)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(guān)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(jī)的裝配工藝復(fù)雜繁瑣，目前國(guó)內(nèi)的飛機(jī)研制企業(yè)也廣泛應(yīng)用三維數(shù)字化體系。三維裝配工藝是以典型的裝配技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步借鑒和拓展，實(shí)現(xiàn)三維裝配工藝的快速設(shè)計(jì)。裝配工藝信息模型是以產(chǎn)品模型為基礎(chǔ)，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(shí)體的點(diǎn)、線、面、體素等，其出發(fā)點(diǎn)主要是面對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）。幾何模型的技術(shù)已經(jīng)比較成熟準(zhǔn)，可以準(zhǔn)確的表達(dá)幾何體的關(guān)系，但是對(duì)于裝配工藝，加工信息及精度信息等非幾何信息的表達(dá)還有不足。

（2）裝配特征模型? 以幾何模型為基礎(chǔ)，增加了工程語(yǔ)義信息，能夠很好地表達(dá)非幾何信息的關(guān)系，可用于裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)的自動(dòng)推理。

（3）約束模型? 是幾何模型和裝配特征模型的結(jié)合，包含關(guān)系模型和層次模型，關(guān)系模型能夠準(zhǔn)確地描述零部件之間的相互關(guān)系，缺點(diǎn)是不符合人類的設(shè)計(jì)構(gòu)思習(xí)慣，當(dāng)產(chǎn)品零件過多時(shí)，給裝配工藝規(guī)劃帶來(lái)很大不便。層次模型能夠很好地體現(xiàn)出設(shè)計(jì)思路降低裝配的復(fù)雜性，但是各零部件間的裝配關(guān)系描述不夠直觀。

（5）集成模型? 結(jié)合以上三種模型的方法，以滿足不同設(shè)計(jì)研發(fā)階段的應(yīng)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(huán)境下，在三維模型的基礎(chǔ)上，對(duì)裝配路徑、裝配順序、裝配干涉等相關(guān)裝配工藝進(jìn)行裝配分析，通過三維模型的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，提前發(fā)現(xiàn)裝配過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤跟不足。下圖為三維信息的構(gòu)成圖。

2.1 裝配工藝的操作與仿真：

（1）裝配過程的細(xì)化和定義是工藝設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，該過程主要依靠現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)單元分層管理。通常飛機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)裝配分為“工位-站位-AO-工序”。用OP表示裝配過程中的作業(yè)集合，OP（i，j）表示第i層作業(yè)中的第j個(gè)作業(yè)子集。下面將裝配作業(yè)定義為以下三中類型：

a、裝配操作：當(dāng)i=n-1時(shí)，稱OP中的作業(yè)為裝配操作。

b、裝配動(dòng)作：當(dāng)i=n時(shí)，稱OP中表示的作業(yè)為裝配動(dòng)作。

c、裝配任務(wù)：當(dāng)i

（2）飛機(jī)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(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)裝配過程進(jìn)行模擬分析的一項(xiàng)技術(shù)，是將語(yǔ)義層面的操作轉(zhuǎn)換成幾何層面的裝配動(dòng)作。

3.裝配指令與仿真系統(tǒng)

裝配指導(dǎo)信息的主要載體是裝配指令，裝配指令是工藝設(shè)計(jì)的體現(xiàn)，也是現(xiàn)場(chǎng)工人操作的依據(jù)。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(shè)計(jì)環(huán)境生成的裝配指令內(nèi)容復(fù)雜，包含指令層次、指令語(yǔ)句、及可視化文件等信息。在裝配現(xiàn)場(chǎng)，指令主要以任務(wù)單元向指定工位傳遞，將裝配任務(wù)作為裝配信息指令的基本單元，則將裝配任務(wù)表示為：

Order（AT）={O（AP），P（AA），ROP}

O（AP）-裝配操作對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)化裝配工藝語(yǔ)序;

P（AA）-裝配任務(wù)中裝配動(dòng)作對(duì)應(yīng)的可視化工藝文件序列;

ROP-裝配任務(wù)中操作與動(dòng)作的關(guān)聯(lián)矩陣，ROP≦APxAA。

（2）飛機(jī)裝配指令快速規(guī)劃與仿真系統(tǒng)（PAAOPSS），是針對(duì)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)與裝配工藝規(guī)劃特點(diǎn)開發(fā)的。需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)有：

a.提高裝配指令的重用性與效率。

b.通過三維模型實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的智能化。

c.集成工藝規(guī)劃與仿真過程，提高工藝方案的優(yōu)化能力。

d.利用工藝規(guī)劃和仿真過程輸出可視化三維工藝文件。

e.通過工藝規(guī)劃與仿真，提高工藝的應(yīng)變能力，達(dá)到飛機(jī)設(shè)計(jì)的要求。

（3）圖3.2為以飛機(jī)中翼壁板裝配，進(jìn)入系統(tǒng)后，將待裝配中央機(jī)翼壁板三維模型導(dǎo)入，調(diào)整三維模型的布置與可見性，以便后續(xù)的裝配和仿真。

結(jié)論

三維裝配工藝設(shè)計(jì)是飛機(jī)數(shù)字化顏值體系的重中之重，三維工藝設(shè)計(jì)是將產(chǎn)品與資源引入到三維環(huán)境中，通過作業(yè)仿真來(lái)進(jìn)行裝配工藝的規(guī)劃。三維裝配工藝在裝配生產(chǎn)應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)很大，不僅有利于對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的構(gòu)思，而且體現(xiàn)的設(shè)計(jì)信息非常豐富。本文介紹了典型的產(chǎn)品模型以及裝配工藝操作的定義與仿真系統(tǒng)。隨著社會(huì)的發(fā)展需要，這一領(lǐng)域有待于我們更深入的研究探索。

參考文獻(xiàn)

[1]何衛(wèi)平，莫蓉.計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1998.