侯晓航
哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150066
摘要：飞机装配是涉及大量的零部件、工装和操作以及合理地规划装配工艺的过程，其对于提高装配效率、保证产品质量有着重要的意义。近年来，伴随新工艺、新材料和信息技术的快速发展，我国飞机数字化研制技术研究与应用水平也在相应的不断提高。在产品设计阶段，三维数字样机所发挥的作用也越来越大。
关键词：飞机装配工艺仿真；可视化技术；
前言：进行装配过程仿真需要构建一个新的仿真环境，对软、硬件的性能要求将会很高；如果给装配车间或每个工作地都构建装配过程仿真软件，这势必给企业造成沉重的负担，在目前情况下甚至不可能实现。
一、总体设计
可视化系统中仿真系统模块主要是对装配过程进行仿真，包括对零件、工艺装备、器件及设备进行仿真，在装配过程仿真中充分考虑到装配过程中的各种因素。仿真系统主要功能如下。1）提供人机交互式装配场景建立方法，基本操作大致有：平移、旋转、交换、插入、删除、对齐、干涉检验、消除干涉等。通过以上手段可以建立装配场景模型。2）零件与部件运动驱动，驱动零件与部件按照预定的装配路径以及装配顺序动态模拟装配过程。3）工程分析，即分析装配路径的可行性，干涉碰撞检查，工具可达性，装配空间可操作性，装配效率等。进行装配过程仿真需要构建一个新的仿真环境，对软、硬件的性能要求将会很高。并且，装配车间工作地开展并不需要“完全”的装配过程仿真，更多的需要装配过程仿真示意和仿真结果及结构复杂的装配关系模拟，即将仿真结果转换为可视化形式，再在相应的装配车间的工作地发布，即能满足装配车间的实际需求。因此，可视化系统将仿真结果转换为易于在网络上发布的形式，通过内部网络在装配车间工作地发布。面向不同的技术技能人员，可视化系统起到不同的应用作用。
二、飞机装配工艺仿真与可视化技术
1.装配工艺模型。飞机的装配工艺复杂繁琐，目前国内的飞机研制企业也广泛应用三维数字化体系。三维装配工艺是以典型的装配技术为基础，进一步借鉴和拓展，实现三维装配工艺的快速设计。装配工艺信息模型是以产品模型为基础，具有代表性的装配工艺信息模型有几何模型、装配特征模型、约束模型及集成模型。（1）几何模型着重研究的是实体的点、线、面、体素等，其出发点主要是面对计算机辅助设计（CAD）。几何模型的技术已经比较成熟，可以清晰准确的表达几何体的关系，但是对于装配工艺，加工信息及精度信息等非几何信息的表达还有不足。（2）装配特征模型以几何模型为基础，增加了工程语义信息，能够很好地表达非几何信息的关系，可用于装配工艺规划系统的自动推理。（3）约束模型是几何模型和装配特征模型的结合，包含关系模型和层次模型，关系模型能够准确地描述零部件之间的相互关系，缺点是不符合人类的设计构思习惯，当产品零件过多时，给装配工艺规划带来很大不便。层次模型能够很好地体现出设计思路降低装配的复杂性，但是各零部件间的装配关系描述不够直观。（5）集成模型结合以上三种模型的方法，以满足不同设计研发阶段的应用需求。
2. 装配工艺信息的本体构建。目前在飞机装配领域，关于本体已经有了一些研究，但是这些研究都相对集中在装配工艺规划和设计上，关注于装配工艺设计的过程以及各种因素对装配工艺的影响，而并没有涉及到具体的装配工艺信息，在飞机装配工艺设计中，工艺人员的经验和语言习惯与现场工人的理解共同决定了工艺信息传递的有效性。
虽然装配工艺存在国家或行业标准，但工艺信息的描述依然存在着很大的自由度，对于同一个装配对象的工艺设计结果存在着多种表达方式。此外，在飞机装配仿真中，由于仿真人员的经历经验不同以及对装配工艺理解的差异，使得对同一装配工艺产生多个不同的装配仿真过程，从而增加了对装配工艺准确性验证的难度。因此，以三维装配工艺信息的集成框架为基础，探讨工艺设计中装配对象、装配资源以及装配过程的规范化表达方法，对保证信息传递的准确性具有重要意义。为解决上述问题，采用本体论的方法对装配工艺信息实施概念性描述。而本体作为知识的一种良好载体，能从语义上对领域知识进行更好的描述，从而为装配工艺元素提供一个确切的定义，并且通过研究可以发现本体具有良好的概念层次结构以及对逻辑推理的有效支持，能够有效地存储和表现元素间的复杂关系。同时，本体还是知识形式化描述的基础，所以，在本体的基础上，能够更好的实现对装配工艺元素的共享和重用。
3.装配工艺操作与仿真。三维装配工艺仿真是在可视化环境下，在三维模型的基础上，对装配路径、装配顺序、装配干涉等相关装配工艺进行装配分析，通过三维模型的连续运动，提前发现装配过程中可能出现的错误跟不足。（1）装配过程的细化和定义是工艺设计的主要任务，该过程主要依靠现场作业单元分层管理。通常飞机的现场装配分为“工位-站位-AO-工序”。用OP表示装配过程中的作业集合，OP（i，j）表示第i层作业中的第j个作业子集。下面将装配作业定义为以下三中类型：a、装配操作：当i=n-1时，称OP中的作业为装配操作。b、装配动作：当i=n时，称OP中表示的作业为装配动作。c、装配任务：当i＜n-1时，称OP中表示的作业为装配任务。（2）飞机装配操作的分类是以类别划分，建立本体概念集合，（3）装配仿真是利用计算机对整个产品的设计装配过程进行模拟分析的一项技术，是将语义层面的操作转换成几何层面的装配动作。
4.装配指令与仿真系统。装配指导信息的主要载体是装配指令，装配指令是工艺设计的体现，也是现场工人操作的依据。下面通过典型装配工艺的探索，（1）三维工艺设计环境生成的装配指令内容复杂，包含指令层次、指令语句、及可视化文件等信息。在装配现场，指令主要以任务单元向指定工位传递，将装配任务作为装配信息指令的基本单元，则将装配任务表示为装配操作对应的结构化装配工艺语序；P(AA)-装配任务中装配动作对应的可视化工艺文件序列装配任务中操作与动作的关联矩阵。（2）飞机装配指令快速规划与仿真系统，是针对企业组织结构与装配工艺规划特点开发的。需要实现的目标有：a.提高装配指令的重用性与效率。b.通过三维模型实现设计的智能化。c.集成工艺规划与仿真过程，提高工艺方案的优化能力。d.利用工艺规划和仿真过程输出可视化三维工艺文件。e.通过工艺规划与仿真，提高工艺的应变能力，达到飞机设计的要求。（3）以飞机中翼壁板装配，进入系统后，将待装配中央机翼壁板三维模型导入，调整三维模型的布置与可见性，以便后续的装配和仿真。
结束语：装配工艺设计是飞机数字化颜值体系的重中之重，三维工艺设计是将产品与资源引入到三维环境中，通过作业仿真来进行装配工艺的规划。三维装配工艺在装配生产应用中优势很大，不仅有利于对产品设计的构思，而且体现的设计信息非常丰富。本文介绍了典型的产品模型以及装配工艺操作的定义与仿真系统。随着社会的发展需要，这一领域有待于我们更深入的研究探索。
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