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摘 要：探讨虚拟装配技术在航空制造领域的应用，尤其是在AG600型号上的实践，阐述DELMIA技术应用和作用。
关键词：虚拟装配；DELMIA；技术
一、虚拟装配（DELMIA）简介
虚拟装配技术已成为数字化制造技术在飞行器制造业中研究和应用的典范，针对复杂产品利用该技术可优化产品设计，避免或减少物理模型的制作，缩短开发周期，降低成本，从而实现产品的并行开发，提高装配质量和效率，改善产品的售后服务。此外还可以进行生产线设计、厂房布局和物流转运设计等，是航空航天制造领域的复杂产品设计及其装配工艺规划具有重要的意义，受到国内外的普遍关注。
虚拟装配以产品及其零部件的三维实体模型为基础，借助虚拟现实技术在计算机上仿真装配操作的全过程，进行装配操作及其相关特性的分析，实现产品的装配规划和评价，制定合理的装配方案。一般情况下，虚拟装配是指在计算机上所进行的零部件模型“装配”，零部件的装配是三维设计系统的一个重要功能，但是目前三维设计系统大多只能将零部件装配成为设备，而不能模拟零部件的装配过程，将装配技术与虚拟现实技术相结合可以形成零、部件的虚拟装配技术。虚拟装配技术以可视化展示设计产品的可装配性，同时还可以通过 对零部件进行改进以降低装配的复杂性，并且直观的检测出设计问题，以及工装适用性和人机可达性等等。虚拟装配技术作为虚拟制造的核心技术之一也越来越引人注目。虚拟装配的实现有助于对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计，有助于解决零部件从设计到生产所出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本以及优化产品性能等目的。
机械产品的配合性和可装配性设计人员不易掌握，往往出现错误不易发现，以往要到产品最后装配时或者真正实施操作时才能发现错误，导致零件的报废和影响飞机的装配制造周期，造成巨大经济损失和增加工作量。采用虚拟装配技术可以在设计阶段进行验证，确保设计的正确性，避免损失。虚拟装配强调在实际投入原材 料于产品实现过程之前，完成产品设计与装配过程的全面仿真、分析，以保证产品的可装配性。
二、虚拟装配技术（DELMIA）的应用及功能
具体来说，虚拟装配技术功能如下：
1.实物产品的数字化再现，即生成产品数字模型。厂房布局和站位流程设定，工装工具的数字模型，操作者或机器人的实际肢体展现，在实施虚拟装配设计的过程中，可以实施将已有成型装配方案转化为可视化模拟场景进行模拟，或者将在构建虚拟装配过程中逐步完善装配方案、物流转运方案或流水线＼生产线方案。以工艺规划为中心的虚拟装配。针对产品的装配工艺设计问题，基于产品信息模型和装配资源模型，借助计算机仿真技术进行产品的装配工艺设计，获得可行且较优的装配工艺方案。以工艺规划为中心的虚拟装配的主要研究内容是装配作业与过程规划，包括装配或拆卸顺序的规划、装配路径的规划、工艺路线的制定、操作空间的干涉验证、工艺卡片和文档的生成等内容。以工艺规划为中心的虚拟装配，具有高逼真度的操作仿真，在虚拟装配中实施对象、操作过程以及所用的工装工具，均与生产实际情况高度吻合，可以生动直观地反映产品装配的真实过程，为装配工艺的规划提供可靠的验证和优化手段。此外，以工艺规划为中心的虚拟装配系统可进一步用于装配培训和现场教学等。
2.干涉检测，是指组成产品、各个级别的装配体的零部件进行集合上的干涉检查，这里检查包含有零部件在装配体中的静态空间位置的相交性，也包含零部件在构成产品的装配过程中在空间上的集合干涉性，零、部件模型的仿真运动或工装与产品的模拟操作通过碰撞检测和动作的类型来实现，碰撞检测也用于装配路径的验证，其效率和可靠性影响真实现场的工艺方案是否具备可操作性以及预判装配问题的存在。另外虚拟原型是利用计算机建模和仿真系统在一定程度上對产品的外形、功能和性能进行模拟，以产生与真实飞机或物理样机近似制造装配环境来检验和评价产品特性。虚拟装配和虚拟原型技术的结合，可以有效地分析零件的设计公差及其加工与装配过程中的误差对产品装配性能的影响，为产品的精度分析、公差优化设计等提供可视化手段和清晰计算记录输出。
3.生成装配序列和路径，在产品建模和排除“冲突” 的过程中，生成优化的装配序列和路径，减少和优化实际生产中的装配周期，寻找最科学高效的装配流程。以制造系统规划为中心的虚拟装配针对顶层工艺设计对车间成产装配制造系统的规划，基于产品的模型、装配工艺和工装、站位、厂房等资源的模型，利用计算机仿真技术进行飞机装配制造系统的设计、仿真和分析，主要研究内容包括部装、总装、试飞或某一单独工艺过程装配系统建模、生产规模与生产周期分析、资源分配、装配车间布置、装配生产线平衡分析、自动化装配操作误差诊断与预测、装配单元装配操作控制及其仿真等，为装配方案的设计与调整、协同操作与控制提供支持。
4. 装配过程中的人因分析是更高层次的虚拟装配技术，通过虚拟现实技术，顶层工艺设计人员可以在产品开发阶段就对产品装配过程中涉及的人机因素（如装配所需时间、装配操作的舒适程度、安全性）进行分析。例如，采用虚拟现实技术对人工装配中操作者的装配力与装配姿态进行定量评估，并分析装配所需的最大装配力以及每个装配循环过程中的平均装配力，以避免工人的疲劳；利用人机工程学模型分析装配工位空间对人操作强度的影响，以设计出最优的装配工位。综合考虑人工各方面因素，根本上是提升效率和工艺规划能力的体现，经过锤炼可以慢慢向飞机制造装配流水线工艺设计发展。
三、虚拟装配技术（DELMIA）在华南公司发展前瞻
针对于通飞华南公司将DELMIA虚拟装配系统引入今后机型生产、预研，是及时且明智的，由手工装配过程仿真向生产线装配过程仿真发展是发展的必经之路。目前大多数虚拟装配系统的研究仅停留在仿真实际生产中的手工装配过程，而对于生产线的装配过程研究不够。生产线装配过程与手工装配过程之间往往存在着很大差异，因此由手工装配过程仿真过渡到生产线装配过程仿真也是虚拟装配的发展方向之一。对于国家十三五的产业调整的开局之年，面对国内航空制造产业的传统人工生产模式和已经逐步淘汰脉动式生产线向自动化流水线转型的世界航空制造业，今后的发展方向已经清晰明朗。虚拟装配技术的应用是一种崭新的使用的工具，如何学习、规划和使用改善我们现在的生产模式，进而创新未来的装配模式，是通飞华南公司技术工作者孜孜以求的。借助DELMIA虚拟装配软件先进的平台，好好掌握消化和利用，为今后装配工艺领域的跨越式发展奠定一个坚实的基础。
四、AG600型号介绍及关键技术分析
大型灭火/水上救援水陆两栖飞机AG600，是国务院立项批复的三个大型飞机项目之一，由中航工业通飞华南公司承担研制。主要技术指标最大起飞重量49000kg，翼展38.8 m、总长36.977m、总高12.835m。
对于华南公司AG600型号总装的关键技术包括：机身对接、中央翼对接、垂平尾连接等等，其中最为关键的中央翼与机身接头绞孔，中央翼连接接头与机身接头连接方式为插耳结构，需要装配后同时绞孔、镗孔，技术上保证是最为困难的。
五、虚拟装配技术在AG600型号上的应用范围分析
虚拟装配技术对于AG600型号上应用除了可以处理所有关于装配的工艺流程，还可以辐射到厂房布局、工装布局、物流规划、人机功能性检查、干涉检查、工装检测等等。在装配方面不论大部件对接、单独零组件装配一切装配场景均可以还原或者模拟，从而设计工艺方案或者检查工艺合理性。
六、对于虚拟装配技术未来在型号发展的展望
今后AG600型号将面临定型，并进入小批生产、批生产阶段，在工艺分里面划分与各生产供应商分工逐渐定型阶段，工艺规划部门将需要设计优化大部件、对接、系统装配、系统试验、批生产生产线规划等具体工作和工艺流程制定，DELMIA虚拟装配技术的应用将大量使用在工艺设计领域，对于后期的全机干涉检查、工装产品干涉检查、人机工程的逐步应用将覆盖AG600型号的工艺管控领域，广泛使用必将简化生产流程，提高生产效率，实现产业化变革。
参考文献
[1]《虚拟设计与虚拟现实概述》
[2]《Dassault Systemes DELMIA 数字化制造》
作者简介
石鑫，现任制造工程部主管工程师工程师，毕业于沈阳航空工业学院飞行器制造专业，从事AG600型号飞机铆接、总装工作。
（作者单位：中航通飞华南公司）
关键词：虚拟装配；DELMIA；技术
一、虚拟装配（DELMIA）简介
虚拟装配技术已成为数字化制造技术在飞行器制造业中研究和应用的典范，针对复杂产品利用该技术可优化产品设计，避免或减少物理模型的制作，缩短开发周期，降低成本，从而实现产品的并行开发，提高装配质量和效率，改善产品的售后服务。此外还可以进行生产线设计、厂房布局和物流转运设计等，是航空航天制造领域的复杂产品设计及其装配工艺规划具有重要的意义，受到国内外的普遍关注。
虚拟装配以产品及其零部件的三维实体模型为基础，借助虚拟现实技术在计算机上仿真装配操作的全过程，进行装配操作及其相关特性的分析，实现产品的装配规划和评价，制定合理的装配方案。一般情况下，虚拟装配是指在计算机上所进行的零部件模型“装配”，零部件的装配是三维设计系统的一个重要功能，但是目前三维设计系统大多只能将零部件装配成为设备，而不能模拟零部件的装配过程，将装配技术与虚拟现实技术相结合可以形成零、部件的虚拟装配技术。虚拟装配技术以可视化展示设计产品的可装配性，同时还可以通过 对零部件进行改进以降低装配的复杂性，并且直观的检测出设计问题，以及工装适用性和人机可达性等等。虚拟装配技术作为虚拟制造的核心技术之一也越来越引人注目。虚拟装配的实现有助于对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计，有助于解决零部件从设计到生产所出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本以及优化产品性能等目的。
机械产品的配合性和可装配性设计人员不易掌握，往往出现错误不易发现，以往要到产品最后装配时或者真正实施操作时才能发现错误，导致零件的报废和影响飞机的装配制造周期，造成巨大经济损失和增加工作量。采用虚拟装配技术可以在设计阶段进行验证，确保设计的正确性，避免损失。虚拟装配强调在实际投入原材 料于产品实现过程之前，完成产品设计与装配过程的全面仿真、分析，以保证产品的可装配性。
二、虚拟装配技术（DELMIA）的应用及功能
具体来说，虚拟装配技术功能如下：
1.实物产品的数字化再现，即生成产品数字模型。厂房布局和站位流程设定，工装工具的数字模型，操作者或机器人的实际肢体展现，在实施虚拟装配设计的过程中，可以实施将已有成型装配方案转化为可视化模拟场景进行模拟，或者将在构建虚拟装配过程中逐步完善装配方案、物流转运方案或流水线＼生产线方案。以工艺规划为中心的虚拟装配。针对产品的装配工艺设计问题，基于产品信息模型和装配资源模型，借助计算机仿真技术进行产品的装配工艺设计，获得可行且较优的装配工艺方案。以工艺规划为中心的虚拟装配的主要研究内容是装配作业与过程规划，包括装配或拆卸顺序的规划、装配路径的规划、工艺路线的制定、操作空间的干涉验证、工艺卡片和文档的生成等内容。以工艺规划为中心的虚拟装配，具有高逼真度的操作仿真，在虚拟装配中实施对象、操作过程以及所用的工装工具，均与生产实际情况高度吻合，可以生动直观地反映产品装配的真实过程，为装配工艺的规划提供可靠的验证和优化手段。此外，以工艺规划为中心的虚拟装配系统可进一步用于装配培训和现场教学等。
2.干涉检测，是指组成产品、各个级别的装配体的零部件进行集合上的干涉检查，这里检查包含有零部件在装配体中的静态空间位置的相交性，也包含零部件在构成产品的装配过程中在空间上的集合干涉性，零、部件模型的仿真运动或工装与产品的模拟操作通过碰撞检测和动作的类型来实现，碰撞检测也用于装配路径的验证，其效率和可靠性影响真实现场的工艺方案是否具备可操作性以及预判装配问题的存在。另外虚拟原型是利用计算机建模和仿真系统在一定程度上對产品的外形、功能和性能进行模拟，以产生与真实飞机或物理样机近似制造装配环境来检验和评价产品特性。虚拟装配和虚拟原型技术的结合，可以有效地分析零件的设计公差及其加工与装配过程中的误差对产品装配性能的影响，为产品的精度分析、公差优化设计等提供可视化手段和清晰计算记录输出。
3.生成装配序列和路径，在产品建模和排除“冲突” 的过程中，生成优化的装配序列和路径，减少和优化实际生产中的装配周期，寻找最科学高效的装配流程。以制造系统规划为中心的虚拟装配针对顶层工艺设计对车间成产装配制造系统的规划，基于产品的模型、装配工艺和工装、站位、厂房等资源的模型，利用计算机仿真技术进行飞机装配制造系统的设计、仿真和分析，主要研究内容包括部装、总装、试飞或某一单独工艺过程装配系统建模、生产规模与生产周期分析、资源分配、装配车间布置、装配生产线平衡分析、自动化装配操作误差诊断与预测、装配单元装配操作控制及其仿真等，为装配方案的设计与调整、协同操作与控制提供支持。
4. 装配过程中的人因分析是更高层次的虚拟装配技术，通过虚拟现实技术，顶层工艺设计人员可以在产品开发阶段就对产品装配过程中涉及的人机因素（如装配所需时间、装配操作的舒适程度、安全性）进行分析。例如，采用虚拟现实技术对人工装配中操作者的装配力与装配姿态进行定量评估，并分析装配所需的最大装配力以及每个装配循环过程中的平均装配力，以避免工人的疲劳；利用人机工程学模型分析装配工位空间对人操作强度的影响，以设计出最优的装配工位。综合考虑人工各方面因素，根本上是提升效率和工艺规划能力的体现，经过锤炼可以慢慢向飞机制造装配流水线工艺设计发展。
三、虚拟装配技术（DELMIA）在华南公司发展前瞻
针对于通飞华南公司将DELMIA虚拟装配系统引入今后机型生产、预研，是及时且明智的，由手工装配过程仿真向生产线装配过程仿真发展是发展的必经之路。目前大多数虚拟装配系统的研究仅停留在仿真实际生产中的手工装配过程，而对于生产线的装配过程研究不够。生产线装配过程与手工装配过程之间往往存在着很大差异，因此由手工装配过程仿真过渡到生产线装配过程仿真也是虚拟装配的发展方向之一。对于国家十三五的产业调整的开局之年，面对国内航空制造产业的传统人工生产模式和已经逐步淘汰脉动式生产线向自动化流水线转型的世界航空制造业，今后的发展方向已经清晰明朗。虚拟装配技术的应用是一种崭新的使用的工具，如何学习、规划和使用改善我们现在的生产模式，进而创新未来的装配模式，是通飞华南公司技术工作者孜孜以求的。借助DELMIA虚拟装配软件先进的平台，好好掌握消化和利用，为今后装配工艺领域的跨越式发展奠定一个坚实的基础。
四、AG600型号介绍及关键技术分析
大型灭火/水上救援水陆两栖飞机AG600，是国务院立项批复的三个大型飞机项目之一，由中航工业通飞华南公司承担研制。主要技术指标最大起飞重量49000kg，翼展38.8 m、总长36.977m、总高12.835m。
对于华南公司AG600型号总装的关键技术包括：机身对接、中央翼对接、垂平尾连接等等，其中最为关键的中央翼与机身接头绞孔，中央翼连接接头与机身接头连接方式为插耳结构，需要装配后同时绞孔、镗孔，技术上保证是最为困难的。
五、虚拟装配技术在AG600型号上的应用范围分析
虚拟装配技术对于AG600型号上应用除了可以处理所有关于装配的工艺流程，还可以辐射到厂房布局、工装布局、物流规划、人机功能性检查、干涉检查、工装检测等等。在装配方面不论大部件对接、单独零组件装配一切装配场景均可以还原或者模拟，从而设计工艺方案或者检查工艺合理性。
六、对于虚拟装配技术未来在型号发展的展望
今后AG600型号将面临定型，并进入小批生产、批生产阶段，在工艺分里面划分与各生产供应商分工逐渐定型阶段，工艺规划部门将需要设计优化大部件、对接、系统装配、系统试验、批生产生产线规划等具体工作和工艺流程制定，DELMIA虚拟装配技术的应用将大量使用在工艺设计领域，对于后期的全机干涉检查、工装产品干涉检查、人机工程的逐步应用将覆盖AG600型号的工艺管控领域，广泛使用必将简化生产流程，提高生产效率，实现产业化变革。
参考文献
[1]《虚拟设计与虚拟现实概述》
[2]《Dassault Systemes DELMIA 数字化制造》
作者简介
石鑫，现任制造工程部主管工程师工程师，毕业于沈阳航空工业学院飞行器制造专业，从事AG600型号飞机铆接、总装工作。
（作者单位：中航通飞华南公司）