论文部分内容阅读
摘 要：飞机发动机的制造成本较高，如遇装配方案的设计问题则影响到整个交付周期，提高制造成本。运用虚拟装配技术，可以提前发现装配方案存在的问题。该技术可摆脱在物理样机上装配的依赖，提前帮助装配人员在设计阶段运用模拟软件开展虚拟装配设计，及时在设计早期阶段发现潜在问题，消除装配缺陷。主要体现在可运用虚拟装配技术，结合实测数据，进行预装配，提前发现不匹配和干涉问题，分析出调整结果，让各零件在实际装配时呈现最优装配状态，提升整体装配质量和进度。
关键词：虚拟装配技术;飞机发动机装配;装配方案
装配的工艺水平和总体质量，极大地影响着飞机发动机的安全稳定与可靠性。传统装配阶段是飞机发动机产品质量出现问题最多的部分，在传统的装配过程中，无法运用数字化技术进行装配验证，常出现零件干涉，装配工具不合适，工装不合理，顺序不科学等情况。从而导致零件返修，工装工具修改等现象，使得在装配质量不稳定的同时，工期变长，成本变高[1]。而虚拟装配技术可以有效解决这些问题，特别是对于飞机发动机这类精密设备的装配过程，在设计阶段就运用虚拟装配技术进行预装配，通过仿真模拟分析装配问题，规划装配方案，合理设计装配工装，保证一次装配成功，提高装配质量和效率。
一、虚拟装配技术概述
（一）虚拟装配过程仿真
虚拟装配的过程仿真主要模拟零部件的可装配性和装配精度。可装配性是对真实装配过程的动态模拟，包括装配方案设计和装配操作工艺是否正确，及时发现异常问题，可装配性的虚拟仿真也可以对零部件采用不同的装配方案，验证装配方案的合理性，同时检查装配工装与零件的干涉情况[2]。装配精度的模拟是利用软件系统对产品尺寸公差进行分析，根据装配公差体系，给出尺寸链，提供分组选配分析，补偿量与调整量等定量分析，主动预测装配干涉问题。
（二）装配工艺优化
装配工艺文件可用来指导开展飞机发动机装配，装配工艺文件的质量直接影响最终装配质量。结合装配工艺文件开展虚拟装配，可对装配工艺文件中的方案进行验证。同时，也可根据仿真过程迭代出更优化的装配方案，升级装配工艺[3]。
（三）实际装配环境仿真
装配场地的仿真是在精益生产的装配规划上，对装配方法，生产线布局，生产线工序进行动态调整，建立可视化模型，开展生产线运行策略和物资流向控制等过程进行虚拟分析[4]。在不停产，不打乱现有生产的情况下，开展后续装配场地的研究和改进。
二、虚拟装配技术在飞机发动机装配中的应用
（一）虚拟环境创建
虚拟装配技术基于信息技术发展，运用虚拟软件来完成。飞机发动机的装配因精度要求较高，可以选择较为成熟的软件。在设计初期，使用的虚拟装配模块有操作执行模块，人机工程模块。操作执行模块是对装配工艺部分进行虚拟装配验证，而人机工程模块是对操作环境加以模拟，模拟装配人员实际装配环境的可视性、可操作性等。
在模拟软件中根据飞机发动机装配情况建立工作环境，对飞机发动机的各个零部件的参数，装配方式，装配工艺要求等数据进行设定，插入包括专用工装、设备、工具、人员模型等数据。必要时可以选择实测尺寸或者特性数据作为虚拟装配的基础。
（二）虚拟工艺设计
将装配工艺文件输入操作执行模块，在软件中进行初步的工艺规划。模拟过程中，可对装配工艺不断进行改进。同时，装配工艺的设计与改进不断与人机模拟部分结合起来，从而设计了较好的工艺，又检验了装配的可实现性。在不断地结合装配环境模拟数据，检验了装配工艺在虚拟环境中实现所需的环境、生产运行策略、物流控制等。
（三）虚拟仿真优化
开展虚拟装配，首先确认飞机发动机装配项目与资源项目处于初始状态，未受干扰。而针对改进的零部件，做好各项记录，及时更新零部件装机构型[5]。
在虚拟环境下，根据飞机发动机装配过程，对零部件，组件，工装的位置做好设定，模拟装配过程中是否存在干涉，找出干涉原因，根据原因优化零件数模或者装配流程。
将发动机的各个零部件的装配顺序进行多次仿真，观察零部件可否依照装配工艺流程执行，从多种方案中选取最优方案，避免因装配方案不合理导致的装配失误。
根据飞机发动机装配所需要的场所条件，进行工艺布局模拟，针对各种小零件，大组件的工序流转对物流模拟模块进行优化，对装配流程，资源管理，操作人员三者进行动态仿真，使真实场景得以模拟展示。
飞机发动机的虚拟装配是在信息技术基础上利用虚拟软件进行装配全过程模拟。但是真实零件可能因为材料特性、零件尺寸超差、应力释放等问题不能和虚拟装配过程完全一致[5]。因此，可结合实测零件数据为基础开展虚拟装配，让虚拟装配更加多样化，面对各种实际情况的变化。
结语：
虚拟装配技术从干涉分析、精度控制，优化装配空间、顺序、路径、资源投入等方面入手，到装配工艺设计的调整和优化，最终得到更为科学、合理的装配方案。
在飞机发动机装配工作中，虚拟装配技术可介入到方案设计的各个阶段，开展不同的虚拟装配工作，使得飞机发动机装配变得高效、高质、同时降低成本，促进项目整体开发进度，以及提高整体装配水平，必将成为新的发展方向。
参考文献
[1]鞠皎熒. 航空发动机部件虚拟装配及数字化检测技术[J]. 航空制造技术， 2014， 465（21）：86-88.
[2]张辉， 孙茜， 吴晓瑜. DELMIA虚拟装配技术在飞机研制中的应用[J]. 航空制造技术， 2012（1）.
[3]郭洪杰， 石延波， 赵建国， et al. 飞机管线交互式虚拟装配技术研究及应用[J]. 航空制造技术， 2015（Z1）.
[4]张青， 郑岩， 郭庆，等. 航空发动机设备拆装快速装配仿真研究[J]. 计算机仿真， 2018， 035（003）：257-262.
[5]刘振东， 胡一廷， 李泳凡， et al. 基于UG、3DVIA的航空发动机外部管路装配工艺可视化设计[J]. 航空发动机， 2014， 40（4）：41-45.
关键词：虚拟装配技术;飞机发动机装配;装配方案
装配的工艺水平和总体质量，极大地影响着飞机发动机的安全稳定与可靠性。传统装配阶段是飞机发动机产品质量出现问题最多的部分，在传统的装配过程中，无法运用数字化技术进行装配验证，常出现零件干涉，装配工具不合适，工装不合理，顺序不科学等情况。从而导致零件返修，工装工具修改等现象，使得在装配质量不稳定的同时，工期变长，成本变高[1]。而虚拟装配技术可以有效解决这些问题，特别是对于飞机发动机这类精密设备的装配过程，在设计阶段就运用虚拟装配技术进行预装配，通过仿真模拟分析装配问题，规划装配方案，合理设计装配工装，保证一次装配成功，提高装配质量和效率。
一、虚拟装配技术概述
（一）虚拟装配过程仿真
虚拟装配的过程仿真主要模拟零部件的可装配性和装配精度。可装配性是对真实装配过程的动态模拟，包括装配方案设计和装配操作工艺是否正确，及时发现异常问题，可装配性的虚拟仿真也可以对零部件采用不同的装配方案，验证装配方案的合理性，同时检查装配工装与零件的干涉情况[2]。装配精度的模拟是利用软件系统对产品尺寸公差进行分析，根据装配公差体系，给出尺寸链，提供分组选配分析，补偿量与调整量等定量分析，主动预测装配干涉问题。
（二）装配工艺优化
装配工艺文件可用来指导开展飞机发动机装配，装配工艺文件的质量直接影响最终装配质量。结合装配工艺文件开展虚拟装配，可对装配工艺文件中的方案进行验证。同时，也可根据仿真过程迭代出更优化的装配方案，升级装配工艺[3]。
（三）实际装配环境仿真
装配场地的仿真是在精益生产的装配规划上，对装配方法，生产线布局，生产线工序进行动态调整，建立可视化模型，开展生产线运行策略和物资流向控制等过程进行虚拟分析[4]。在不停产，不打乱现有生产的情况下，开展后续装配场地的研究和改进。
二、虚拟装配技术在飞机发动机装配中的应用
（一）虚拟环境创建
虚拟装配技术基于信息技术发展，运用虚拟软件来完成。飞机发动机的装配因精度要求较高，可以选择较为成熟的软件。在设计初期，使用的虚拟装配模块有操作执行模块，人机工程模块。操作执行模块是对装配工艺部分进行虚拟装配验证，而人机工程模块是对操作环境加以模拟，模拟装配人员实际装配环境的可视性、可操作性等。
在模拟软件中根据飞机发动机装配情况建立工作环境，对飞机发动机的各个零部件的参数，装配方式，装配工艺要求等数据进行设定，插入包括专用工装、设备、工具、人员模型等数据。必要时可以选择实测尺寸或者特性数据作为虚拟装配的基础。
（二）虚拟工艺设计
将装配工艺文件输入操作执行模块，在软件中进行初步的工艺规划。模拟过程中，可对装配工艺不断进行改进。同时，装配工艺的设计与改进不断与人机模拟部分结合起来，从而设计了较好的工艺，又检验了装配的可实现性。在不断地结合装配环境模拟数据，检验了装配工艺在虚拟环境中实现所需的环境、生产运行策略、物流控制等。
（三）虚拟仿真优化
开展虚拟装配，首先确认飞机发动机装配项目与资源项目处于初始状态，未受干扰。而针对改进的零部件，做好各项记录，及时更新零部件装机构型[5]。
在虚拟环境下，根据飞机发动机装配过程，对零部件，组件，工装的位置做好设定，模拟装配过程中是否存在干涉，找出干涉原因，根据原因优化零件数模或者装配流程。
将发动机的各个零部件的装配顺序进行多次仿真，观察零部件可否依照装配工艺流程执行，从多种方案中选取最优方案，避免因装配方案不合理导致的装配失误。
根据飞机发动机装配所需要的场所条件，进行工艺布局模拟，针对各种小零件，大组件的工序流转对物流模拟模块进行优化，对装配流程，资源管理，操作人员三者进行动态仿真，使真实场景得以模拟展示。
飞机发动机的虚拟装配是在信息技术基础上利用虚拟软件进行装配全过程模拟。但是真实零件可能因为材料特性、零件尺寸超差、应力释放等问题不能和虚拟装配过程完全一致[5]。因此，可结合实测零件数据为基础开展虚拟装配，让虚拟装配更加多样化，面对各种实际情况的变化。
结语：
虚拟装配技术从干涉分析、精度控制，优化装配空间、顺序、路径、资源投入等方面入手，到装配工艺设计的调整和优化，最终得到更为科学、合理的装配方案。
在飞机发动机装配工作中，虚拟装配技术可介入到方案设计的各个阶段，开展不同的虚拟装配工作，使得飞机发动机装配变得高效、高质、同时降低成本，促进项目整体开发进度，以及提高整体装配水平，必将成为新的发展方向。
参考文献
[1]鞠皎熒. 航空发动机部件虚拟装配及数字化检测技术[J]. 航空制造技术， 2014， 465（21）：86-88.
[2]张辉， 孙茜， 吴晓瑜. DELMIA虚拟装配技术在飞机研制中的应用[J]. 航空制造技术， 2012（1）.
[3]郭洪杰， 石延波， 赵建国， et al. 飞机管线交互式虚拟装配技术研究及应用[J]. 航空制造技术， 2015（Z1）.
[4]张青， 郑岩， 郭庆，等. 航空发动机设备拆装快速装配仿真研究[J]. 计算机仿真， 2018， 035（003）：257-262.
[5]刘振东， 胡一廷， 李泳凡， et al. 基于UG、3DVIA的航空发动机外部管路装配工艺可视化设计[J]. 航空发动机， 2014， 40（4）：41-45.