使用DELMIA在飞机中机身上部装配工艺仿真的运用上课讲义

1、DELMIA飞机中机身上部装配工艺仿真激光跟踪仪在飞机装配中的运用专业综合实训现代飞机装配局部实验 报告目录第一章飞机中机身上部装配工艺仿真 11飞机装配仿真技术 12飞机装配工艺仿真软件 23飞机机身结构及零件分析 33.1 机身总装图 33.2 机身典型零件 34飞机机身结构件装配顺序的规划 54.1 工艺别离面和设计别离面 54.2 装配基准的选择 64.3 工装设备的选用 75飞机上半机身装配方案及DELMIA©真 85.1 装配仿真流程 85.2 装配序列规划 85.3 装配路径规划 95.4 装配工艺仿真过程 105.5 装配干预检查 12第一章飞机中机身上部装配工艺仿真

2、1飞机装配仿真技术在现代制造企业的生产流程中,工艺设计工作贯穿于整个制造流程当中, 是生产 技术准备工作的第一步.工艺设计工作不仅涉及到企业的生产类型、产品结构、工艺 装备、生产技术水平等,而且还要受到工艺人员实际经验和生产治理体制的制约,其中的任何一个因素发生变化,都可能导致工艺方案的变化.工艺总方案、工艺路线规 划和工艺规程是指导工装制造和零件装配的主要依据,它们对组织生产、保证产品质量、提升生产率、降低本钱、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接影响,因此工 艺设计是整个生产流程中的关键性工作.以往装配工艺的设计工作主要是依赖工艺人员个人的技术水平和经验,工艺人员根据产品图纸、工艺标准、工

3、装、设备等,所做的工艺设计在车间实际生产式制 时,还要不断更改,不能保证其装配工艺设计的合理性、适用性.而大型飞机由于尺 寸大,零件数量多,结构复杂,协调部位多,装配工艺设计不可防止地存在问题.但 装配工艺设计中隐藏的错误难以在设计过程中被发现, 装配工艺的优化根本上是凭工 艺员的经验,工艺设计中存在的问题往往要在产品实际装配过程中才被发现,因此装配工艺设计的错误带来了产品、周期、人力和费用的损失.要检验装配工艺设计是否可行,过去也只有靠实际生产检验工艺方案, 不断更改直到生产定型,一般本钱 比拟高、周期比拟长.随着现代计算机技术的开展,飞机设计已采用三维数字化技术. 飞机的每个零件在计算机中

4、按1: 1比例,以立体形式表现,这为随之而来的装配过 程仿真技术奠定了根底.由于大飞机结构零件数量多,装配关系极其复杂,又需要有大量的制造资源支持, 致使装配工艺设计难度很大,仅凭工艺工程师的个人经验,在数字化装配工艺过程设 计中难免会有各种工艺设计错误或工艺设计不合理的情况,如果这些错误在产品实际装配过程才发现的话,就会造成大量的产品、资源返工和工艺修改,甚至整个工艺布 局和装配流程的调整,给制造周期、生产本钱等都将带来不可估量的损失.所以三维 数字化装配过程仿真是产品实物在实施装配以前对装配工艺进行验证的最正确方法,它时间短、费用低等多优点.2飞机装配工艺仿真软件DELMIA (Digit

5、al Enterprise Lean Manufacturing Interactive Application)是一款数字化企业的互动制造应用软件.是一款由法国达索系统公司(DassaultSystem)开发的软件.DELMIA在国内外广泛应用于航空航天、汽车、造船等制造业支 柱行业DELMIA涵盖飞机设计、制造及维护过程中的所有工艺设计,使用户能够利用3D设计模型即可完成产品工艺的设计与验证.DELMIA数字制造解决方案建立于一个开 放式结构的产品、工艺与资源组合模型(PPR)上,可以在整个产品研发过程中持续不 断的进行产品的工艺编制与验证.同时,可以实现与CATIA ENOVIA SMA

6、RTEAMLMS等系统的无缝集成,有效的利用已经设计好的数据,并且可以使制造业的专业知识能 被提取出来,让最正确的产业经验得以重复利用.使用DELMIA产品,可以得到生产效率、平安性及质量方面的最大效益,同时降低本钱.DELMIA中的 DPM(Digital Process Manufacturing) (数字制造工艺)工艺细节 规划和验证应用环境,将DPE产生的结构和图表结合生产制造规那么形成 3维虚拟制 造环境,以实际产品的3D (或DMU模型,构造3D工艺过程,分析产品的可制性、 可达性、可拆卸性和可维护性,实现3D产品数据与3D工艺数据的同步的、真正的 并行工程环境.主要模块有ELMI

7、A DPM Assembly 、DELMIA DPM EnvisionAssembly、DELMIA BIW DELMIA Powertrain .dndM3H上喜£与,芸哥J1U 台得后做卜国-、JL等现豆叱简.9E图2-1 DELMIA软件仿真模块班中情Jri - IUIMbl弋 0 PMi RwSiruajiH ilAHiiriMcnifiig h叩.ikr1 不 DFW - Fartinr j Brwrw -irrw & 也 如0rxM ll MU> MaPir«cvi f|iw»rft 片 DPM1 - Wart .kg w DF1W -

8、Prcri.ua 工Nnnun 产 DFW, -?hrrwri3fPfeor WfHMsr金 口版 ih»fi C>4tr Uhm«7J冉*1/.J 丹1那么# 目Lf2cti4j -r3 H*yX>rnrwM3飞机机身结构及零件分析3.1 机身总装图某型号飞机机身上半筒形件的总装配图如图 3-1所示,其主要由三块蒙皮,假设干 的长桁,隔框和其他连接零件组成.图3-1机身总装配图3.2 机身典型零件1、蒙皮机身蒙皮在构造上的功用是构成机身的气动外形,并保持外表光滑,它承受局部空气动力,在增压密封座舱部位的蒙皮将承受内压载荷,蒙皮将其传递给机身骨架.在本机身中蒙皮

9、分为三块,分为机身上局部蒙皮,左侧蒙皮,右侧蒙皮,蒙皮的草图如图3-2所示,蒙皮厚度为3mm蒙皮的曲率半径为1500mm长度为5000mm图3-2蒙皮上局部及侧面局部结构草图2、长桁长桁作为机身结构的纵向构件,在桁条式机身中主要用来承受机身弯曲引起的轴 向力.另外长桁对蒙皮有支持作用,它提升了蒙皮的受压、受剪失稳临界应力；其次 它承受局部作用在机身蒙皮上的气动力并传给隔框.长飞机上长桁的截面形状有“ L型、“Z型、“J型和“T型等,本次采用的结构为L型,长桁的结构草图及截面尺寸见下列图3-3, 3-4.图3-4长桁截面图3、隔框隔框分为普通框和增强框.普通框主要用于维持机身的截面形状,承受蒙皮

10、的局 部载荷.对蒙皮和长桁起支持作用.普通框一般为环形钺金件.增强框除上述作用外, 其主要功用是将装载的质量力和其他部件如机翼和尾翼等上的载荷,经连接接头3-5所小.传递到机身结构上将集中力加以分散.隔框的结构草图见下列图图3-5隔框结构草图左及截面右4飞机机身结构件装配顺序的规划4.1 工艺别离面和设计别离面对飞机结构来说,根据使用、运输、维护等方面的需要将整架飞机在结构上进行 划分多个部件、段件和组件；根据飞机结构的特点,及工艺别离面将其分为上右壁板、 上壁板、上右壁板和隔框.这些部件、段件和组件之间一般采用可拆卸的连接,这样 所形成的可拆卸的别离面就是设计别离面.即使飞机被划分成多个部件

11、,这样的部件还是十分复杂的,由于部件的划分是按 照功能、实用等划分的,因此在部件装配的时候还需要将部件进一步划分从而形成更 小的板件、段件、组合件等等；这些组合件在装配时一般采用不可拆卸的连接,他们 之间的别离面称为工艺别离面.合理的划分工艺别离面,也就是合理地对部件进行剖分,对制造是极有好处的.增加了平行装配工作面,提升了装配工作的机械化和自动化； 改善了装配工作的开放 性,有利于提升产品的装配质量.根据机身的结构特点,在装配过程中需要将机身分为多个局部,工艺别离面必不 可少,因此在这里我们将机身上半段分为以下几个局部,上右壁板,上壁板,上左壁 板,隔框,其中的接触面为工艺别离面,图 4-1

12、为装配各局部别离工装设计.上右壁板图4-1装配各局部别离工装设计4.2 装配基准的选择1、以骨架外表为装配基准装配时的准确度以骨架外表为装配基准装配时,外形误差主要由骨架零件外形误差、骨架装配误 差、蒙皮厚度误差、蒙皮与骨架贴合间隙及装配变形组成. 产品的装配准确度主要取 决于骨架外形准确度包括零件制造和骨架装配的准确度,误差积累为“由内向外, 误差积累的最终结果都反映到部件的蒙皮外形上.2、以蒙皮为装配基准装配时的准确度采用以蒙皮外外表为装配基准时, 外形误差主要由卡板外形误差、蒙皮与卡板贴 合间隙及装配变形组成.产品的外形准确度主要取决于型架制造准确度和装配连接的 变形.误差积累为“由外向

13、内,所积累的误差在骨架内部装配时可用补偿件进行消 除.其装配的误差尺寸链方程.1-桁条；2-撑杆；3-卡板;4-蒙皮；5-翼肋图4-2以蒙皮外形为装配基准3、以工艺孔为装配基准装配时的准确度以工艺孔为装配基准的准确度其装配过程是：蒙皮与局部骨架零件先装成板件, 而部件骨架按定位孔在型架中定位装配, 型架上不用卡板,然后蒙皮板件按装配孔在 部件骨架上定位并连接,最后形成部件外形.以工艺孔为装配基准的准确度主要取决 于工艺孔的协调制造方法,以及定位时孔销的配合精度.无论是以哪一种方法作为基准,选择定位基准和装配基准都应遵循四个原那么： 装配定位基准与设计基准统一原那么装配定位基准与零件加工基准统一

14、原那么装配基准与定位基准重合原那么基准不变原那么因此根据上半局部机身特点,在装配的过程中,采用以蒙皮外形基准为装配基准 的方法,进行装配.4.3 工装设备的选用在装配的过程中,采用了以蒙皮外形为基准的方法进行装配, 因此需要有一定的 工装设备对蒙皮进行固定,以保证装配时的精度,这就是装配型架.装配型架的功用是：保证进入装配型架装配的低刚度飞机零件、装配件能准确、 迅速地定位、夹紧,保证具有正确的几何开关和位置, 并限制它在连接装配过程中的 变形,使装配后装配件的几何形状和尺寸在规定的公差范围内,以满足产品的制造准确度和协调准确度要求,从而到达产品的装配协调和互换.图4-3装配型架5飞机上半机身

15、装配方案及 DELMIA仿真5.1 装配仿真流程在上局部中,对飞机装配工艺进行了分析与讨论, 深入研究了飞机装配结构的划 分、定位方法、装配基准、协调方法和工装设计等方面.本小节将结合飞机装配工艺 及装配过程,应用DELMIA系统仿真飞机装配,仿真流程如图如5-1所示.以数字化 模型代替实体在DELMIA环境下进行飞机装配过程的仿真, 保证产品的可装配性,并 合理规划及布置装配资源.飞机装配仿真流程分析如下：图5-1飞机装配仿真流程5.2 装配序列规划,ASP混产品装配过程中零部产品装配序列规划Assembly Sequence Planning 件装配序列的指令,产品中零件之间的几何关系、物

16、理结构及功能决定了产品的装配 序列.产品装配序列规划是飞机装配仿真的关键环节. 装配同一产品可以采用不同的装配顺序,这些不同的装配顺序形成了不同的装配序列根据某些装配序列,可以较顺利地组织装配,最终到达设计要求；而有些装配序列的采用,由于各种原因, 却不能到达指定的装配目标.装配序列的优劣直接影响到产品的可装配性、装配本钱、装配质量.图5-2上半筒形状飞机机身上班筒形件结构如图 5-2所示,根据之前对工艺别离面的设计,可以将 装配根据组件的识别与划分和拆卸法, 对该型号机身进行装配序列规划. 该机身要完 成的装配任务为：首先是壁板级的装配,即将蒙皮、长桁、剪切角片组装成上、上左、 上右三块壁板

17、；其次是壁板间的装配,即将上、上左、上右三块壁板和框组装成总壁 板.图5-3机身上半筒形件装配层次关系在对该型号机身进行装配序列规划时,首先进行组件识别,即将机身分为上壁板、 上左壁板、上右壁板和框4组组件,如图5-3所示,第二,在已识别出的组件再次进 行组件识别,即组件内的组件识别,即将壁板分为蒙皮、长桁、剪切角片,以上壁板 来讲,有1块蒙皮,9根长桁,以及角片.组件识别完成后,在 DELMIA中用基于“可拆即可装原理的拆卸法,交互式生 成装配顺序.壁板的拆卸顺序为角片一 9根长桁一蒙皮；机身拆卸顺序为上壁板一上 左壁板一上右壁板一框.拆卸完成后,将拆卸顺序逆转综合即得飞机机身产品装配序 列

18、.5.3 装配路径规划装配路径是指从被安装零部件存放的位置,直到零件被装配到装配体上形成产品 所行走的空间轨迹.装配路径规划就是寻找一条装配零件从装配初始点装配操作前的位置到装配目标点产品最终的装配位置的空间运动路径,当零件沿此路径装 配时不会与环境中其他物体包括设备、工夹具、人和已装配零件等发生碰撞.路 径规划通常只考虑工作空间中的几何信息, 生成结果是针对每一个具体零部件的无碰 撞的几何路径.装配路径可以是直线、二维、三维曲线或折线.在仿真中我们主采用 DELMIA中基于“可装即可拆思想的装配路径规划原理根据这种方法,对机身上半筒形件的拆卸顺序为上壁板一上左壁板一上右壁板一框,其PERTH

19、如图5-4所示：图5-4机身上半筒形件的拆卸顺序5.4 装配工艺仿真过程配过程仿真主要的内容有：1装配顺序和装配路径仿真.在虚拟装配仿真环境 中动态直观地显示其装配序列、路径和方法等.通过视觉观察,可实时发现装配过程 中各种明显的工人、工具、工件、产品、工装和其他环境元素间的空间干预和碰撞情 况,以便及时调整,得到较为合理的装配顺序和最正确装配路径.2干预检查和分析. 通过对仿真过程的视觉观察可以发现其中明显的工艺结构性问题,但是对于一些细节问题,如工件与产品间不存在干预,但与产品某外表已接触或间隙不符合工艺要 求的问题,仍需对其进一步定量化计算和详细分析.为此,利用DELMIA系统所提供 的

20、整体干预检查、可拆卸性检查、约束分析、自由度分析和精度分析等各种分析工具, 直观或定量化地考察工件装配的约束状态、细节定义以及空间准确度等问题.其中 , 干预检测分为静态、动态和运动等 3类方式,利用这些方式对装配路径上的障碍实 施自动鉴别,如通过计算工件的运动包络体并判断该包络体与环境元素间是否相交 来确定工件在装卸中有无干预问题等.假设发现动态干预现象,系统采用线框提示或自 动停止模拟过程.3人机工程仿真.考察工艺中影响工人作业的空间开敞性、姿态 舒适性和劳动强度等诸多因素在现在和未来工艺评估和优化中越发需要得到人们的 重视.DELMIA系统中的“人机工程子系统即是用来完成此项工作的,利用

21、数字化 环境中的任务仿真及分析工具,指定工人在完成某个装配操作过程中的作业行为、行走路线和工作负荷,对各种典型作业姿态和装配行为进行模拟及定性定量分析,并在此根底上准确地评估工艺和工装的人机性能及工人的劳动生产率.装配中的过程及操作见图5-5, 5-6, 5-7所示图5-5中机身上半段装配前状态在路径规划的过程中,需要通过罗盘的操作将上壁板的拆装路径表示出来,即插入动作,如图为拆卸过程的路径规划,其过程见图 5-6所示：上讨复上K开如含明蹲立I_L£Hw * i上百*JF IK也 i«iL.iPraducUlst"S' ij-i r.art 1.1 (Pn

22、1 同Jl. J W J. . T后, IE喊.朴啊效叫 1: ? T 和,.-3 Fk囚|£HS*W uc CUf!,B|图5-6路径规划过程操作在完成所有路径仿真规划后,最终的装配图如5-7所示：X图5-7仿真装配后的状态含路径5.5 装配干预检查DELMIA的强大功能提供了装配路径仿真试拆卸中所需要的实时碰撞干预检查功能,利用其本身具有的功能来进行动态干预检查,方便在路径规划同时进行干预检测.在DELMIA中进行虚拟装配仿真时,干预主要有以下几种：1 .由于装配序列规划不合理产生的干预在飞机装配仿真过程中,假设装配序列选择不合理,极易导致装配干预.这种情 况下,应重新回到装配序列规划步骤,调整产品装配序列,以消除干预.2 .由于装配路径规划不便产生的干预飞机产品结构和装配环境复杂, 装配精度要求高,假设装配路径规划的不合理,易 导致零部件在运动过程中发生干预.这是由于装配路径上存在其他物体导致零件运动 过程中与其他装配件形成干预,可以对装配路径重新规划,通过调整装配路径的方法 解决干预.3 .将拆卸路径求逆,生成装配路径时产生的干预本文在DEL