飞机三维装配工艺分析与设计

魏莉

摘 要： 飞机的三维装配工艺是将飞机的各个部件的三维模型引入到可视化的环境中进行装配，并通过作业仿真来辅助生成生产作业指令，该方法不仅准确直观，而且能够很好地启发设计思路，优化产品设计。本文主要研究了飞机三维建模工艺，设计与仿真模式下的装配与仿真流程;提出了可视化装配指令的快速生成办法。

关键词： 三维装配工艺;建模工艺;仿真流程;装配指令

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  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准，可以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。下图为三维信息的构成图。

2.1 装配工艺的操作与仿真：

（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

（2）飛机装配操作的分类是以类别划分，建立本体概念集合，如图2.2所示：

（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。

3.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，研究快速装配指令的快速生成办法，如图3.1示意。

（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：

Order（AT）={O（AP），P（AA），ROP}

O（AP）-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;

ROP-装配任务中操作与动作的关联矩阵，ROP≦APxAA。

（2）飞机装配指令快速规划与仿真系统（PAAOPSS），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）图3.2为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。

结论

三维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。

参考文献

[1]何卫平，莫蓉.计算机辅助技术基础[M].西安：西北工业大学出版社，1998.