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基于DELMIA的某航天器动力支架装配过程仿真
时间:2017-05-18  作者:鸿运国际  点击:  评论:  字体:T|T
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    一、引言rDa鸿运国际     随着基于MBD(Model-Based Definition)的三维产品设计鸿运国际娱乐官网被广泛运用,飞行器三维协同装配设计、规划成为可能。DELMIA(DigitalEnterpriseLeanManufacturingInteractiveApplication)是达索公司研制的面向制造过程、维护过程和人机工程的数字化制造平台,提供了定义、模拟和分析制造过程的各项功能,应用涵盖了汽车制造、航天航空器设计制造和船舶制造等诸多工业领域。基于DELMIA的三维设计继承了三维模型数据的直观、易懂的优势,同时又使设计、工艺人员能看到产品装配工艺的过程,通过对仿真过程进行分析和交互反馈,缩短设计周期、确保产品方案装配的可行性。波音公司的787飞机已经完全采用航空制造业的数字化三维装配解决方案,实现了整机的三维虚拟装配仿真和验证,极大地减少了设计变更,缩短了工艺规划时间,提高了产量并降低了生产成本。三维数字化装配仿真设计,可实现从传统的以二维装配工艺设计向三维数字化过程仿真、无纸化制造的革命性突破,是打造数字化生产线的重要环节。rDa鸿运国际     二、总体思路rDa鸿运国际     1.基本原理rDa鸿运国际     位置变换鸿运国际娱乐官网是定义动力支架装配仿真路径规划的关键鸿运国际娱乐官网。动力支架组件坐标平移变换。设待移动组件的初始坐标为(x,y,z),经过(a,b,c)距离的平移后,终点坐标为(x1,y1,z1),则组件的位置变换矩阵为:rDa鸿运国际     1rDa鸿运国际     动力支架组件坐标旋转变换。设组件的初始坐标为(x1,y1,z1),分别绕x,y和z轴旋转θ角度后,终点坐标为(x2,y2,z2),则组件绕x,y和z轴的位置变换矩阵分别为:rDa鸿运国际     2rDa鸿运国际     2.鸿运国际娱乐官网路线rDa鸿运国际     本文以某航天器前舱动力支架组件总装过程为研究对象,在对产品结构分析的前提下,在现有制造能力(车间、设备、工艺方法、标准和人力)的基础上,建立某航天器前舱(含动力支架)产品模型、工装模型和厂房环境模型,制定装配流程,确定装配方法,并定义各装配环节所需要的制造资源;在协同三维数字化预装配环境中,使用DELMIA软件,根据工艺流程在软件中完成零件、组件和成品等数模上架、定位、装夹和装配等工序的虚拟操作,验证设计方案的准确性,并用原理样机产品实物进行试验验证,鸿运国际娱乐官网路线如图1所示。rDa鸿运国际     3rDa鸿运国际     图1 某产品三维虚拟装配设计鸿运国际娱乐官网路线rDa鸿运国际     三、仿真研究rDa鸿运国际     1.产品装配特点分析rDa鸿运国际     某航天器前舱动力支架组件结构是仪器安装重要结构件之一(图2),安装在航天器前舱结构框架上,用于维持姿控发动机的安装刚度,承担飞行过程中的载荷,安装支架组件通过螺栓和管路接头与飞行器框架连接。该装配过程具有如下特点。rDa鸿运国际     (1)产品零件较多,且部分数模格式异构,需要建立匹配的装配模型。rDa鸿运国际     (2)界面复杂,安装支架不仅有螺栓连接的机械接口,还有电接插件电气接口,装配过程容易发生干涉,需要设计合理的工艺路径。rDa鸿运国际     (3)安装空间狭小,部分螺栓需要特殊工具并进行人机工程分析。rDa鸿运国际     (4)产品装配需要借助工装,需要分析工装的可行性、合理性。rDa鸿运国际     4rDa鸿运国际     图2 产品模型rDa鸿运国际     2.仿真过程rDa鸿运国际     (1)虚拟装配建模。rDa鸿运国际     虚拟装配建模包括三个方面,一方面是产品模型,产品模型应严格按照实际几何关系和装配关系创建,具有机构运动关系的需要定义机构电子样机,以保证对运动部件进行仿真的准确性,在定义产品模型的过程中要特别注意尽量用统一的软件如CATIA建模,对不同格式的异构模型,需要进行格式转换;第二方面是资源模型,针对产品装配过程实际需要使用的工人、工装、托架、气钻和扳手等,资源模型应单独建立集成的模型资源库,供不同产品装配调用,图3为气钻模型;第三方面是环境模型,应根据装配厂房的实际布局情况,建立厂房吊车,桁架、过道等模型,以布局产品装配的主要路径,图4为装配厂房模型。rDa鸿运国际 rDa鸿运国际     (6)装配过程评价。rDa鸿运国际     通过完成装配模型创建、装配顺序规划、工艺路径规划等步骤后,对仿真过程中不同装配方案的干涉情况以及操作效率进行定性或者定量分析,对比预先设置的评价参数,对设计方案的合理性、装配并行度、稳定性、复杂性、成本和工艺性进行评价。评价若为通过,则进行结果输出,评价若未通过,则将问题反馈进行修改或者报告。通过动力支架装配仿真验证记录,发现需要改进的问题并提出如下解决措施。rDa鸿运国际     ①安装部位空间狭小,施工性能差,部分螺栓需要无工具活动空间。解决措施:建议在安装框腹板上开操作口,确保能实现操作。rDa鸿运国际     ②内部安装螺栓数量较多,安装过程中有螺栓头干涉现象。解决措施:适当减少紧固件的数量。rDa鸿运国际     ③重量较大,操作人员肢体存在严重疲劳状态,存在不安全因素。解决措施:安排两人同时工作。rDa鸿运国际     ④安装电缆在局部区域转弯半径不足。解决措施,改变电缆走向。rDa鸿运国际     ⑤产品装配工装经过人体工学分析,人体舒适性差。解决措施:对工装进行优化。rDa鸿运国际     (7)装配过程记录。rDa鸿运国际     通过运用装配过程仿真,获取一条切实可行性的装配规划后,利用软件将整个可行的装配过程记录,并使用软件中的“切换摄像机角度”、“显示/隐藏”、“延迟”及“添加文本”等形成可以播放的影片或者电子书格式,用于指导现场操作人员进行飞行器装配,实现可视化装配,帮助操作人员直观、形象地了解操作全过程,如图13所示。rDa鸿运国际     3rDa鸿运国际     图13 装配过程记录修饰rDa鸿运国际     (8)仿真结果输。rDa鸿运国际     完成装配仿真后,对仿真结果进行整理,交付给设计或者工艺部门,主要包含以下几项:①装配模型的干涉检查报告;②装配过程仿真分析报告;③装配顺序、装配路径报报告;③装配顺序、装配路径报。rDa鸿运国际     四、仿真过程中的关键鸿运国际娱乐官网rDa鸿运国际     某航天器动力支架装配仿真过程中的关键鸿运国际娱乐官网主要包括以下四个方面。rDa鸿运国际     (1)异构模型重用鸿运国际娱乐官网。rDa鸿运国际     由于动力支架包含不同供应商提供的数模,数据格式存在差异(如CATIA和Pro/ENGINEER),需要开展不同异构模型处理鸿运国际娱乐官网研究,解决部分零件供应单位使用不同CAD接口软件与原理样机总装引起的数据不协调问题。rDa鸿运国际     (2)基于刚柔耦合等物理特性的虚拟装配建模鸿运国际娱乐官网。rDa鸿运国际     动力支架由机械结构和电缆管路组成,柔性件与普通刚性零件仿真差异较大,需要研究电缆管路等柔性件特有建模方法,解决柔性件预装配模型准确度不足,仿真效果实用性差的问题,突破柔性零件模型物理特性赋值鸿运国际娱乐官网。rDa鸿运国际     (3)基于知识工程(KBE)的虚拟装配建模鸿运国际娱乐官网。rDa鸿运国际     航天器虚拟装配建模工作量巨大,涉及成千上万个零件、紧固件和工装夹具等,如果每一种元件都重新建模将消耗大量时间。另外建模往往由不同单位的人员通过协同方式创建,经验不尽相同,建立的模型可能千差万别,不利于控制建模的质量,也不利于后续更改,极有可能造成质量隐患。需要研究基于知识工程的虚拟装配建模鸿运国际娱乐官网,开发定制一整套包括紧固件、材料、电气和工具等模型库并集成到DELMIA中,实现规范有序的建模操作以及知识的快速重用,如图14所示。rDa鸿运国际     8rDa鸿运国际     图14 模型库rDa鸿运国际     (4)基于模型的定义鸿运国际娱乐官网(MBD)。rDa鸿运国际     基于模型的定义鸿运国际娱乐官网是当前制造业实现三维设计的优选解决方案,用唯一的模型集成几何、非几何等所有涵盖设计、加工和装配等全部信息,统一产品寿命周期数据源。在虚拟装配过程中,由于传统的预装配仿真模型只能看到产品的几何信息,对于装配鸿运国际娱乐官网条件、装配精度等只能通过鸿运国际娱乐官网文件进行传递,容易造成信息的失真和不协调。需将产品的全部物理信息定制到模型中,保障了仿真分析结果的准确性和完整,如图15所示。rDa鸿运国际     9rDa鸿运国际     图15 产品零件模型包含的信息rDa鸿运国际     五、结语rDa鸿运国际     本文就使用DELMIA在某飞行器动力支架装配仿真的应用过程进行了简要介绍并讨论了其中的关键鸿运国际娱乐官网。本文以项目研制需求为牵引,以验证和改善产品的可装配性为目的,通过运用工艺过程规划、动画表达等手段,实现三维数字化预装配仿真,对航天器三维数字化装配仿真鸿运国际娱乐官网推广和打造工业4.0模式下智能工厂生产线具有重要的参考价值。rDa鸿运国际
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(编辑:梁嘉琪  来源:互联网)
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