数字化装配.docx

研究生专业课程考试答题册
得分:
学号 2015200760
姓名郝天峰
考试课程飞机数字化装配
任课老师耿俊浩
考试日期 2016年1月21日
西北工业大学研究生院


研究题目:飞机数字化装配工艺优化

飞机装配是飞机制造或维修过程的末端环节,目标是将零件按一定的约束关系联接成完整的产品,装配技术的好坏直接关系到飞机最终的性能。然而飞机产品的零部件数量多,部件尺寸大,精度要求高,协调过程复杂,装配周期长,装配工作量占整机制造劳动量的 40%~50%,所以在飞机整个制造过程中装配技术是一项技术难度大、涉及学科领域多的综合性集成技术,它在很大程度上决定了飞机的最终质量、生产成本和研制生产周期[1]。
虽然国内外目前的CAD/CAM软件发展己经口益成熟,然而其飞机装配工艺设计分析能力尚不足以应付快速发展的生产实际需要。传统的装配分析需要耗费大量的物力、人力和时间来生产物理样机进行实验,而这不仅导致装配工艺设计严重滞后于飞机设计工作,相较于并行设计,耗费过多时间,而且无法及时发现并弥补飞机装配设计中的缺陷,更无法保证工人的安全舒适性,这种传统的装配分析方法受物理样机限制存在诸多弊端,因此需要采用新的技术方法来满足产品并行设计的要求,使设计人员在产品设计阶段就能进行装配设计与验证工作。在这样的背景环境下数字化装配技术应运而生,为飞机设计和装配性能评价提供了一个新途径[2]。
数字化装配的定义为:利用数字化现实技术、计算机图形学、人工智能技术和仿真技术等构造数字化现实环境和产品数字模型,从而在产品装配过程中通过交互分析,仿真装配过程和装配结果。数字化装配的主要研究内容包括:数字化环境下零件、产品建模及装配过程建模,装配序列和装配路径规划,装配中物理特性的分析研究,装配过程的人机工程学分析,装配系统与其它相关系统(如设计系统)的集成。与传统CAD装配相比,数字化装配的重点在于直观的人机交互,通过直接操作和自然命令完成装配操作。它不仅能检验、评价以及预测产品的可装配性,并且能够面向装配过程提供直观经济的规划方法[3]。
随着数字样机、虚拟现实等技术的发展以及各种算法的成熟研究,在数字化环境下模拟装配工作,进而结合各种算法对装配问题进行优化已成为一种重要设计和分析手段。在构建的数字化仿真环境中,导入产品数字样机和人体模型,并根据产品特征制定装配工艺,完全可以实现“虚拟人装配虚拟产品”的数字化装配仿真,而且可以在装配仿真基础上进行装配工艺分析和人机工效分析等,从而及时发现和修改产品装配中存在的问题,从而实现产品的并行设计,辅助现实产品装配过程[4];进而针对具体的装配问题结合已知算法进行优化,从而提高飞机的装配性,缩短飞机装配周期,节约飞机装配成本,提高飞机装配精度,具有广阔的应用前景。


国外:美国波音公司在研制波音777的过程中,运用并行工程的思想,实现三维数字化装配过程仿真,同时结合装配自动化技术、先进定位技术和简易型架装配技术,使产品开发周期缩短了40%~60%,制造成本也降低30%~40%[5]。飞机的设计过程中没有使用一张图纸,全部都在计算机中模拟完成。波音777 通过飞机数字化装配仿真和自动装配,提高了零部件的装配准确度,使用预装配技术,使波音777的地板梁装配时间由19周减少到3周,减少了设计变更,缩短了工艺规划时间,装配周期缩短50%,工艺设计周期缩短30%~50%[6]。
洛克希德马丁公司在研制JSF战斗机X-35过程中明确提出采用数字化装配技术,要使JSF飞机装配制造过程的周期缩短67%,工装减少95%,制造成本降低50%。空客公司在飞机研制过程中通过实施数字化设计与制造技术,[7]。
葡萄牙波尔图大学创建基于感知的虚拟装配系统(Haptic-based Virtual Assembly System, HVAS),基于物理建模和触觉反馈进行模拟现实的装配作业[8]。
图2-1 基于感知的虚拟装配系统组成[8]
国内:沈飞公司研究了基于CATIA的装配工装设计及数字化安装技术,并在飞机装配工装的制造中采用了激光跟踪仪;西北工业大学、南京航空航天大学及北京航空航天大学在飞机数字化预装配技术、基于激光跟踪定位的部件对接柔性装配技术、飞机数字化协调、飞机数字化装配定位、飞机数字化装配定位自动控制技术等方面做了一定研究,并不同程度的应用到飞机装配中[9]。浙江大学万华根等开发的
VDVAS(virtual design and virtual assembly system)集成了虚拟设计与数字化装配过程,使用者能在统一的虚拟环境中运用三维操作和语音命令建立零件及其装配模型,并通