DELMIA数字化装配工艺设计与过程仿真流程

数字化装配工艺设计与过程仿真技术在现代飞机的设计和制造中扮演的角色将越来越重要。目前，国际上以飞机和汽车为代表的大型复杂产品研制企业都已将数字化装配技术应用于生产中，并取得了显著的效益。无论是波音还是空客公司，目前基本上已实现了数字化装配。波音公司的7E7飞机已经采用航空制造业的装配解决方案，实现了整机的三维虚拟装配仿真和验证。极大的缩短了设计变更，缩短了工艺规划时间，提高了产量并降低了生产成本。空客系列飞机也已采用了数字化装配技术，资料显示其典型部件装配周期缩短60％。飞机装配周期缩短10％以上，装配工艺设计周期缩短30％～50％，装配返工率减少50％，装配成本减少20％～30％，大大提高飞机装配质量，极大限度满足客户要求。

国内的飞机数字化装配技术研究和应用目前尚处于探索和预研阶段，以陕西飞机制造公司为代表的飞机制造业仍然沿用传统的装配方法和手段，传统装配设计方法存在如下问题：

(1)飞机装配工艺设计仍然使用传统的二维方式表达

传统的工艺设计是由工艺设计人员在头脑中首先想象出三维装配空间、设计装配顺序，并用平面(二维)方式表述。其设计质量完全取决于工艺设计人员的技术水平和工作经验，其次是装配工人需要根据工艺设计人员编发的文件及二维工程图纸理解装配顺序、装配要求，并在大脑中再次构建三维装配过程，这样易产生理解的二异性，造成装配错误。

(2)无法满足三维数字化条件下装配工艺设计要求

目前存在的工艺设计系统中制造资源采取的传统二维描述，这导致其工艺设计过程对细节设计淡化，对制造资源及装配工艺知识描述比较弱，同时不能充分利用上游三维CAD数据，难以实现工艺设计的继承性、规范性，标准化和最优化。

(3)飞机的装配周期不易保证

工艺设计环境不具备三维工艺验证能力，致使装配中是否干涉，装配顺序是否合理，工艺装备是否满足需要、操作空间是否开敞等一系列问题在生产试制阶段才能暴露出来。任何一个环节出现问题，都会影响飞机研制的进度和质量。

(4)缺少典型示教的三维动态装配过程，不便于装配工人使用及理解。

为了解决上述工艺设计问题，我们选用某型机部件进行三维数字化装配工艺设计与装配仿真、优化分析技术应用研究，为建立飞机数字化制造体系积累技术经验。基于模型的数字产品定义的数字化制造流程

国内飞机设计将采用基于模型的产品数字化定义(griD，ModelBasedDefinition)技术，其特点是：产品设计不再发放传统的二维图纸，而是采用三维数字化模型作为飞机零件制造、部件装配的依据。传统的二维工艺设计模式已经不能适应全三维设计要求。随着现代计算机技术、网络技术、工艺设计与数字化仿真软件技术的发展以及协同平台的建立。为三维数字化装配工艺设计和并行工程奠定了基础。

图1具体描述了飞机研制过程中基于模型的数字产品定义的数字化制造流程：

飞机的研制必须经历产品设计、工艺设计。工装设计、产品制造和检验检测等5个主要环节，并在产品制造和检验检测环节中，由三维设计数模分别派生出三维工艺数模和检验数模。

1)在工艺设计过程中，工艺部门依据设计部门按基线预发放的三维设计数模进行工艺分析，并向设计部门反馈工艺审查意见依据设计部门正式发放的EBOM(产品设计结构)和三维设计数模，建立PBOM(产品工艺结构)，制定装配工艺协调方案，划分工艺分离面，进行全机装配工艺仿真，最终形成经过装配仿真验证的MBOM(产品制造结构)顶层结构，将此MBOM发放到下游的工装设计、专业制造和检验检测等部门。

2)在工装设计过程中，工装设计制造部门依据产品制造部门提出的工装订货单，三维工艺数模、产品制造工艺方案和设计部门的三维产品设计数模进行工装设计；依据三维工装设计数模进行AO(Assembly Order)的编制，并进行装配工装的装配仿真和工装数控程序的编制，最终完成工装的制造和自检。

3)在产品制造过程中，产品制造部门依据设计部门正式发放的EBOM和三维设计数模，工艺部门的PBOM建立三维工艺数模，进行零件的材料属性仿真和部件几何仿真，编制AO(装配大纲)和FO(制造大纲)，编制数控程序，最终完成零件的加工，部件的装配以及自检。

4)在产品检验检测过程中，检验检测部门依据设计部门正式发放的EBOM，三维设计数模，三维工装设计数模编制检测计划，计算测量数据，完成零部件和工装的检测。

5)工装模型、检验模型以及在数字化装配工艺模拟仿真过程中生成的三维工艺图解和仿真视频数据，通过网络传输到生产现场，为现场工人施工和检验提供三维数字依据。陕飞公司基于DELMIA的某飞机三维数字

化装配工艺流程

DELMIA软件是达索公司的一款可针对飞机装配中的工艺设计及按其设计要求进行装配仿真验证的软件，它给工艺工程师、工装设计师提供了与产品设计师共同的可视化交流和怫同工作平台，使制造部门的工作人员可以及早的参与到产品的研发中去，与设计人员并行的开展工作，从而使得在设计过程中能够充分的考虑零件的工艺特性，部件的可装配性和产品的可维护性等因素，帮助企业实现“面向制造的设计”和“面向维护的设计”。

陕西飞机制造公司自2010年开始在某型飞机上全面使用DELMIA软件进行了的产品定义、组件的划分、全三维工艺规划，装配仿真与优化、人机工程仿真与分析、三维工作指令的发放以及各种报表的输出等功能模块。本文主要就DELMIA技术在陕飞某飞机中具体应用的工作流程进行阐释。

第一步：PBOM的编制及各种数据的准备

(1)在协同平台上根据EBOM进行PBOM的编制；

(2)利用产品及资源的CATLAV5模型生成三维数字化装配工艺设计DELMIA软件所需用到的CGR模型及smgxml模型，并将这些格式的模型存放在指定位置，以备导入数据时读取。

第二步：PBOM数据的导入

将来自数字化协同平台的XML格式的PBOM通过二次开发的接口程序导入到DELMM的DPE软件模块中，构建产品的结构树，同时使得三维数模数据(属性)导入到产品节点下。

第三步：组件、工艺分离面的划分

完成数据导入工作后，在DELMIA软件的DPE模块中，根据生产批量、装配能力进行工艺分离划面，并结合EBOM确定各工艺装配部件、段件需要装配的零、组件项目，构建工艺大部件模型。在工艺分离面划分的基础上，对每个工艺大部件进行初步装配流程设计，划分装配工位，确定在每个工位上装配的零组件项目，在三维数字化设计环境下构建各装配的工艺模型。确定装配工艺基准和装配定位方法，制定整个装配体各工位之间的装配流程图。

第四步：MBOM的编制

根据组件和工艺分离面的划分，完成MBOM的建立，并

将每个零件的三维数模(立体图)与产品的结构树相关联，在工位划分的基础上，依据段件装配工艺模型在三维数字化环境下进一步进行各工位内的装配过程设计，确定每个工位内的段件装配工艺模型零组件的装配顺序，并定义装配过程对应的AO号。并将AO需要装配的零组件项目及工作的内容制定反映工位内各AO关系的装配流程上。

第五步：详细的装配工艺规划

在AO划分基础上，依据段件装配工艺模型进行详细的装配工艺过程设计，定义该过程所需要的标准件，确定该装配工艺过程零组件，标准件、辅助材料等装配顺序，明确装配工艺方法、装配步骤并选定该装配过程所需要的工装、夹具，工具、辅助材料等一系列的制造资源，形成用于指导生产的AO。在这里将零件和工步关联，将工装与工位关联。

第六步：装配仿真验证与优化

在三维数字化虚拟装配环境下，建立厂房、地面、起吊设备等三维制造资源模型，将已经建立的各装配工艺模型和装配型架、工作平台、夹具等制造资源三维模型放入厂房中，按照确定的装配流程进行全面的工艺布局设计，并仿真生产中的物流《如图2)。在DELMIA的DPM软件模块中，依据设计好的装配工艺流程对每个零件、成品和组件进行移动、定位、夹紧和装配操作，在装配的过程中进行零件与零件、零件与工装的干涉检查，当系统发现存在干涉情况时报警，并会显示干涉区域和干涉量，以帮助工艺设计人员查找和分析。

第七步：WKC可视化文件编制

按照优化后的工艺规划设计结果进入DELMM系统的WKC模块中应用Composer软件中进行工步的视图设计，包括装配尺寸标注、制孔信息、定位信息和工装使用信息等装配信息备注，完成工步级装配可视化文档编制(见图3)。

第八步：AO内容及可视化文件输出与管理

通过二次开发的程序将DELMIA中设计完成的AO内容提取到CAPP中的相应模板中，包括AO内容页，辅材配套表、标准件配套表，零件配套表等文档信息，同时输出仿真视频和工步视图，将上述各种配套表和内容页通过协同平台进行审签发放，并通过MES系统实现现场可视化装配(见图4)。

三维数字化装配设计与仿真优势

通过三维数字化虚拟装配工艺设计和装配过程仿真，发现三维数字化装配工艺设计和装配过程仿真系统在数字化制造中有以下优势：

(1)在产品实际(实物)装配之前，通过装配过程仿真，可及时地发现产品设计、工艺设计，工装设计存在的问题，有效地减少装配缺陷和产品的故障率，减少因装配干涉等问题而进行的重新设计和工程更改。因此，保证了产品装配的质量。

(2)装配仿真过程产生的图片，视频录像直观地演示装配仿真，使装配工人更容易理解装配工艺，减少了装配过程反复，减少了人为差错。

(3)装配仿真过程产生的图片、视频录像可用于对维修人员的培训。

(4)对新产品的开发，通过三维数字化装配工艺设计与仿真，减少了技术决策风险，降低了技术协调成本。

(5)通过三维数字化装配工艺设计与仿真，进行工时分析、车间三维工艺布局、资源规划和评估，有利于提高生产计划的准确度。

(6)可提高企业在产品开发研制方面的快速应变能力，以适应激烈的市场竞争和不同的用户需求。

(7)提高了企业的技术创新能力。

(8)利用数字标工达到装配过程协调以数字量传递，简化和减少了实物工装，并且使用数字测量技术保证了装配质量。