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基于DELMIA的某航天器动力支架装配过程仿真

2017/5/19    来源:互联网    作者:邓云飞  张涛  熊艳丽  刘晓波      
关键字:DELMIA  装配仿真  航天器  
以某航天器动力支架系统总装仿真过程为例,探讨了DELMIA软件在飞行器装配仿真中应用的基本流程,讨论了其中的关键技术,对产品数字化制造仿真具有一定的指导意义和应用价值。

    一、引言

    随着基于MBD(Model-Based Definition)的三维产品设计技术被广泛运用,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。

    二、总体思路

    1.基本原理

    位置变换技术是定义动力支架装配仿真路径规划的关键技术。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:

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    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:

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    2.技术路线

    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,技术路线如图1所示。

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    图1 某产品三维虚拟装配设计技术路线

    三、仿真研究

    1.产品装配特点分析

    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。

    (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。

    (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。

    (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。

    (4)产品装配需要借助工装,需要分析工装的可行性、合理性。

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    图2 产品模型

    2.仿真过程

    (1)虚拟装配建模。

    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。

责任编辑:张纯子
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