使用DELMIA在飞机中机身上部装配工艺仿真运用

DELMIA飞机中机身上部装配工艺仿真激光跟踪仪在飞机装配中的运用专业综合实训（现代飞机装配部分）实验报告目录第一章飞机中机身上部装配工艺仿真 (1)1 飞机装配仿真技术 (1)2飞机装配工艺仿真软件 (2)3 飞机机身结构及零件分析 (3)3.1机身总装图 (3)3.2机身典型零件 (3)4 飞机机身结构件装配顺序的规划 (5)4.1工艺分离面和设计分离面 (5)4.2装配基准的选择 (6)4.3工装设备的选用 (7)5飞机上半机身装配方案及DELMIA仿真 (8)5.1装配仿真流程 (8)5.2装配序列规划 (8)5.3装配路径规划 (9)5.4装配工艺仿真过程 (10)5.5装配干涉检查 (12)第一章飞机中机身上部装配工艺仿真1 飞机装配仿真技术在现代制造企业的生产流程中，工艺设计工作贯穿于整个制造流程当中，是生产技术准备工作的第一步。

工艺设计工作不仅涉及到企业的生产类型、产品结构、工艺装备、生产技术水平等，而且还要受到工艺人员实际经验和生产管理体制的制约，其中的任何一个因素发生变化，都可能导致工艺方案的变化。

工艺总方案、工艺路线规划和工艺规程是指导工装制造和零件装配的主要依据，它们对组织生产、保证产品质量、提高生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接影响，因此工艺设计是整个生产流程中的关键性工作。

以往装配工艺的设计工作主要是依赖工艺人员个人的技术水平和经验，工艺人员根据产品图纸、工艺标准、工装、设备等，所做的工艺设计在车间实际生产（式制）时，还要不断更改，不能保证其装配工艺设计的合理性、适用性。

而大型飞机由于尺寸大，零件数量多，结构复杂，协调部位多，装配工艺设计不可避免地存在问题。

但装配工艺设计中隐藏的错误难以在设计过程中被发现，装配工艺的优化基本上是凭工艺员的经验，工艺设计中存在的问题往往要在产品实际装配过程中才被发现 , 因此装配工艺设计的错误带来了产品、周期、人力和费用的损失。

要检验装配工艺设计是否可行，过去也只有靠实际生产检验工艺方案，不断更改直到生产定型，一般成本比较高、周期比较长。

随着现代计算机技术的发展，飞机设计已采用三维数字化技术。

飞机的每个零件在计算机中按1∶1比例，以立体形式表现，这为随之而来的装配过程仿真技术奠定了基础。

由于大飞机结构零件数量多，装配关系极其复杂，又需要有大量的制造资源支持，致使装配工艺设计难度很大，仅凭工艺工程师的个人经验，在数字化装配工艺过程设计中难免会有各种工艺设计错误或工艺设计不合理的情况，如果这些错误在产品实际装配过程才发现的话，就会造成大量的产品、资源返工和工艺修改，甚至整个工艺布局和装配流程的调整，给制造周期、生产成本等都将带来不可估量的损失。

所以三维数字化装配过程仿真是产品实物在实施装配以前对装配工艺进行验证的最佳方法，它时间短、费用低等多优点。

2飞机装配工艺仿真软件DELMIA（Digital Enterprise Lean Manufacturing Interactive Application）是一款数字化企业的互动制造应用软件。

是一款由法国达索系统公司(Dassault System)开发的软件。

DELMIA在国内外广泛应用于航空航天、汽车、造船等制造业支柱行业DELMIA涵盖飞机设计、制造及维护过程中的所有工艺设计，使用户能够利用3D 设计模型即可完成产品工艺的设计与验证。

DELMIA数字制造解决方案建立于一个开放式结构的产品、工艺与资源组合模型(PPR)上，可以在整个产品研发过程中持续不断的进行产品的工艺编制与验证。

同时，可以实现与CATIA、ENOVIA、SMARTEAM、LMS 等系统的无缝集成，有效的利用已经设计好的数据，并且可以使制造业的专业知识能被提取出来，让最佳的产业经验得以重复利用。

使用DELMIA产品，可以得到生产效率、安全性及质量方面的最大效益，同时降低成本。

DELMIA中的DPM(Digital Process Manufacturing)（数字制造工艺）工艺细节规划和验证应用环境，将 DPE 产生的结构和图表结合生产制造规则形成 3维虚拟制造环境，以实际产品的 3D（或 DMU）模型，构造 3D 工艺过程，分析产品的可制性、可达性、可拆卸性和可维护性，实现 3D 产品数据与 3D 工艺数据的同步的、真正的并行工程环境。

主要模块有 ELMIA DPM Assembly、DELMIA DPM Envision Assembly、DELMIA BIW、DELMIA Powertrain。

图2-1 DELMIA软件仿真模块3 飞机机身结构及零件分析3.1机身总装图某型号飞机机身上半筒形件的总装配图如图3-1所示，其主要由三块蒙皮，若干的长桁，隔框和其他连接零件组成。

图3-1 机身总装配图3.2机身典型零件1、蒙皮机身蒙皮在构造上的功用是构成机身的气动外形，并保持表面光滑，它承受局部空气动力，在增压密封座舱部位的蒙皮将承受内压载荷，蒙皮将其传递给机身骨架。

在本机身中蒙皮分为三块，分为机身上部分蒙皮，左侧蒙皮，右侧蒙皮，蒙皮的草图如图3-2所示，蒙皮厚度为3mm，蒙皮的曲率半径为1500mm，长度为5000mm。

图3-2 蒙皮（上部分及侧面部分）结构草图蒙皮长桁隔框2、长桁长桁作为机身结构的纵向构件，在桁条式机身中主要用来承受机身弯曲引起的轴向力。

另外长桁对蒙皮有支持作用，它提高了蒙皮的受压、受剪失稳临界应力；其次它承受部分作用在机身蒙皮上的气动力并传给隔框。

长飞机上长桁的截面形状有“L”型、“Z”型、“J”型和“T”型等，本次采用的结构为L型，长桁的结构草图及截面尺寸见下图3-3，3-4。

图3-3长桁结构草图图3-4 长桁截面图3、隔框隔框分为普通框和加强框。

普通框主要用于维持机身的截面形状，承受蒙皮的局部载荷。

对蒙皮和长桁起支持作用。

普通框一般为环形钣金件。

加强框除上述作用外，其主要功用是将装载的质量力和其他部件（如机翼和尾翼等）上的载荷，经连接接头传递到机身结构上将集中力加以分散。

隔框的结构草图见下图3-5所示。

图3-5 隔框结构草图（左）及截面（右）4 飞机机身结构件装配顺序的规划4.1工艺分离面和设计分离面对飞机结构来说，根据使用、运输、维护等方面的需要将整架飞机在结构上进行划分多个部件、段件和组件；根据飞机结构的特点，及工艺分离面将其分为上右壁板、上壁板、上右壁板和隔框。

这些部件、段件和组件之间一般采用可拆卸的连接，这样所形成的可拆卸的分离面就是设计分离面。

即使飞机被划分成多个部件，这样的部件还是十分复杂的，由于部件的划分是按照功能、实用等划分的，因此在部件装配的时候还需要将部件进一步划分从而形成更小的板件、段件、组合件等等；这些组合件在装配时一般采用不可拆卸的连接，他们之间的分离面称为工艺分离面。

合理的划分工艺分离面，也就是合理地对部件进行剖分，对制造是极有好处的。

增加了平行装配工作面，提高了装配工作的机械化和自动化；改善了装配工作的开放性，有利于提高产品的装配质量。

根据机身的结构特点，在装配过程中需要将机身分为多个部分，工艺分离面必不可少，因此在这里我们将机身上半段分为以下几个部分，上右壁板，上壁板，上左壁板，隔框，其中的接触面为工艺分离面，图4-1为装配各部分分离工装设计。

图4-1 装配各部分分离工装设计4.2装配基准的选择1、以骨架表面为装配基准装配时的准确度以骨架表面为装配基准装配时，外形误差主要由骨架零件外形误差、骨架装配误差、蒙皮厚度误差、蒙皮与骨架贴合间隙及装配变形组成。

产品的装配准确度主要取决于骨架外形准确度（包括零件制造和骨架装配的准确度），误差积累为“由内向外”，误差积累的最终结果都反映到部件的蒙皮外形上。

2、以蒙皮为装配基准装配时的准确度采用以蒙皮外表面为装配基准时，外形误差主要由卡板外形误差、蒙皮与卡板贴合间隙及装配变形组成。

产品的外形准确度主要取决于型架制造准确度和装配连接的变形。

误差积累为“由外向内”，所积累的误差在骨架内部装配时可用补偿件进行消除。

其装配的误差尺寸链方程。

1-桁条；2-撑杆；3-卡板；4-蒙皮；5-翼肋图4-2 以蒙皮外形为装配基准3、以工艺孔为装配基准装配时的准确度以工艺孔为装配基准的准确度其装配过程是：蒙皮与部分骨架零件先装成板件，而部件骨架按定位孔在型架中定位装配，型架上不用卡板，然后蒙皮板件按装配孔在部件骨架上定位并连接，最后形成部件外形。

以工艺孔为装配基准的准确度主要取决于工艺孔的协调制造方法，以及定位时孔销的配合精度。

无论是以哪一种方法作为基准，选择定位基准和装配基准都应遵循四个原则：●装配定位基准与设计基准统一原则●装配定位基准与零件加工基准统一原则●装配基准与定位基准重合原则●基准不变原则因此根据上半部分机身特点，在装配的过程中，采用以蒙皮外形基准为装配基准的方法，进行装配。

4.3工装设备的选用在装配的过程中，采用了以蒙皮外形为基准的方法进行装配，因此需要有一定的工装设备对蒙皮进行固定，以保证装配时的精度，这就是装配型架。

装配型架的功用是：保证进入装配型架装配的低刚度飞机零件、装配件能准确、迅速地定位、夹紧，保证其有正确的几何开关和位置，并限制它在连接装配过程中的变形，使装配后装配件的几何形状和尺寸在规定的公差范围内，以满足产品的制造准确度和协调准确度要求，从而达到产品的装配协调和互换。

图4-3 装配型架5飞机上半机身装配方案及DELMIA仿真5.1装配仿真流程在上部分中，对飞机装配工艺进行了分析与讨论，深入研究了飞机装配结构的划分、定位方法、装配基准、协调方法和工装设计等方面。

本小节将结合飞机装配工艺及装配过程，应用DELMIA 系统仿真飞机装配，仿真流程如图如5-1 所示。

以数字化模型代替实体在 DELMIA 环境下进行飞机装配过程的仿真，确保产品的可装配性，并合理规划及布置装配资源。

飞机装配仿真流程分析如下：图5-1 飞机装配仿真流程5.2装配序列规划产品装配序列规划(Assembly Sequence Planning，ASP)是产品装配过程中零部件装配序列的指令，产品中零件之间的几何关系、物理结构及功能决定了产品的装配序列。

产品装配序列规划是飞机装配仿真的关键环节。

装配同一产品可以采用不同的装配顺序，这些不同的装配顺序形成了不同的装配序列按照某些装配序列，可以较顺利地组织装配，最终达到设计要求；而有些装配序列的采用，由于各种原因，却不能达到指定的装配目标。

装配序列的优劣直接影响到产品的可装配性、装配成本、装配质量。

图5-2 上半筒形状飞机机身上班筒形件结构如图5-2所示，按照之前对工艺分离面的设计，可以将装配按照组件的识别与划分和拆卸法，对该型号机身进行装配序列规划。