可视化装配技术应用研究

可视化装配技术应用研究

摘要：简述了传统装配工艺设计中存在的四个问题，并分别利用可视化装配技术中三维规划技术、干涉分析技术、三维图解技术、仿真动画技术四个关键技术逐一解决。

关键词：装配；可视化；三维模型；

0 引言

传统的发动机装配工艺设计可以分为发动机装配工艺规划、装配工装的设计和装配工艺规程编制，主要依赖工艺人员的技术水平、经验以及对发动机二维图纸等资料的理解来完成。二维工程图纸的不直观性，给复杂结构的发动机装配工艺设计带来了很大难度。随着三维设计软件的引入，各型号发动机三维模型和型号装配所需的工装模型均已基本齐全，发展可视化装配技术的时机已经成熟，可以应用可视化装配技术解决传统发动机装配工艺设计中存在的问题。

1 传统装配工艺设计中存在的问题

传统装配工艺设计是指在二维图纸基础上的发动机装配工艺设计方式。其特点在于通过二维图纸传递发动机结构和装配关系信息；实物装配检验作为唯一的装配性检验手段；复杂装配过程设计一次成功率不高。总结传统装配工艺设计中存在的问题如下：

⑴工艺规划周期长，优化程度低。传统的工艺规划为二维规划，

工艺人员需要查阅大量图纸和文件，消化吸收，这需要一个长期过程，因此在工艺规化阶段很难形成多套工艺方案加以比较寻优。此外由于二维图纸不够直观，工艺人员在规划时很难统筹思考各方面、各层次的工艺问题，很难对最终规划进行全局优化。

⑵工装设计一次性成功率低。二维设计环境不具备三维检测能力，对工装中一些干涉或不合理处缺少有效的检测手段是导致工装设计一次性成功率的根本原因。工装是发动机装配的重要保证，工装设计一次性成功率低直接增加了装配成本，影响了发动机装配进度。

⑶装配工艺规程可理解性差。传统装配工艺规程以二维图纸和说明文件为主要内容，这种方式需要经过一定装配技术培训的操作者才能顺利理解。工艺规程可理解性差，主要原因有：①二维工程图表达装配信息，直观性差，不得不借助大量文字表达装配信息，导致了规程生涩难懂；②装配操作者整体技能及专业知识储备不足，难以直接从二维图中获取装配所需信息。装配工艺规程是指导发动机装配的重要文件，其可理解性直接影响着发动机装配质量与效率。

⑷缺乏有效的培训手段。目前的培训手段主要是工艺人员依据二维图纸、装配工艺规程反复讲解。这种培训方式周期长，见效低。发动机结构复杂，装配操作者需要一定的经验和技能，熟练掌握经验和技能是个长期过程。缺少生动直观动态示教手段缩短这个过程，直接导致了人工成本的上升。

2 基于可视化技术的装配工艺设计

装配工艺可视化设计是在产品三维实体模型的基础上，利用计算机技术，信息技术和人工智能技术，来规划装配工艺与仿真实际装配过程。其通过建立一个虚拟的装配环境，可视化地分析各种可行装配方案，最终得到一个合理、经济、符合人机工程的装配方案，达到优化工艺设计、避免或减少实物制造、缩短研制周期、降低成本、提高装配操作人员培训速度、提高装配质量和效率的目的。它克服了传统发动机装配工艺设计中主要依赖于人的装配经验和知识以及设计难度大、效率低、优化程度低等问题。

针对目前发动机装配工艺中存在的问题可以利用三维规划技术、干涉分析技术、三维图解技术、仿真动画技术等可视化装配关键技术予以解决。

3 可视化装配关键技术的应用

3.1三维规划技术

三维规划技术利用发动机三维数模与设计BOM在计算机中直接进行发动机装配工艺规划，制定零部件模型装配顺序及装配路径，并通过仿真，验证装配序列及装配路径规划的可行性与合理性。

目前主要采取“可拆即可装”的装配序列规划方法，通过拆卸装配体模型来确定产品的拆卸顺序，以拆卸顺序的逆序为产品的装配顺

序。

中央传动齿轮箱装配序列规划时，将中央传动齿轮箱总成模型，依次拆分成图1所示的八个零组件（2-9），其中组件6（主动齿轮组件）依次拆分为四个零件（10-13），组件8（从动齿轮组件）拆分为九个零组件（14-22），逆序后求得各零组件装配序列。依照拆卸结果，将整个装配划分为从动齿轮组件装配（装配顺序如蓝色线路显示）、主动齿轮组件装配（装配顺序如绿色线路显示）、中央传动最终装配（装配顺序如红色线路显示）三大工序，二十一个工步。

通过三维规划技术，可大大提高装配规划的效率，并且能够快速得出多种方案，逐一对比实现装配规划的优化设计。

3.2干涉分析技术

干涉碰撞分析是判定工装设计是否合理的重要手段。现实表明装配工装设计失败，大都因为存在干涉，干涉直接影响着工装设计的合理性，工装设计定型前必须消除。

干涉可分为静态干涉和动态干涉两类。静态干涉主要由于设计失误，零件几何形状及尺寸存在缺陷，导致装配体内部零件与零件之间存在干涉。动态干涉是指机件运动过程与装配体其余部件发生的碰撞。

干涉分析技术可直接用于判断工装设计是否合理。工装模型与发动机模型组装后，通过间隙检查可以直观检测工装与发动机模型间是否存在静态干涉；通过工装功能的动态仿真，利用交互式冲突碰撞检查可以直观检测工装使用过程中是否与发动机模型发生动态干涉。

图2为高涡转子叶片外撑工装的间隙检查结果，干涉处以带颜色线条显示。分析表明由于压块设计不合理，压块与转子叶片存在相交干涉，需对压块进行切角处理。

干涉碰撞分析可以帮助工艺人员在设计阶段就能发现工装设计中存在的缺陷或错误，这对于提高工装设计一次性成功率有着极大的意义，节约了工装设计成本的同时保证了型号装配周期。

3.3三维图解技术

三维图解是利用可视化装配仿真软件输出的具有立体感的高清图片。采用三维图解技术，可以形象表达发动机结构信息及装配工装使用方法。

三维图解中，轴向爆炸图可以大致说明装配体各大小零件先后装配次序；三维立体剖切图用于表达装配体内部结构及大小零件相对位置关系，三维标注可以精确表达各零件相互安装位置及外形大小；局部放大可以表达装配体细节特征，透视或透明化处理可以看清装配体