中航飞机研发中心 陕西汉中 723000
摘要：随着科学技术的快速发展，数字化技术取得了巨大的进步。在飞机研制发展史上数字化技术的应用是一次重大飞跃。但由于我国的飞机装配生产周期长，劳动力投入大，发展飞机数字化装配生产线已经迫在眉睫。基于此，文章探讨分析了飞机数字化装配生产线布局仿真技术，以供参考。
关键词：数字化；装配仿真；生产线
一、飞机数字化装配生产线关键技术
飞机装配是飞机研制非常重要的一个环节。装配过程是将大量飞机零件按照设计和技术要求进行组合、连接，逐步装配成组件、部件，最后将各部件对接成整架飞机的过程，而飞机的装配方式也是一个逐步变化的过程。随着 CAD/CAM 技术、计算机信息技术、自动化技术和网络技术的发展，数字化装配技术逐步取代传统手工装配操作，并逐步形成柔性化、自动化的装配生产线。现代飞机装配的典型特征之一是数字化装配生产线的应用。由于工艺、工装、装配质量等因素的影响，生产线上各装配单元之间存在着紧密的关联和联系，任何一个装配环节的进度和质量都会影响全局生产线的装配效率和精度。因此，为了实现飞机数字化装配生产线的生产能力均衡与动态调度，提高装配效率和装配质量，进行数字化装配生产线全局模型构建成为必要的基础工作。
飞机数字化装配生产线布局是根据产品装配类型（部装，总装）、生产批次纲领、装配工艺规程等主要因素选择柔性工装、测量与检测设备、存贮与停放设备、输送设备、物流管理并结合车间场地、空间的结构特点、装配工艺约束以及人员的分布合理布局。通过对柔性制造技术、自动化装配技术、数字化测量技术、精益制造及信息化等先进技术应用设备与规划进行集成。不同机型数字化装配生产线采用模块化结构的自动化装配系统。
在生产线布局仿真时主要通过各项关键技术进行布局仿真。建立数字化测量系统（包括激光跟踪仪、三坐标测量仪、激光传感器等）实时跟踪工装装配与产品装配时位置仿真，为装备的精确加工、产品位姿调整和对接装配提供依据。针对几种型号飞机零部件特点，多自由度柔性定位方法，建立基于误差反馈的多自由度联动，实现在容差约束下零部件定位误差实时调整仿真，保证多型号零部件装配准确度要求。建立自动钻铆机、钻铆过程刀具精准定位机械加工仿真，实现机构柔性化、钻铆定位精准化，提高装配后零部件装配精度和效率。建立装配单元多系统协同控制、集成管理物流仿真，满足各种需求的物流编码识别、监控和输送系统仿真，实现飞机数字化生产线集成控制可视化参考。
二、三维装配仿真技术应用于飞机数字化装配的要点
1、飞机装配顺序验证中三维装配仿真技术的应用
利用三维装配仿真技术可以在虚拟的情况下，对飞机装配过程进行动态而连续的仿真，这有利于对飞机零部件进行精确的检验，还有利于对飞机装配顺序的确定和验证，以发现飞机数字化装配过程中顺序存在的问题和错误，以利于提高飞机装配的效率与质量。
2、人机工程装配中三维装配仿真技术的应用
人机工程是飞机重要的系统，在飞机装配中人机工程是关键的环节，特别是飞机重要的操作离不开人的参与，因此，要高度重视飞机人机工程的装配操作。利用三维装配仿真技术可以在产品结构和工装结构环境中，将标准人体的三维模型放入虚拟装配环境中，按照工艺流程进行装配，对工人工作特性进行分析，具有可视性、可达性、可操作性、安全性及舒适性。
3、数字化工厂中三维装配仿真技术的应用
利用三维装配仿真技术可以在数字条件下建立厂房、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。通过仿真使车间布局更加符合工艺布局可以设计最短运输路线、生产力均衡、充分利用空间和场地、方便运输并且快速重组。
4、可视化装配中三维装配仿真技术的应用
利用三维装配仿真技术可以实现三维装配这一功能，操作者能够采用终端电脑或手持电脑读取这些信息，使工人能够准确、迅速地查阅装配过程中需要的信息，在生产现场指导工人对飞机进行装配，帮助工人直观了解装配过程，实现可视化装配。
三、飞机数字化装配生产线布局仿真
布局仿真所用的设备模型制作与一般工程类的软件制作的模型有所不同，如自动钻铆机，柔性工装，电力控制室，移动小车等可直接依据其外形进行对应的真实模型构建，前期快速建模与生产线布局效果如图1所示。
图1 后机身部分生产线工位
飞机数字化装配生产线布局上所用的设备、工装等模型不仅是对外形的建模与模型处理，而且对辅助设备的停放空间及柔性工装等复杂装置内部结构的构造同等重要，在保证生产线布局与工艺仿真等功能完整的情况下实施渲染最终完整表达。
1 仿真技术软件对比
应用于飞机装配生产线仿真领域三维软件较多，如软件ProE，CATIA，DALMIA及一些三维实体效果的动画软件3DMAX等，相比之下该类软件在可视化效果表达之中缺乏有相应的灵活性。飞机数字化装配生产线众多软件在模型制作及效果处理中，软件Maya作为前期生产线快速建模与布局仿真参考已经得到了许多工程领域的应用。Maya在快速建模的过程中操作非常灵活，在材质和灯光处理方面也表现了强大的优势。从生产线各方面引用来看，Maya的功能较齐全且便利，在飞机装配生产线前期方案布局仿真中深入的应用，为前期生产线虚拟规划参考具有重要意义。
2、制作流程分析
飞机数字化装配生产线的设备、工装等布局三维模型的构建都需要参数化，在生产线布局上所用设备、工装等三维数字建模时，通过大量的收集相关实景采样图像和矢量图片，运用形态学原理对生产线布局所用模型外形尺寸进行形态分析，推测和模拟。生产线所用模型在Maya中制作流程如图4所示。对飞机装配生产线上现有CATIA参数化的三维模型可以直接转换格式导入到Maya软件中进行虚拟仿真动态效果的制作。CATIA模型导入到Maya软件中转换方法如图2所示。
图2 模型转换格式及流程
3、数字化生产线仿真动态演示
仿真动态效果越来越广泛的应用和足够的重视，使生产线虚拟运转对前期布局参考较重要。飞机装配生产线的运行利用Maya做仿真主要有以下几种目的：
3.1 飞机装配生产线的全局布局进行三维立体全方位的展示，同时可以做3D效果；
3.2 模拟生产线上设备、工装等运行过程；统计设备的生产能力，对设备模型按照不同阶段与工时优化选取随时进行修改；
3.3 对整个装配生产线上所用设备系统、厂房配置及人员的分布进行真实的画面展示；
3.4 对生产线上产品与设备的整体布局在仿真运行时干涉和各种突发问题及时可视化解决。Maya动画仿真模块，如离子碰撞，炸弹爆炸，物理化学现象分析等，对于生产线的仿真动画可以采用简单的序列帧制作，具体制作流程如图3所示。
图3 仿真动画输出流程图
飞机数字化装配生产线仿真动画和一般的展示动画有所不同，展示动画就是对生产线的全局进行动画演示，外形的准确把握，画面的调整及展示的角度相对比较重要，生产线装配动画包括设备内部结构、某个工位加工、装配过程与关键技术原理等都需表达，部分工位调整局部细节展示。
结束语
通过数字化技术在飞机装配工艺设计体系中的应用，得以飞机制造企业三维数字化装配工艺设计及仿真的质量和效率 ．目前国内飞机装配生产线的研究起步较晚但进展比较迅速，因而将生产线的布局提前表达作为后期方案规划参考非常重要。
参考文献：
[1]范玉清，梅中义，陶剑.大型飞机数字化制造工程[M].北京航空工业出版社，2011.
[2]毕利文，唐晓东，杨红宇.飞机数字化装配工艺仿真技术[J].航空制造技术，2008，20：48-50.
[3]皮兴忠.装配线平衡和仿真技术的研究与应用[D].上海交通大学，2002.
[4]董梁，高文婷.Maya完全学习手册[M].北京：清华大学出版社，2005.
低砂浆的力学性能。
3.不同温度的石英砂对干粉砂浆保水性的影响
水泥、粉煤灰、砂、水和保水性材料戈麦斯用量保持不变，室内温度基本维持在20℃不变，改变砂的温度，研究不同温度的砂对干粉砂浆保水性的影响。试验中，保水性材料采用的拌合方式为，戈麦斯先掺入到20%的水泥质量中搅拌均匀，再整体搅拌混合料。
随着砂温度的升高，砂浆的保水性升高，当掺入砂的温度达到40℃时，保水性达到最大值，随着温度的升高，保水性随之下降。砂浆的流动度与保水性情况一样。这是因为随着温度的升高，保水性材料的活性较高，对砂浆的保水性和流动度都有提高。随着温度的进一步提高，水份的蒸发效应越来越厉害，保水性与流动度随之降低。
4.不同量的减水剂对干粉砂浆保水性的影响
水泥、粉煤灰、砂、水的用量保持不变，减水剂为聚羧酸盐，改变减水剂的掺量，研究不同掺量的减水剂对干粉砂浆保水性的影响。
随着聚羧酸盐掺量的增加，干粉砂浆的保水性越来越高，当聚羧酸盐掺量达到0.396g时，砂浆的保水性达到最大值，随后，随之掺量的继续增加，保水性降低。这说明，减水剂掺量不宜过大，否则会对砂浆的保水性产生不利影响。砂浆的流动度随之减水剂掺量的不断增加，流动度不断增大，最后增加到一个最大平衡值，基本维持不变，再增加减水剂用量，流动度基本不变。
六、结束语
通过对柔性粘结砂浆的性能影响因素的相关研究，我们可以发现，其性能影响因素是多方面的，有关人员应该从柔性粘结砂浆应用的客观环境出发，在充分融合其影响因素的基础上，研究制定最为科学合理的柔性粘结砂浆运用方案。
参考文献：
[1]刘文斌，张雄.无机矿物掺合料在粘结砂浆中的应用研究[J].新型建筑材料.2011（02）：151-153.
[2]陈明凤，王春阳，彭家慧，谢厚礼.柔性粘结砂浆的性能影响因素分析[J].新型建筑材料.2010（05）：114-115.
[3]陈集阳，施恩斌，刘军，王惠明.GS聚苯板外保温系统聚合物砂浆的研制与应用[J].化学建材.2010（06）：145-150.
错缝和纵向错缝出现的概率。
效果验证：2014年4月20日，本小组成员协同甲方、监理对西区一层采用从中间向两边法铺贴的大理石板块进行检查验收，发现扇面整体错缝发生率趋近于零，从而保证了大理石板块铺贴的观感质量。
实施三：现场培训、数据交底、分类下料
1、邀请临沭大通石材厂相关下料专业技术人员来工地予以技术指导，对大理石板材切割下料时具体操作的方式、方法及重点、难点进行培训讲解，确保施工现场下料人员能够按照正确的操作方法熟练地进行切割施工。
2、下料前，采用计算机CAD画图排版，由小组成员对下料人员进行具体数据交底，并检查模具的尺寸是否标准。
3、要求原材分类下料，相同尺寸的板材整齐叠放在一起，以便于检查、校对。
效果验证：通过对原材加工人员的培训学习和现场配合，在2014年4月21日加工棚内对现场加工的成品进行逐个检查，并未发现误差>1mm的板块，从而可以确定此对策的实施提高了板材尺寸的标准度，保证了大理石板块铺贴的施工质量。
铺贴方法：采用放射形等腰梯形板块铺贴，最内侧板边尺寸600mm，然后向外逐块放射加大，至最外侧板边为672mm，同一板块上底宽与下底宽相差4mm，里外采用200mm宽黑色镶边。
实施四：分类标记与试排检查
1、不同尺寸规格的成品板块按预定编号次序分类摆放，编号人员依次进行编号标记，按照编号的次序成批运至施工地点。
2、运至施工地点试排后，经质检人员监督检查验收合格后再进行正式作业。
效果验证：在2014年4月22日，由小组成员对西区一层现场按照对策实施的方法进行检查，发现板块分类堆放整齐，编号尺寸与交底尺寸相一致，原材编号的准确度及效率有了很大的提高。
七、效果检查
各项对策实施后，2014年04月24日小组成员对西区一层室外走廊大理石板材地面的观感质量进行检查，共检查350个点，合格点为336个，合格率为96%，小组活动目标实现。
效益分析：
1、经济效益
通过本次小组研究，不仅提高了扇面大理石板块地面的观感质量，也避免了因观感质量差造成返工找补浪费的费用。据测算，措施实施后施工的西区一层和实施前的东区一层相比，共节省人工6个×200元/个=1200元，材料费300㎡ ×52元/㎡=15600元，东西南北区5个区域开展研究活动以后施工总效益为：人工1200×5=6000元，材料费15600×5=78000元。施工总工期也比原计划提前20天完成。
2、社会效益：
用放射法铺贴等腰梯形大理石板块扇面地面观感质量的提高，受到了甲方、监理以及大学指挥部领导的一致好评，树立了企业形象，取得了良好的社会效益。
通过**大学体育中心体育场工程扇形大理石地面工程观感质量的研究，采用放射法铺贴，可以有效提高大面积扇形大理石地面的观感质量。随着BIM技术在建筑领域的应用和软件技术的进步，对于提高不规则地面观感质量又有了新的机遇，相信会有越来越多的施工方法和措施出现。
参考文献：
[1]建筑地面施工质量验收规范，GB50209-2010
[2]山东省建筑工程施工工艺规程，DBJ14-032-2004
论文作者:王亚萍
论文发表刊物:《基层建设》2015年18期供稿
论文发表时间:2016/1/12
标签：生产线论文; 飞机论文; 砂浆论文; 布局论文; 仿真技术论文; 水性论文; 模型论文; 《基层建设》2015年18期供稿论文;