虛擬制造技術(shù)在飛行器設(shè)計(jì)中的運(yùn)用探討

摘 要：隨著航空航天事業(yè)的快速發(fā)展，飛行器制造行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，各種各樣的新型技術(shù)不斷被引進(jìn)到飛行器設(shè)計(jì)制造當(dāng)中，為飛行器設(shè)計(jì)做出了巨大貢獻(xiàn)，極大地推動(dòng)了航空事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。鑒于此，文章對(duì)當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的新型技術(shù)——虛擬制造技術(shù)，技術(shù)群及主體功能進(jìn)行了相應(yīng)介紹，對(duì)其在飛行器設(shè)計(jì)中的具體運(yùn)用進(jìn)行了一定探析。

關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù)；仿真建模；飛行器設(shè)計(jì)；運(yùn)用

前言

面對(duì)新形勢(shì)下給航空行業(yè)、飛行器制造企業(yè)自身所帶來(lái)的諸多新挑戰(zhàn)，為了贏得競(jìng)爭(zhēng)，迎合時(shí)代發(fā)展，企業(yè)不斷嘗試研發(fā)新的產(chǎn)品，改造生產(chǎn)技術(shù)。在這一過(guò)程中，不可避免的會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，在一定程度上造成人力、物力和財(cái)力等資源的不必要浪費(fèi)。將虛擬制造技術(shù)應(yīng)用到飛行器設(shè)計(jì)當(dāng)中，將能夠有效解決上述問(wèn)題，對(duì)提高飛行器設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，提高飛行器生產(chǎn)質(zhì)量具有重要價(jià)值。

1 虛擬制造技術(shù)

1.1 虛擬制造技術(shù)群

隨著虛擬技術(shù)的高速發(fā)展，其開(kāi)始向更多的領(lǐng)域滲透、延伸拓展，開(kāi)始得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并衍生出了許多新型虛擬技術(shù)，如虛擬制造技術(shù)、虛擬裝配技術(shù)、虛擬可視化技術(shù)等等。其中，虛擬制造技術(shù)作為一種新型仿真建模技術(shù)，在飛行器設(shè)計(jì)中有著良好的應(yīng)用，它的軟件設(shè)計(jì)部分相當(dāng)復(fù)雜，且對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著較強(qiáng)的依賴(lài)性。虛擬制造技術(shù)的技術(shù)群主要包括控制技術(shù)群、仿真技術(shù)群和建模技術(shù)群三類(lèi)，控制技術(shù)群主要負(fù)責(zé)對(duì)仿真與建模過(guò)程進(jìn)行組織和管理，提供仿真與建模所需技術(shù)方法[1]。同時(shí)，其還能夠?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)計(jì)成本進(jìn)行估算，對(duì)仿真信息與流程進(jìn)行監(jiān)控。仿真技術(shù)群以虛擬技術(shù)核心部分為基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)劃、制作過(guò)程及產(chǎn)品性能進(jìn)行仿真處理，并為產(chǎn)品生產(chǎn)制造提供相應(yīng)技術(shù)條件。建模技術(shù)群按照層級(jí)劃分可以分為產(chǎn)品級(jí)、車(chē)間級(jí)和企業(yè)級(jí)三個(gè)級(jí)別，產(chǎn)品級(jí)建模主要是對(duì)產(chǎn)品及其生產(chǎn)工藝進(jìn)行建模；車(chē)間級(jí)建模主要用于對(duì)設(shè)備、車(chē)間布局、車(chē)間監(jiān)控和調(diào)度進(jìn)行模型建立；企業(yè)級(jí)建模主要包括成本分析模型、生產(chǎn)決策模型、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型、市場(chǎng)預(yù)測(cè)模型和效益評(píng)估模型等多個(gè)部分。

1.2 虛擬制造技術(shù)的主體功能

虛擬制造技術(shù)的功能多種多樣，它不但可以對(duì)產(chǎn)品的性能、可制造性、可裝配性進(jìn)行數(shù)字化分析，而且能夠?qū)⒅圃煨畔⑷谌氲疆a(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝之中，通過(guò)計(jì)算機(jī)的相應(yīng)處理后，模擬出多種不同產(chǎn)品及制造方案，生成產(chǎn)品制造模型，從而便于生產(chǎn)人員對(duì)產(chǎn)品的進(jìn)一步了解，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案與制造方案。作為一種仿真建模技術(shù)，虛擬制造技術(shù)的主體功能自然是仿真和建模。它通過(guò)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的仿真處理，對(duì)產(chǎn)品工藝、風(fēng)險(xiǎn)效益、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、設(shè)備、調(diào)度等的建模，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品加工過(guò)程的有效評(píng)估，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和效益的有效評(píng)估，從而改進(jìn)產(chǎn)品加工方式，提高生產(chǎn)效率[2]。除此之外，這一主體功能還有助于生產(chǎn)人員對(duì)產(chǎn)品各個(gè)方面的更為詳盡全面的了解，如工藝流程、性能、可制造性等，有助于飛行器生產(chǎn)制造方案的優(yōu)化處理。虛擬制造技術(shù)主體功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴(lài)于兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和嵌入式仿真技術(shù)，這兩種技術(shù)一個(gè)主要負(fù)責(zé)仿真一個(gè)主要負(fù)責(zé)模擬，共同實(shí)現(xiàn)虛擬制造技術(shù)功能的正常發(fā)揮。

2 基于虛擬制造技術(shù)的飛行器設(shè)計(jì)

2.1 生產(chǎn)加工過(guò)程的了解

了解飛行器產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過(guò)程是實(shí)現(xiàn)飛行器有效設(shè)計(jì)的前提基礎(chǔ)，而了解則需要通過(guò)細(xì)致深入的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于飛行器設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的許多問(wèn)題都需要通過(guò)分析、仿真建模處理，而要想取得有效的分析成果，單純的依靠人腦是不夠的，還必須要借助先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與設(shè)備儀器。利用虛擬制造技術(shù)對(duì)飛行器設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行仿真分析與模擬，包括使用嵌入式仿真技術(shù)以動(dòng)態(tài)的形式將飛行器零部件的加工流程、組裝順序、裝配標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)參數(shù)、連接件等表現(xiàn)出來(lái)，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將飛行器的生產(chǎn)工藝、零部件、設(shè)備、調(diào)度等進(jìn)行建模[3]。經(jīng)仿真分析與模型建立，從而找出飛行器在當(dāng)前工藝、加工方式等條件下存在的各種問(wèn)題，并加以及時(shí)有效的處理，補(bǔ)充其中不足，完善設(shè)計(jì)缺陷，優(yōu)化設(shè)計(jì)制造方案，從整體上提升飛行器生產(chǎn)效率。更重要的是，在虛擬制造技術(shù)的使用下，生產(chǎn)人員可以對(duì)飛行器設(shè)計(jì)內(nèi)容及過(guò)程相對(duì)容易的了解和掌握，了解飛行器加工的具體流程，這就為飛行器的良好設(shè)計(jì)與改進(jìn)創(chuàng)新提供了有利條件。

2.2 部件裝配與產(chǎn)品設(shè)計(jì)布局

飛行器作為一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，需要由多種零部件和附件組裝而成，而只有所有構(gòu)件、附件全部安裝精確到位，飛行器的質(zhì)量才能得到可靠保證。但在實(shí)際裝配中，這是一項(xiàng)精細(xì)活，不僅配件、部件數(shù)量多且種類(lèi)復(fù)雜，很容易出現(xiàn)安裝錯(cuò)誤情況，而一旦安裝錯(cuò)誤便會(huì)導(dǎo)致零件報(bào)廢，造成資源浪費(fèi)，生產(chǎn)效率的下降。采用虛擬制造技術(shù)對(duì)飛行器零配件進(jìn)行裝配，可以有效減少錯(cuò)誤情況發(fā)生，減少資源浪費(fèi)，節(jié)約成本[4]。該技術(shù)建模精確度非常高，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三維立體圖樣建模，可以真實(shí)準(zhǔn)確掌握產(chǎn)品的性能、質(zhì)量等特性，為部件的合理正確裝配提供有利條件。不僅如此，它還提供有裝配模擬軟件，能夠?qū)Σ考难b配過(guò)程進(jìn)行模擬，對(duì)飛行器設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，找出其中干擾因素并排除。

以往飛行器設(shè)計(jì)的外形布局都是采用塑料模型，不僅耗時(shí)費(fèi)力，而且難以測(cè)評(píng)和修改。現(xiàn)采用虛擬制造技術(shù)對(duì)飛行器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)布局進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高其合理性，克服傳統(tǒng)缺陷。通過(guò)對(duì)飛行器外形進(jìn)行仿真建模，生成相應(yīng)數(shù)據(jù)報(bào)告，將其布局以三維立體動(dòng)態(tài)的形式呈現(xiàn)出來(lái)，并對(duì)布局過(guò)程進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)化處理。

2.3 產(chǎn)品性能的調(diào)節(jié)

產(chǎn)品性能是使用者對(duì)產(chǎn)品最為關(guān)注的一個(gè)方面，而良好的性能可以有效增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，贏得客戶(hù)青睞。將虛擬制造技術(shù)引入到飛行器的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，對(duì)飛行器的性能進(jìn)行了解與改進(jìn)。鑒于運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)范圍、產(chǎn)品強(qiáng)度與剛度、動(dòng)力學(xué)特性等是影響飛行器性能的主要因素，通過(guò)對(duì)這幾個(gè)因素進(jìn)行明確與合理控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器性能，尤其是動(dòng)力學(xué)性能的有效調(diào)節(jié)。使用虛擬制造技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)飛行器設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬，對(duì)其強(qiáng)度與剛度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，提高運(yùn)動(dòng)關(guān)系協(xié)調(diào)性，明確運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)范圍，分析動(dòng)力學(xué)性能[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

虛擬制造技術(shù)在飛行器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是該技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用，相比于其他多種技術(shù)而言都具有明顯的優(yōu)越性。它可以加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的了解，提高部件裝配與產(chǎn)品設(shè)計(jì)布局的合理性，有效調(diào)節(jié)產(chǎn)品性能，可以對(duì)飛行器進(jìn)行有效的仿真分析與建模。總之，虛擬制造技術(shù)在飛行器設(shè)計(jì)中具有十分巨大的應(yīng)用價(jià)值，具有良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：劉東帥（1985-），男，漢族，吉林省吉林市人，現(xiàn)職稱(chēng)：助教，學(xué)歷：本科，研究方向：飛行器制造工程。