基于DELMIA的某型裝甲車綜合傳動(dòng)裝置裝配仿真研究

姜繼春+姜海英+梁嵬+仲民

摘 要：傳統(tǒng)的車輛裝配采用二維設(shè)計(jì)方式，產(chǎn)生的許多問題在設(shè)計(jì)階段都無法得到驗(yàn)證，導(dǎo)致制造周期較長和成本浪費(fèi)。應(yīng)用基于DELMIA的數(shù)字化裝配工藝仿真技術(shù)，進(jìn)行對某型裝甲車綜合傳動(dòng)裝置的三維裝配過程仿真，這樣在工藝準(zhǔn)備階段就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝配工藝中存在的各種空間性、結(jié)構(gòu)性等問題，并對裝配模型結(jié)構(gòu)、裝配路徑、裝配順序等進(jìn)行修改與優(yōu)化，有效地縮短了整車的研制周期及成本。

關(guān)鍵詞：綜合傳動(dòng)裝置；DELMIA；虛擬裝配；工藝仿真；優(yōu)化

引言

在現(xiàn)代制造過程中，虛擬裝配技術(shù)作為重要的環(huán)節(jié)，發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。而綜合傳動(dòng)裝置作為裝甲車必不可少的重要組成部分，凝集轉(zhuǎn)向、變速、傳動(dòng)動(dòng)力、制動(dòng)等多項(xiàng)功能于一體，其零部件數(shù)目必繁多，結(jié)構(gòu)也必然復(fù)雜緊湊、導(dǎo)致其裝配工藝復(fù)雜化。傳統(tǒng)的裝配工藝思想是以工人的經(jīng)驗(yàn)為主，依靠二維圖紙將所有已經(jīng)加工完成的零件進(jìn)行裝配，通常需要反復(fù)修改，嘗試，因此導(dǎo)致整個(gè)制造周期變長且成本增加，產(chǎn)品的市場競爭力下降[2]。本文以DELMIA軟件為依托，采用虛擬裝配技術(shù)就可在工藝準(zhǔn)備階段及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品裝配順序設(shè)計(jì)是否正確合理，保證在實(shí)際裝配最后環(huán)節(jié)不會發(fā)生干涉，并且可以優(yōu)化工藝，從而減少了研制的周期和成本。

1 DELMIA軟件簡介

DELMIA軟件是法國達(dá)索公司推出的一款極具商業(yè)化數(shù)字企業(yè)精益制造交互式應(yīng)用（Digital Enterprise Lean Manufacturing Interaction Application）軟件，它有一個(gè)DPM（Digital Process for Manufacturing）模塊，其中又包含眾多DPM功能模塊，DPM-Assembly Process Simulation模塊就是針對數(shù)字化制造工藝仿真的，不僅能實(shí)現(xiàn)3D工藝規(guī)劃，可以對產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)劃和裝配過程實(shí)現(xiàn)三維模擬仿真并驗(yàn)證[3]。可以在實(shí)際投入生產(chǎn)前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其工藝中不合理因素，然后通過驗(yàn)證分析和改進(jìn)，提高產(chǎn)品的可裝配工藝的合理性。

本文借助DELMIA軟件平臺，研究某型裝甲車綜合傳動(dòng)裝置的虛擬裝配，并在此虛擬裝配環(huán)境中完成其綜合傳動(dòng)裝置的虛擬裝配過程仿真，主要包括其虛擬裝配路徑規(guī)劃和裝配序列規(guī)劃，然后從發(fā)生的干涉和耗費(fèi)的工時(shí)角度對其工藝方法調(diào)整與優(yōu)化。

2 工件裝配模型數(shù)據(jù)預(yù)處理

裝配模型是裝配工藝設(shè)計(jì)的前提基礎(chǔ)，裝配模型的好壞將直接影響裝配工藝設(shè)計(jì)的描述。在進(jìn)行數(shù)字化裝配的實(shí)際工作中，用CATIA建立好的某型裝甲車的綜合傳動(dòng)裝置由于包含的模型信息繁多導(dǎo)致模型的內(nèi)存非常大，在導(dǎo)入DELMIA軟件中花費(fèi)的時(shí)間較長，從而影響了裝配周期。目前來說，CAD、CAE、CAPP、CAM基本上都是相互獨(dú)立地開展工作的。由于在產(chǎn)品生命周期的各階段比如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品分析、產(chǎn)品的工藝規(guī)劃、產(chǎn)品制造等，對產(chǎn)品模型的要求不同，因此導(dǎo)致三維產(chǎn)品模型包含的信息繁多，占用的內(nèi)存大，各部門之間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間長、效率低等問題。本文采取輕量化裝配模型應(yīng)用于裝配操作，采用的是3DXML格式的輕量化模型，它能夠滿足裝配（裝配路徑規(guī)劃、裝配順序規(guī)劃、裝配過程碰撞檢測、干涉分析等）的所有功能要求。某的綜合傳動(dòng)裝置主要部件模型輕量化前后文件大小對比如表1所示。

通過比較某型裝甲車綜合傳動(dòng)裝置主要部件的原三維模型文件和輕量化處理后，可以明顯地看出經(jīng)過輕量化處理后的文大概是原文件的1/15-1/45倍，在CATIA中打開輕量化模型的時(shí)間是打開原文件時(shí)間的10倍左右，從而就可以清晰地看出輕量化模型文件在裝配中的巨大優(yōu)勢。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 某型裝甲車綜合傳動(dòng)裝置裝配過程仿真流程

某型裝甲車綜合傳動(dòng)裝置的裝配主要包括箱體的安裝、變速機(jī)構(gòu)的安裝以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的安裝等。應(yīng)用CATIA/DELMIA軟件進(jìn)行某型裝甲車綜合傳動(dòng)裝置裝配過程仿真的大致流程是先用AEC工廠中Plant Layout模塊創(chuàng)建車間中的資源，比如地面、工作臺等，并根據(jù)實(shí)際情況確定裝配時(shí)所需的相對位置關(guān)系。其次是根據(jù)某傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)，合理劃分裝配單元、定義裝配路徑、確定裝配順序。依據(jù)其裝配工藝規(guī)程生成Activity，可以動(dòng)態(tài)地顯示出其裝配路徑等。及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝配過程中各個(gè)元素之間出現(xiàn)的干涉和碰撞情況，然后根據(jù)查找的干涉原因，對其進(jìn)行驗(yàn)證并優(yōu)化。同時(shí)用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析模塊，使工人完成某個(gè)裝配時(shí)的操作行為及行走路線等，對一些典型裝配行為姿態(tài)進(jìn)行模擬和分析，并準(zhǔn)確地評估人機(jī)性能[4]。

具體流程如圖1所示。

3.2 裝配仿真過程的實(shí)施

3.2.1 導(dǎo)入產(chǎn)品和資源

在Assembly Process Simulation模塊中，點(diǎn)擊Insert Product導(dǎo)入前面的經(jīng)過數(shù)據(jù)處理的產(chǎn)品數(shù)模，以某型裝甲車綜合傳動(dòng)裝置的變速機(jī)構(gòu)為例導(dǎo)入，點(diǎn)擊Insert Resource導(dǎo)入已經(jīng)建立完成的所需資源，如地面、工具等。

3.2.2 工藝過程仿真

首先通過File/New，創(chuàng)建Process Library文件，需要定義各部分裝配工序名稱及從屬關(guān)系，然后通過Insert Activity Library將定義好的工序?qū)隤PR結(jié)構(gòu)樹中的Process List中，按照先前劃分好的裝配單元和裝配順序，定義裝配路徑建立Activity，可以通過PERT圖對其進(jìn)行排列順序即產(chǎn)品的裝配順序，各個(gè)動(dòng)作將按排列的順序進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。某型裝甲車綜合傳動(dòng)裝置裝配順序PERT圖如圖2。綜合傳動(dòng)裝置中各部分機(jī)構(gòu)裝配動(dòng)作由一系列Move Activity組成，點(diǎn)擊Activity圖標(biāo)上的“+”即可看到清晰詳細(xì)地裝配順序。根據(jù)“可拆即可裝”思想，其裝配路徑圖如圖3。

3.2.3干涉與優(yōu)化分析

通過選擇DELMIA中自動(dòng)干涉檢查功能模塊，對其綜合傳動(dòng)裝置的主要部件元素之間進(jìn)行干涉檢查。如若發(fā)現(xiàn)零、部件元素之間，及與工具之間存在干涉時(shí)，會亮色線提示并顯示出干涉域和干涉量，如圖4a。查找原因后發(fā)現(xiàn)，在先前拆卸時(shí)傳動(dòng)齒輪從動(dòng)輪先于變矩器被拆，故在裝配時(shí)發(fā)生干涉。經(jīng)過正確調(diào)整裝配順序，得到正確的裝配仿真過程。

經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證與優(yōu)化，調(diào)整PERT圖中Activity順序關(guān)系，調(diào)整后的GANT圖比之前縮短了13s。

3.2.4 人機(jī)工程分析

通過DELMIA平臺中的人機(jī)作業(yè)仿真和行為分析模塊，進(jìn)行可視性、可達(dá)性、可操做性及裝配作業(yè)姿態(tài)分析等[5，6]。由于該綜合傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間狹小，可操作空間有限，故在做裝配仿真時(shí)，主要模擬了左右側(cè)板、箱體安裝，及排流閥的連接等幾個(gè)關(guān)鍵部件的工人作業(yè)仿真，結(jié)果證明所模擬的零部件均可進(jìn)行操作。

4 結(jié)束語

虛擬裝配仿真技術(shù)已經(jīng)在數(shù)字化制造領(lǐng)域擔(dān)當(dāng)著越來越重要作用，本文通過基于DELMIA的虛擬裝配技術(shù)，對某裝甲車綜合傳動(dòng)裝置進(jìn)行了仿真與分析，使完整的裝配過程變得可視化，達(dá)到了預(yù)期的效果，有效地縮短了其綜合傳動(dòng)裝置的研制周期，在投入實(shí)際生產(chǎn)前，及早的發(fā)現(xiàn)了可能會出現(xiàn)的問題。通過基于DELMIA的產(chǎn)品實(shí)例裝配仿真，推動(dòng)了實(shí)現(xiàn)裝甲車數(shù)字化裝配的步伐。

參考文獻(xiàn)

[1]肖天元.虛擬制造[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2]王濤，李宏才，閆清東.車輛綜合傳動(dòng)裝置虛擬裝配研究[J].車輛與動(dòng)力技術(shù)，2009（4）：16-19.

[3]沈洪權(quán)，胡瓏耀.基于DELMIA的某飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配仿真[J].航空制造技術(shù)，2014：167-170.

[4]王巍，王建芳.某輕型飛機(jī)的虛擬裝配技術(shù)及DELMIIA人機(jī)工程的二次開發(fā)研究[D].沈陽：沈陽航空工業(yè)學(xué)院，2010.

[5]徐靚，李麗娟.飛機(jī)大部件數(shù)字化對接虛擬裝配技術(shù)研究[D].長春：長春理工大學(xué)，2014.

[6]盛選禹，盛選軍，等.DELMIA人機(jī)工程模擬教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：姜海英（1991-），女，漢族，河南省商丘市，碩士研究生，主要從事數(shù)字化裝配技術(shù)研究。