航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配數(shù)字化系統(tǒng)分析

劉文博 鄧佳男 丁震

摘要：我國(guó)航空事業(yè)發(fā)展速度不斷加快，如何保障航空飛機(jī)的穩(wěn)定飛行成為了相關(guān)領(lǐng)域所需要研究的重點(diǎn)內(nèi)容。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是影響飛行狀態(tài)的關(guān)鍵因素，也是得以飛行的重要?jiǎng)恿υ慈?，為了能夠提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效果，需要對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效維護(hù)。傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝基本都是采用二維工藝規(guī)劃，現(xiàn)場(chǎng)的裝配工作也都是由人工方式來(lái)完成。經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)碰撞干涉現(xiàn)象、裝配工藝規(guī)劃不合理、裝配工人不易操作等一系列問(wèn)題。采用虛擬裝配仿真提前對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝進(jìn)行驗(yàn)證，改進(jìn)不合理的裝配工藝，可以有效避免在實(shí)際裝配中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配效率。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);裝配;數(shù)字化

引言

近年來(lái)，航空運(yùn)輸也逐漸成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。當(dāng)前航空行業(yè)發(fā)展速度不斷加快，有關(guān)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的科研任務(wù)量也逐漸增加，其中航空發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字化裝配技術(shù)是需要研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一，既可以提高維修質(zhì)量，保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，又可穩(wěn)步提升裝配效率。

1航空發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)往往采用鈦合金、復(fù)合材料、高溫合金等諸多特殊材料作為基礎(chǔ)材質(zhì)，而該類(lèi)材料往往具備硬度大、強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)、熔點(diǎn)高和脆性大等諸多特質(zhì)，難以通過(guò)傳統(tǒng)模式下的機(jī)械切削方式進(jìn)行有效分割和利用。航空發(fā)動(dòng)機(jī)所需加工的型孔位置絕大部分位于復(fù)雜型面或復(fù)雜零部件結(jié)構(gòu)上，渦輪、燃燒室、噴嘴等部位往往需進(jìn)行菱形網(wǎng)孔的深加工，該類(lèi)位置加工一旦發(fā)生差錯(cuò)，很容易影響最終生產(chǎn)質(zhì)量。此外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)中往往需要在部分薄壁零件甚至彈性零件等低剛度零件表面進(jìn)行鉆孔，其鉆孔困難度大大提升，且航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造過(guò)程中，還需要在精密控制元件和細(xì)微系統(tǒng)零部件上進(jìn)行直徑小于0.1mm的微小孔加工與生產(chǎn)制作，需要在火焰筒的零部件上進(jìn)行大量的具備不同空間結(jié)構(gòu)形態(tài)的小孔加工制作，上述鉆孔加工難度較高，極易因工藝不達(dá)標(biāo)或精確度不夠而造成質(zhì)量不合格。

2航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線

2.1工作原理內(nèi)容分析

在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)裝配過(guò)程中，其裝配線部分主要包括以下內(nèi)容，分別是總裝線和分裝線以及線上工具等?，F(xiàn)階段，針對(duì)總裝線以及分裝線的工作，主要是使用柔性輸送線對(duì)工件進(jìn)行輸送，并且線上生產(chǎn)會(huì)設(shè)置自動(dòng)化的設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)效率起著積極作用。在柔性輸送線內(nèi)容中，其分為兩種，分別是摩擦輥道以及啟停式動(dòng)力輥道。裝配線上使用的自動(dòng)化設(shè)備比較多樣，不同類(lèi)型設(shè)備的應(yīng)用對(duì)裝配線裝配能力提升有著極其重要的作用。當(dāng)前裝配線運(yùn)行方式基本是使用現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式，也就是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分布I/O統(tǒng)一控制方式，對(duì)不同工位以及不同階段的通訊功能進(jìn)行控制。構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)模式的信息監(jiān)控方式，過(guò)程中主要借助以太網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)線上信息采集以及工位監(jiān)控等功能。

2.2發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線技術(shù)相關(guān)要求分析

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，其本身精度及其質(zhì)量與發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線息息相關(guān)，同時(shí)這一階段的生產(chǎn)也是發(fā)動(dòng)機(jī)成型的最終工序，以此對(duì)裝配線的維護(hù)水平以及操作質(zhì)量予以提升。除此之外，裝配線本質(zhì)上屬于工藝流程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，其是流水作業(yè)的一種，不同工位之間均屬于流水性的作業(yè)生產(chǎn)，因此需要保證過(guò)程中的平衡性。重視分裝工作與主裝工位之間的關(guān)系，其屬于對(duì)應(yīng)關(guān)系，兩個(gè)部分工作需要具備流暢的物流以及信息數(shù)據(jù)傳遞。最后確保裝配線以及相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，其活動(dòng)單位具備穩(wěn)定性，裝配線在返修過(guò)程以及返修工位中，針對(duì)突發(fā)性的問(wèn)題采取針對(duì)性地解決措施。

3基于DELMIA數(shù)字化航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配系統(tǒng)

3.1工位流程與人機(jī)任務(wù)設(shè)定

進(jìn)行虛擬裝配總成仿真后，實(shí)際裝配航空發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程中人是必不可少的因素，DELMIA平臺(tái)能更簡(jiǎn)單有效地提供基于人機(jī)工程的航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬裝配仿真。工位流程步驟主要分為：①固定安裝燃燒室。②吊運(yùn)高壓壓氣機(jī)。③智能對(duì)接與調(diào)整。④單元體間緊固件連接。在DELMIA中ErgonomicsModule模塊下創(chuàng)建工人模型，設(shè)定人體參數(shù)性能，規(guī)劃人機(jī)任務(wù)工藝，依靠關(guān)鍵幀融合方法來(lái)模擬工人在工位工藝步驟中的全部連貫復(fù)雜動(dòng)作姿勢(shì)來(lái)進(jìn)行人機(jī)工程仿真。結(jié)合人機(jī)工程技術(shù)，分析工人全部工作操作步驟過(guò)程中的視覺(jué)匹配度、肢體工作空間和疲勞易感度，優(yōu)化不合理工藝。

3.2人機(jī)視覺(jué)匹配度分析

在人機(jī)裝配仿真過(guò)程中，Ergonomics Module環(huán)境下的Openthe Vision Window工藝提供了高效的視覺(jué)匹配度分析，能較準(zhǔn)確地判斷工人在步驟過(guò)程中裝配航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件的位置是否在良好的視野范圍內(nèi)，有效檢測(cè)工人每一個(gè)動(dòng)作姿勢(shì)的視覺(jué)匹配度。通過(guò)人機(jī)工藝的可視性技術(shù)來(lái)直觀地高亮顯示出工人在工位步驟全部過(guò)程中不同位置、不同姿勢(shì)的所有視野范圍。

3.3肢體工作空間分析

裝配的肢體工作空間旨在工人在某一姿勢(shì)時(shí)上肢肢體在三維空間內(nèi)所能達(dá)到的極限范圍，是工人在工作中必須考慮的問(wèn)題。在人機(jī)仿真過(guò)程中，Computes A Reach Envelope工藝的可達(dá)性技術(shù)可以在工人模型周?chē)?jì)算生成一個(gè)上肢可伸展極限范圍內(nèi)的殼體，直觀顯示出工人所有姿勢(shì)下的肢體工作區(qū)域。工人裝配航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件動(dòng)作姿勢(shì)的肢體工作空間則通過(guò)仿真來(lái)衡量工人在工位所有步驟時(shí)手臂是否能達(dá)到工作處的位置。根據(jù)動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則，由包絡(luò)面殼體可知工人在工位中上肢可操作性一直在舒適區(qū)域范圍之內(nèi)。

3.4疲勞易感度分析

從工人姿勢(shì)強(qiáng)度與安全性考慮，對(duì)工人關(guān)鍵的任務(wù)動(dòng)作姿勢(shì)如提起、抓取、擰緊及檢查等工作姿勢(shì)強(qiáng)度進(jìn)行更細(xì)度評(píng)估，確定安裝工人是否能位于且可持續(xù)舒適姿勢(shì)狀態(tài)來(lái)完成工作，并分析一直持續(xù)工作是否會(huì)導(dǎo)致工人身體出現(xiàn)不適等情況。疲勞易感度分析可以通過(guò)系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)則對(duì)工人各肢體姿勢(shì)舒適度進(jìn)行定量綜合評(píng)價(jià)得分，工人模型關(guān)鍵軀干顏色也會(huì)相應(yīng)改變。

結(jié)束語(yǔ)

基于DELMIA數(shù)字化仿真平臺(tái)，在DEP模塊中實(shí)現(xiàn)了虛擬裝配總成仿真，結(jié)合人機(jī)工程技術(shù)全面角度評(píng)估了工人在任務(wù)工序步驟中的視覺(jué)匹配度、肢體工作空間及姿勢(shì)疲勞易感度。采用虛擬裝配技術(shù)可以提前檢測(cè)到航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配優(yōu)化不合理的裝配工藝，提高裝配效率并縮短研制周期。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中具有重要的指導(dǎo)意義，推動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)全面數(shù)字化裝配的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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