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| 支持飞机大部件装配仿真的协同并行工作模式研究 | |
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在飞机全三维数字化研制的大背景下，基于三维模型的装配工艺设计与仿真已成为其重要的组成部分。与传统装配工艺设计过程相比，这种方式具有良好的可视性、直观性，可对产品装配过程进行可视化定义、验证、分析和展示，在工艺设计初期预见可能发生的各种装配问题，并已经在国内外各大航空制造单位得到了广泛应用和推广[1-4]，并取得了良好的效益。
但在实际应用中，依然存在一些制约装配仿真进一步推广与应用的因素，其中较为突出的是：装配仿真效率较低，严重影响了工艺的进度。例如，在当前已成功的装配仿真实施过程中，主要以“单人单机”模式为主，即单个工艺员在单个计算机针对一个装配站位的工装和资源进行装配仿真，不能并行开展装配仿真工作。特别是对于大部件站位的装配过程仿真而言，由于模型数据大，零件数量多，仿真耗时更长。此外，对于装配仿真过程缺少规范化约束，不同的工艺员定义仿真过程存在多样性且很难进行修改，一旦工艺调整，或者产品、工装结构调整带来仿真返工，无法实现仿真定义的重用，同样导致仿真效率低下。
本文基于DELMIA平台，提出了一种协同并行仿真工作模式，以解决目前飞机大部件装配仿真中“单人单机”模式下耗时长、重复劳动量大以及工作效率低下的问题。在保证装配过程仿真定义完整性的前提下，达到缩短工作周期、提高工作效率的目的。
影响装配仿真效率的原因分析
由于飞机结构的复杂性、多样性，加之全三维设计、关联设计、MBD建模技术的应用，使得由此产生的庞杂信息导致其对应产品设计3D数模容量十分庞大。同时，与产品对应的工装、工具、厂房等配套资源数模往往也十分庞大，特别对飞机大部件（如机翼、机身等）而言，与之匹配的产品、资源数模往往相对其他部件更大，导致装配过程变得越发复杂。因此，在实施飞机装配工艺仿真过程中，影响装配工艺仿真效率的原因可以归为以下几个方面。
（1）仿真拟实程度。
装配仿真的真实程度和其定义过程的完整性密切相关。目前在装配工艺仿真实施过程中，主要以模型的几何属性及其运动行为的定义为主，如创建仿真的视点、定义模型的颜色及透明度、规划定义模型对象的运动路径等，这些几何属性及运动行为定位的详细程度与仿真的拟实程度直接相关，信息定义的越详细，拟实程度就越高。然而，由于几何属性及运动行为定义均需人工交互操作完成，因此，随着装配工艺仿真对仿真拟实程度要求的提高，会导致仿真效率的降低。
（2）模型的复杂程度。
参与仿真的模型的数量、复杂程度、轻量化处理程度，对仿真的效率也存在较大的影响。仿真模型越大，模型所包含的几何与非几何信息也就越多，这一方面会增加仿真定义的工作量，影响到仿真实施的效率；另一方面，由于仿真场景的复杂，也会造成仿真定义操作的延迟，进一步减低工作效率。
（3）仿真分析的细致程度。
仿真分析是装配工艺仿真不可或缺的环节，通过对仿真过程的分析，可以及早发现装配过程中可能出现的各类问题。对于装配工艺仿真而言，仿真分析的主要内容包括产品- 工装的干涉性检查、人体及工具的操作空间分析、工具可达性分析等，而这些仿真分析内容的开展，会影响到整个仿真实施过程的效率。一方面，准确的仿真分析依赖于精确的3D模型，要求模型信息尽可能详实，这样得到的分析结果就越准确，越具有参考价值，然而，这就会增加模型的复杂程度，影响到效率；另一方面，仿真分析依赖于所采用算法的效率，其分析过程也非常耗时。
（4）仿真工作模式。
装配仿真模式涉及仿真工作流程控制、仿真动作定义等。毕竟软件本身仅是提供了一种使能工具，而其不同的应用模式则影响了应用过程中可能出现的各种问题，就仿真延迟而言，依照常见的工作模式，则上文提到的延迟是无可避免的。
（5）软件架构及计算机硬件。
仿真软件的架构是否支持多核，是否支持并行处理，也是影响仿真定义效率的关键因素，这通常由软件本身决定，很难灵活地控制。计算机的CPU、内存、硬盘速度、显卡等硬件性能的发挥水平往往和仿真软件本身的架构和性能密切相关，因此硬件配置也并非越高越好，需要针对软件本身的架构而定制，并且计算机硬件本身也不能无限提高。因此，分析装配工艺仿真的效率，离不开所使用的仿真软件及相应的计算机硬件。综合以上分析可以看出，影响装配工艺仿真效率的因素很多，提高仿真效率的手段也多种多样，可以采用模型轻量化技术、提高仿真分析算法的效率、改进软件架构及计算硬件等，但这些途径提高相对较难，成本也较高。
为此，本文将从仿真的工作模式入手，研究提高仿真工作效率的方法，提出一种并行工作模式，通过仿真工作的并行实施来提高其效率。结合现有装配工艺仿真的应用现状，该模式具有易于实施，成本低等特点。
装配工艺仿真协同并行工作模式
1装配工艺规划与仿真一体化
装配工艺仿真是对工艺意图的可视化展示，更是对工艺规划结果的验证分析，航空企业采用工艺仿真手段进行工艺设计正逐步发展成为产品研制的重要环节。因此，可以简单将装配工艺设计过程分解为工艺规划和工艺仿真两个环节。
传统的工艺规划和工艺仿真流程见图1（a），该流程存在两条线，一是工艺意图到工艺规程编写，再到工艺文件输出的工艺规划过程; 二是工艺意图到工艺过程仿真，再到视频输出的工艺仿真过程。二者之间关系的离散增加了信息孤岛，带来工艺信息的多次输入，信息耦合度较低，彼此之间反馈滞后，最终导致工艺规划及仿真工作量偏大，工艺设计周期长等问题。针对传统装配工艺规划及仿真流程的缺陷，本文提出了数字化装配工艺规划与仿真工作流程图1（b）。该流程综合分析了装配过程的3元素：产品- 资源- 工艺，实现了工艺规划和仿真的集成，实现工艺过程信息的一次输入，提高了工艺规划与仿真之间反馈的耦合度。并且工艺输出集成了文本、图片、视频等多种格式工艺指导文件。 （图片） （图片） （图片） （图片） | |
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