基于delmia的某航天器动力支架装配过程仿真

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1、基于DELMIA的某航天器动力支架装配过程仿真-机械制造论文基于DELMIA的某航天器动力支架装配过程仿真撰文/中国运载火箭技术研究院研究发展中心邓云飞张涛熊艳丽首都航天机械公司刘晓波以某航天器动力支架系统总装仿真过程为例，探讨了DELMIA软件在飞行器装配仿真中应用的基本流程，讨论了其中的关键技术，对产品数字化制造仿真具有一定的指导意义和应用价值。一、引言随着基于MBD（Model-BasedDefinition）的三维产品设计技术被广泛运用，飞行器三维协同装配设计、规划成为可能。DELMIA（Digit

2、alEnterpriseLeanManufacturingInteractiveApplication）是达索公司研制的面向制造过程、维护过程和人机工程的数字化制造平台，提供了定义、模拟和分析制造过程的各项功能，应用涵盖了汽车制造、航天航空器设计制造和船舶制造等诸多工业领域。基于DELMIA的三维设计继承了三维模型数据的直观、易懂的优势，同时又使设计、工艺人员能看到产品装配工艺的过程，通过对仿真过程进行分析和交互反馈，缩短设计周期、确保产品方案装配的可行性。波音公司的787飞机已经完全采用航空制造业的数字化

3、三维装配解决方案,实现了整机的三维虚拟装配仿真和验证,极大地减少了设计变更,缩短了工艺规划时间,提高了产量并降低了生产成本。三维数字化装配仿真设计，可实现从传统的以二维装配工艺设计向三维数字化过程仿真、无纸化制造的革命性突破，是打造数字化生产线的重要环节。二、总体思路1.基本原理位置变换技术是定义动力支架装配仿真路径规划的关键技术。动力支架组件坐标平移变换。设待移动组件的初始坐标为(x，y，z)，经过(a，b，c)距离的平移后，终点坐标为(x1，y1，z1)，则组件的位置变换矩阵为：动力支架组件坐标旋转变换

4、。设组件的初始坐标为(x1，y1，z1)，分别绕x，y和z轴旋转θ角度后，终点坐标为(x2，y2，z2)，则组件绕x，y和z轴的位置变换矩阵分别为：2.技术路线本文以某航天器前舱动力支架组件总装过程为研究对象，在对产品结构分析的前提下，在现有制造能力(车间、设备、工艺方法、标准和人力)的基础上，建立某航天器前舱（含动力支架）产品模型、工装模型和厂房环境模型，制定装配流程，确定装配方法，并定义各装配环节所需要的制造资源；在协同三维数字化预装配环境中，使用DELMIA软件，根据工艺流程在软件中完成零件、组件和成

5、品等数模上架、定位、装夹和装配等工序的虚拟操作，验证设计方案的准确性，并用原理样机产品实物进行试验验证，技术路线如图1所示。三、仿真研究1.产品装配特点分析某航天器前舱动力支架组件结构是仪器安装重要结构件之一（图2），安装在航天器前舱结构框架上，用于维持姿控发动机的安装刚度，承担飞行过程中的载荷，安装支架组件通过螺栓和管路接头与飞行器框架连接。该装配过程具有如下特点。（1）产品零件较多，且部分数模格式异构，需要建立匹配的装配模型。（2）界面复杂，安装支架不仅有螺栓连接的机械接口，还有电接插件电气接口，装配过

6、程容易发生干涉，需要设计合理的工艺路径。（3）安装空间狭小，部分螺栓需要特殊工具并进行人机工程分析。（4）产品装配需要借助工装，需要分析工装的可行性、合理性。2.仿真过程（1）虚拟装配建模。虚拟装配建模包括三个方面，一方面是产品模型，产品模型应严格按照实际几何关系和装配关系创建，具有机构运动关系的需要定义机构电子样机，以保证对运动部件进行仿真的准确性，在定义产品模型的过程中要特别注意尽量用统一的软件如CATIA建模，对不同格式的异构模型，需要进行格式转换；第二方面是资源模型，针对产品装配过程实际需要使用的工

7、人、工装、托架、气钻和扳手等，资源模型应单独建立集成的模型资源库，供不同产品装配调用，图3为气钻模型；第三方面是环境模型，应根据装配厂房的实际布局情况，建立厂房吊车，桁架、过道等模型，以布局产品装配的主要路径，图4为装配厂房模型。（2）装配顺序规划。装配顺序规划的步骤为将产品、厂房环境，资源（工装、人、工具和设备）等数据导入到DELMIADPE设计平台后，进行装配工艺设计，根据初步的产品装配方案，构建详细装配工艺序列树，进行工艺序列节点创建（图5）。创建好的工艺序列在后续仿真模拟过程中，对不足之处可以通过软

8、件的逻辑关系进行顺序更改，以实现次序的合理和优化。（3）装配路径规划。装配路径规划为利用已经创建好的装配环境和工艺节点上，通过对安装支架组件装配过程进行三维动态仿真，设计合理的装配路径，在实物装配前发现装配路径问题，发现产品或者工艺设计中的错误，图6为安装支架的路径设计示意图。（4）装配过程仿真。动力支架总装主要是支架与航天器舱段之间的螺栓连接，对螺栓、螺母安装通路中是否有干涉进行仿真尤为关键，直接关系到装配工艺