虚拟装配技术在飞行器结构设计中应用研究

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1、*虚拟装配技术在飞行器结构设计中应用研究娄依志1，周永平2，3，申亮1，费王华1(1．中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京100076;2．空间物理重点实验室，北京100076;3．北京临近空间飞行器系统工程研究所，北京100076)摘要:通过分析飞行器结构装配的特点和难点，在分析虚拟装配的特征和关键的基础上，引入虚拟装配方法，对复杂飞行器结构设计中的虚拟装配实施方案进行探讨和应用，并作出与装配相关的工程决策，可以有效地提高产品装配质量和速度，能够有效地减少设计过程中由于装配而导致的设计反复。关键词:飞行器虚拟装配结构设计中图分类号:

2、TG95文献标志码:A文章编号:1007－4414(2014)04－0125－03ＲesearchonApplicationofVirtualAssemblyTechnologyinAircraftStructureDesignLOUYi－zhi1，ZHOUYong－ping2，3，SHENLiang1，FEIWang－hua1(1．Ｒ＆DCenter，ChineseAcademyofLaunchVehicleTechnology，Beijing100076，China;2．KeyLaboratoryofSpacePhysics，Beij

3、ing100076，China;3．BeijingInstitueofNearSpacecraftSystemEngineering，Beijing100076，China)Abstract:Byanalyzingthecharacteristicsanddifficultiesofassemblyofaircraftstructure，andanalyzingthecharacteristicsandthekeyofvirtualassembly，themethodofvirtualassemblyisintroduced．Theimp

4、lementationplanofvirtualassemblyforcomplexmissilestructureisfocusedon，andengineeringdecisionrelatedtovirtualassemblyismade，whichcaneffectivelyimprovereducedesignerrorbyassemblyinproductdesign．Keywords:aircraft;virtualassembly;structuredesign0引言装配是产品设计和制造的最终环节，并且也是最重要的环节之一

5、，产品的可装配性直接影响开发成本和开发周期，对产品质量起着决定性的作用，因此装配设计是产品开发的重要步骤之一。实际装配过程中，通常是以力为作用条件，实现零部件的抓取、移动、装配等操作过程。产品实物模装一直是飞行器如火箭、导弹等结构布局设计和总体设计的重要检验方法，然而，实物模装不仅需要生产一整套产品，还需要投入大量的研制经费，另外还需要对各系统、各厂家进行协调，需要花费大量的时间和精力。计算机辅助设计技术(CAD)曾推动了装配技术的发展，能使工程师看到产品的最后模型。但CAD技术不支持装配过程的可视化或装配工艺的规划，仍需要实物样品来验证

6、产品的装配过程，大大增加了产品的开发成本，延长了产品开发周期［1－2］。虚拟现实通过模拟人的视觉、听觉、触觉、力觉、运动感，使人处于一种与真实世界非常逼真的虚拟世界中，来感受、体验和评价虚拟世界中的产品，利用虚拟现实技术，可以使得虚拟装配在逼真的虚拟世界中进行，虚拟装配技术是虚拟现实技术在制造业的典型应用，也是虚拟制造技术研究的重要方向之一。这种技术可以降低复杂产品的开发难度，缩短开发周期，降低成本，实现产品的并行开发［3－4］。1虚拟装配技术虚拟装配是指在没有实际产品或者物理过程支持的情况下，运用计算机分析、预测模型，用数据表达，辅以

7、可视化，作出与装配相关的工程决策。目前，以Pro/E为代表的商用CAD系统中的产品装配建模过程典型表现为，设计者交互指定零件问的配合约束关系，确定零件在装配体中的位置，通过坐标变换将零件定位到装配定位点。这种基于坐标变换的装配建模，实质上是一种面向结果的装配设计方式。设计者关注的只是零件问的装配约束关系及装配体的最终状态，缺乏对装配约束施加过程、装配顺序与装配路径等装配中问过程的考虑，不符合设计者思维特性，与实际的装配过程并不直接相关。因此，设计者在面向结果的装配建模过程中难以确保产品的可装配性，仍需通过制作实物样机来验证产品装配建模的结

8、果［5－6］。虚拟装配的关键技术包括零部件建模、装配建模技术、约束定位技术和工艺规划技术，是开发虚拟装配应用系统的必须解决的重要共性技术。*收稿日期:2014－06－24作者简介:娄依志(19