基于虚拟仿真技术的飞机数控加工生产线规划构建

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1、基于虚拟仿真技术的飞机数控加工生产一构建ConstructionofProductionLinePlanningofAircraftCNCMachiningBasedonVirtualSimulationTechnology中航工业沈阳飞机工业【集团)有限公司王宏锋万蕾王宏锋中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司工程师。主要从事飞机先进装配技术研究与应用工作．主要研究方向为生产线规划构建与仿真．虚拟装配等，近年来作为主要参研人员参与了多项国家级重大课题研究．且在飞机研制中得到了应用。由于传统生产线构建方法无法满

2、足飞机小批量、多型号的快速化生产，以及无法应对新一代飞机数字化设计制造的总体要求，如何节约成本、缩短生产线规划设计周期，在实际生产前进行深入的方案论证及设计优化，合理配置不同生针对虚拟环境下飞机数控加工生产线规划构建及动态仿真。分析面向对象特点及Maya的仿真方法，利用三维专业设计软件来表达飞机数控加工生产线的主要特征及进行动态仿真。建立生产线系统模型。列举了工程应用实例来说明该仿真系统在生产线设计规划中的有效性和通用性，在虚拟环境下科学合理地呈现生产线的总体布局规划、生产运行过程及智能管控流程，对其生产全过

3、程进行三维动态仿真oDOI：10．160800．issnl671—833x．2015．23／24．071产层级中的各项资源，优化工艺设计，为数字化生产线提供三维可视化模型是当前生产线规划构建急需解决的问题。随着计算机技术的快速发展，三维仿真软件在可视化表达和三维动态仿真上的优点愈发明显，在实际建造生产线前，对生产线中硬件设备布局、工艺规划、生产节拍及产能、配送路径、管控方式等进行三维数模的构建及工艺流程动态仿真，为整体规划设计提供逼真、直观的交流平台，在虚拟环境下呈现出预想效果，对整体方案的创新性、设计的合理

4、性、布局及节拍的最优性、系统运行的流畅性、技术的先进性及实现难度进行合理评估，从而达到节约成本、缩短研制周期的目的。面向生产线的虚拟仿真技术虚拟仿真技术将数字化信息和计算机技术应用于产品的设计与制造，相对于传统生产线建设，虚拟环境下的飞机数控加工生产线是一个全新的概念，它是将虚拟仿真技术、计算机软硬件技术、图形图像处理与模式识别技术应用于生产线的设计规划，以设计规划理论、人机工程学、信息管理知识、实际生产装配工艺等为理论指导的综合技2015年第23／24期·航空制造技术71年匿FORUMOF：THEYEAR术

5、。通过虚拟仿真技术，可进行生产线的静态建模及全局动态仿真，实现数据量较大的模型集成和快速表达，在多视角实时观察的虚拟情境下，对整体设计方案进行宏观把控，提出创新性设计思维和意见，验证生产线布局、产能节拍是否合理及人机工程是否科学，通过虚拟仿真逐步替代验证性实物制造n1。基于仿真工具开展仿真验证，为生产决策提供数据化支持，在虚拟环境中实时观测车间作业情况，进而用以指导生产线的前期设计构建与调整优化，达到节约资源、降低生产成本、提升产品质量和产能的社会效益和经济效益，使生产线具备虚拟可重构性、修改便捷性、直观性等

6、科学层面和经济层面的众多优点。因此，虚拟仿真技术的应用就是生产线及相关工艺在初级阶段的基本保障。利用虚拟仿真技术设计规划的飞机数控加工生产线布局规划及工艺流程初步方案如图1所示。虚拟仿真技术可实现方案的快速设计，充分发挥设计规划者的想象力，为创新型设计思维施展提供有力技术支撑，通过方案论证逐步解决设计规划中各种细节问题，实现由宏观到微观、整体到局部的层层深入。面向生产线设计规划的虚拟仿真体系结构以设计为主线，以数模和分析为支撑，综合相关因素选择合理的生产资源优化生产系统参数，使总体工序均衡，满足制造成本、节拍

7、、设备使用率、工人疲劳程度等指标要求。虚拟生产线规划构建体系如图2所示。飞机数控加工生产线三维模型构建虚拟环境下的数控加工生产线设计关键在于系统分析和三维建模，根据产品工艺特征、生产场地、加工设备等信息，规划构建三维数72航空制造技术·2015年第23／24期字化生产线模型，合理确定机床、立体工装库、刀具库、运输设备缓冲区和仓库等生产工位的位置，也为后续的工艺流程动态演示奠定基础。1飞机数控加工生产线模型特点飞机数控加工生产线模型构建有其特点，主要表现在以下几个方面。(1)模型数据量大。飞机数控加工生产线划分

8、为多个区域，主要包括数控机床、加工中心、立体工装库、刀具库、运输导引车、管控区域、办公区域、休息区、物料存放区及辅助设备等，模型数据量和整体运算量巨大，因此简化数据是构建生产线模型的重要问题。(2)概念模型数量多。概念设计是整个生产线设计过程中的最初阶段。研究人员对概念设计的理论与相关技术和装备做了大量研究，数模作为连接概念与现实的桥梁，可使研究人员获得对设计规划更深层次理解，并决策更合适的设计方案