虚拟仿真技术在载人航天器总装工艺设计中的应用

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1、第28卷第6期航天器环境工程虚拟仿真技术在载人航天器总装工艺设计中的应用黄垒，刘孟周，邢帅，卫月娥(北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：文章基于栽人航天器总装工艺设计中虚拟仿真原理及应用体系，以“天宫一号”目标飞行器总装工艺设计为背景，对戢人航天器虚拟总装环境的建立过程和方法进行了具体描述。对基于仿真的总装工艺规划以度总装工艺方案仿真分析的概念、目的、方法、工具和应用对象进行了阐释，对虚拟仿真技术在总装探作现场和在总装工装优化设计中的应用方法进行了论述并给出了具体实例。实际应用表明，虚拟仿真技术可以降低

2、工艺设计人员对个人经验的依赖，提高工艺设计的效率和优化程度．关键词：虚拟仿真：载人航天器；总装工艺；人机工效学中图分类号：TP39；V57文献标识码：B文章编号：1673-1379(2011)06-0609-06DOI=10．396刚．issn．1673-1379．2011．06．0210引言载人航天器的总装工作是载人航天器研制流程中的重要工作内容，关系航天器的功能、性能指标能否实现。在缺乏行之有效的现代化设计手段时，载人航天器的总装工艺设计一般只能依靠工艺人员的个人经验，在二维图纸与设计文件的基础上进行工艺技术流

3、程设计和工艺规程编制，效率较低且易出现错误，优化程度不高。虚拟仿真技术是计算机仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，以构建全系统统一完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成和控制为数众多的实体。实体在虚拟环境中相互作用，或与虚拟环境作用，表现出客观世界的真实特征⋯。本文以“天宫一号”目标飞行器的总装工艺设计为背景，阐述了虚拟仿真技术在载人航天器总装工艺设计中的应用。1载人航天器总装工艺虚拟仿真原理与应用体系利用虚拟仿真技术，在载人航天器的总装工艺设计过程中，构造逼真的厂房级虚拟总装环境，在虚拟总装车间中通过数字化

4、总装工装模型、总装工具模型和物流体系模型，对载人航天器的数字样机进行装配过程的模拟，交互式地规划航天器零部件的装配顺序和装配路径。载人航天器的总装工艺虚拟仿真应用体系结构如图1所示。图1载人航天器总装工艺虚拟仿真应用体系Fig．1The丘amcworkofthevirtualsimula60nofnlemanndlspacemqRas∞-mblypI'0cⅫ8该体系通过碰撞检测、干涉检查、RULA(RapidUpperLimbAsscmmcat，快速上肢姿态分析)等分析工具对工艺方案的错误以及装配过程中的关键点、风

5、险点和操作难点进行预先识别，收稿日期：2011．09-15；修回日期：2011-11．17基金项目一国家重大科技专项工程作者简介z黄垒(1982一)，男，硕士学位，目前主要从事载人航天器总装-r．Z；设计工作及总装工艺信息化研究．E-mail：h“gleiyyy@126．gore。610航天器环境工程第28卷并对总装过程进行优化，最终得到合理可行的装配工艺方案。同时，通过在总装现场应用三维虚拟总装操作仿真视频进行示教指导，可有效帮助操作人员正确理解装配工艺，降低由于工艺理解不到位造成装配质量事故发生的概率。2载人航

6、天器虚拟总装环境建立虚拟总装环境的建立是进行载人航天器虚拟总装工艺仿真与分析的基础，是载人航天器虚拟总装执行的主要载体【21。载人航天器虚拟总装场景的建立流程如图2所示。／，r基础模型建立、r[巫巫亟口晤丽丽萄rH——Ⅵ亓磊圈H璺堑占鏊堡堡l匝亟西区]_M巫亘四Ⅵ丽丽网匦丽丽卜广也塑堡划＼——v丽诨翮／图2载人航大器虚拟总装场景建立流程Fig．2Thebuildupprocessofthemannedspacecraftvirtualassemblyscene2．1总装基础建模2．2模型轻量化与格式转换载人航天器虚

7、拟总装环境的基础建模工作包基础模型建立之后，需要进行轻量化和格式转括总装厂房建模、总装资源建模和物流体系建模‘31。化，目的是在满足总装虚拟仿真需求的前提下，尽可2．1．1总装厂房建模能减少模型的数据量，以保证模型在虚拟环境中被操建立总装厂房及其配套设施的三维数字模型。纵时的响应速度；二是保证总装三维模型能够导入到对于“天宫一号”，需要1：1的总装厂房环境，包总装虚拟仿真软件中以建立逼真的总装操作环境。括厂房建筑、天车、工位布局、充放气口等设施的模型的轻量化和格式转换一般通过两种方式基础建模。来实现：2．1．2总装

8、资源建模1)通过现有的中间数据格式进行；建立总装现场操作所需的各种地面支持设备、2)通过开发专用的数据接口进行转换。工装工具、辅助材料等的三维模型。该模型的建立前者技术上较为成熟、转换稳定、不易出错。是保证载人航天器总装操作环境逼真、有效的前因此，在“天宫一号”的总装虚拟仿真实践中，均提。对于“天宫一号”而言，包括各种停放架车、采用了3dxml格式作为模型轻