基于Web的飞机装配可视化系统的应用研究

庄 夏

（中国民航飞行学院科研处，四川广汉 618307）

基于Web的飞机装配可视化系统的应用研究

庄 夏

（中国民航飞行学院科研处，四川广汉 618307）

目前国内的飞机装配生产过程中存在装配质量和生产效率不高、生产管理水平欠缺及实际生产装配过程缺乏有效的装配仿真环境。该文设计开发了基于B／S结构的飞机装配可视化系统，该系统能够构建车间单一产品数据源信息模型，配合使用DELMIA仿真装备过程，用ActiveX技术实现装配动画页面内的三维交互。选择以某型号大型飞机的舱门为仿真实验对象，验证了系统的可行性和实用性。

飞机装配可视化系统；三维交互；B／S结构

飞机制造过程中的一个重要环节是飞机零部件的装配问题。飞机集合了众多有特殊要求的零部件，所以飞机的装备问题在制造飞机过程中需要首先考虑［1］。制造飞机的难度比较大，要集合多学科的复杂技术，并且要求有严格的质量和严谨的管理系统。国内的飞机在装配生产过程中存在装配质量和生产效率不高、生产管理水平欠缺等问题，在实际生产装配前缺乏有效的装配仿真环境［2-4］。

1 国内外飞机装配情况

国内外在飞机制造过程理论方面提出了不少先进思想和研究结论，现在很多配件都有合理的工艺规划。例如有人提出一种复杂产品装配序列、基于等价二叉树数据结构的表达和最优化的方法［5］，还有自动生成飞机以及装配工序的方法等［6］，这些都为飞机制造业增添了坚实的理论基础。很多研究结论都是面向产品设计制造的，处于制造的上游阶段，但缺少一些更为实际的研究，企业生产实际过程和理论没有完全结合，生产管理过程缺乏有效的控制，现场的人机工程、工装工具、过程信息等没有得到完善。在计算机上将现实的装配流程和零部件的动态都通过装配过程仿真出来，这样才能够实现直观化的过程［7-8］。本文以装配车间为实际生产出发点，以Web飞机装备可视化系统为基础，用实际的指导和实践完善制造过程，用合理的管理模式对制造工艺进行了相应的动态仿真，发布可视化的文件到车间，合理规划生产数据，通过实践和总结提高了配置水平和生产效率，做到了精益求精，优化完善了整个制造过程。

2 关键技术

2.1 异地协同情况下保持数据唯一性

飞机生产过程是一个非常复杂、多元的过程，需要很多部门进行集中合作，要调动不同的成员和流程，运用现代的计算机网络技术和通信技术一起为制造服务。Web底层开放协议可以使得局域网无缝连接，解决了资源共享的问题。要保持数据源的一致性和协调性就要保持人员的协调性［9］，人员是生产的关键，对于车间里各种复杂的产品和工具以及人员中存在的各类信息大多是分散、孤立的，相互之间并没有太强的逻辑关系，我们应从不同角度多元化考虑，将这些信息进行整合和统计，保障生产的协调性，便于系统的管理、完善和优化［10］。

单一产品数据源通过为数据的访问和操作提供相应唯一的数据源，通过产品数据的逻辑关系将物理分布的数据统一为逻辑整体，也就是SSPD（Single Source of Product Data），它可以实现数据的最新性、可靠性、完整性和一致性。车间中常用的信息有很多，其中有资源信息、零件信息、成员信息、工艺信息和在过程管理方面的其他信息等，这些信息需要按照他们所存在的逻辑关系进行整合，从而便于工作中的利用。在车间中，可以根据某一数据源建立相应的模型，并给予相应的系统性维护和管理，把握各个信息之间固有的逻辑关系，用系统化的模式构建数据模型（见图1）。

图1 装配车间单一数据源信息模型

利用装配车间单一数据源信息模型可以对现有的装配生产信息进行整合，并能够较好地解决信息关系逻辑不清晰、联系不紧密的问题。这样可以满足信息的唯一性，发挥信息模型的优势，在无形中提高车间的生产效率，将各车间的关系和系统的关联性进行资源共享和数据链接，完善工作模式。

2.2 装配流程的划分

在工艺流程设计中，装备的流程划分是核心内容。通过描述产品结构的零部件父子关系形成树形结构，其上的节点全是装配件或者零件［11-12］。装配工艺结构树不仅仅体现了零部件装配在模式中的先后顺序，还能够在产品中体现父子关系。从工艺流程上可以直接描述产品的装配过程，按照其设计和装配工艺这方面的分离面进行划分，在这一流程中重要的是工作任务的安排。要对产品结构零件进行详细的分析才能够确定工艺树（见图2）。

图2 装配工艺树示例

从生产车间的基础出发，在装配工艺树形成后，依据装配过程总流程来安排各种独立的工作内容，需要对装配的流程进行工艺划分，并要有指导性的文件与流程相呼应，这样的管理才会简单明了。装配流程的划分要按照进度的要求进行划分，牢牢掌握生产周期，按照生产条件经常去优化和平衡周期结构，这样易于将工作系统化开展。

2.3 装配过程的可视化

在生产中人机工程、工具零部件、辅助设备、场地等各方面的因素都应该充分考虑，要将相应的仿真过程和验证过程结合起来，然后将可视化的文件输出，这样就能更加符合人们的认知规律，能够广泛地被人们接受。将装配过程中需要的一切信息加以整合和利用，无形中提高效率、优化管理模式并能减少时间。对飞机装配过程进行动态仿真普遍使用DELMIA互动制造应用软件，该系统以“数字化制造技术”为核心，主要优势在于便于共享产品数字化模型，并且重点解决了在制造过程中遇到的仿真问题，能够实现数字化流程。以数字化模型代替实体装配过程，在计算机的虚拟现实环境下模拟装配过程，保证了产品装配，资源配置更合理。

2.4 三维交互的实现方法

DELMIA装配工艺可以制作内容丰富、直观简洁的说明文档，仿真功能强，但其输出的可视化演示视频文件无法交互。因此应将3DVIA Composer解决方案制作文档动画与DELMIA系统输出的可视化文件相结合，因为其提供的ActiveX控件具备强大的三维交互功能，易于实现与其他系统的集成。3DVIA Composer创建的动画文档能够实现浏览器端的三维交互。服务器端页面内使用＜object＞标签编程，嵌入动画文件，浏览器端安装3DVIA Player插件可实现交互演示，还可以调用ActiveX定制交互场景中的函数功能。在浏览器端使用脚本语言JavaScript来调用插件API函数，在服务器端可进行编程控制。由于3DVIA Composer文档能在基于XML的架构之上创建更新的文档，所以，当获得最新产品数据时能保持数据的一致性。图3为创建的关键帧动画。图中红色箭头可以在三维场景直观地传递信息。

图3 可交互动画文件

3 系统实现

考虑到方便性、经济性等因素，选取SQL Server 2005EXPRESS作为底层数据库管理系统，从车间的实际要求出发，采用B／S结构的工作模式，服务器端架设Windows Server服务器软件，配置IIS作为Web服务器软件，使用Windows默认的TCP／IP协议作为网络通信协议。在制造车间的局域网内，采用ADO.NET2.0技术实现数据库连接，使用C＃语言开发Web程序。图4为系统体系结构图。

系统中根据成员角色不同具有不同的功能模块：首先是管理员模块，管理员模块具有最高权限的模块；此外要有面向生产管理人员的模块，管理人员要负责将生产计划等合理分配、管理，管理生产过程并配予合理的生产任务；面向工人也有相应的模块，要负责所接受的任务，按照工作知识去执行任务，等完成生产过程后，将进度确认并进行提交；检验人员的模块，负责检验产品的质量，并将检验报告加以完善，为后面的分析提供依据。总之是根据不同的用户情况来设置不同权限。

4 舱门实例

飞机的前货舱门都位于飞机右侧机身的下部，也是进入飞机货舱的入口。本文就一大型飞机的装货舱门为案例进行相应的集成验证，由于产品情况较为复杂，制造工艺较为耗时，多在框架上进行。基于飞机装配可视化系统，将车间单一的数据源模型按照舱门的组织结构出发，结合实际的生产水平划分装配流程。在可视化的系统中显示动画，能够对生产过程中的信息管理和可视化的应用进行及时的跟踪查看，以便于及时解决问题。

5 结束语

由于制造飞机是特殊的生产过程，各个系统的零部件构造相对复杂，对于工艺要求比较高，生产的难度也较大。本文结合实际需求研究了装配生产的实际过程，并且建立了可视化系统，并将合理的运转模式运用到建模中，有较强的实用性，能够有效地配合可视化模式，提高装配的效率，优化、完善企业的生产过程。

（References）

［1］范玉青.现代飞机制造技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2002：10-13.

［2］孙中雷.飞机装配工艺仿真与可视化技术研究［J］.现代制造工程，2006（2）：55-58.

［3］Jayaram S，Wang Yong，Jayaram U.A virtualassembly design environment［J］.Computer Graphicsand Applications，1999，19（6）：44-50.

［4］Martinez M，Pham V H，Favrel J，Optimal assemblyplan generation：a simplifying approach［J］.J IntellManuf，2009（20）：15-27.

［5］赵庆丹.飞机装配工序的可视化建模及仿真［J］.工程图学学报，2008（1）：32-36.

［6］徐延锋.基于VRML-OpenGL的装配可视化及其原型系统研究［J］.先进制造技术，2006，35（1）：53-61.

［7］陈哲涵，杜福洲，唐晓青.基于关键测量特性的飞机装配检测数据建模研究［J］.航空学报，2012（11）：2143-2152.

［8］王亮，李东升.飞机数字化装配柔性工装技术体系研究［J］.航空制造技术，2012（7）：34-39.

［9］刘剑，赵罡.基于Web的飞机装配可视化系统研究［J］.图学学报，2012（3）：5-10.

［10］朱海平，苟坤，何非，等.飞机装配制造执行系统关键技术研究及系统实现［J］.航空制造技术，2012（15）：26-29.

［11］邹冀华，许国康.大型飞机装配中的数字化测量系统分析和研究［J］.航空制造技术，2010（3）：49-53.

［12］张杰，李原，余剑峰，等.飞机装配作业单元生产能力的马尔可夫分析方法［J］.计算机集成制造系统，2010（9）：1844-1851.

Research on application of aircraft assembly visualization system based on Web

Zhuang Xia
（Civil Aviation Flight University of China，Guanghan 618307，China）

There are some problems in our aircraft assembly process，for example，inefficiency of assembly quality and production efficiency，the low level of production management，and so on.There is lack of simulation environment for actual production assembly process.This paper designs an aircraft assembly visualization system based on B／S structure，which can build a single source of product data information model used in the DELMIA simulation equipment process.Using ActiveX technology can achieve the assembly animation 3Dinteraction.Choosing a large scale aircraft door as the simulation object，the feasibility and practicability of the assembly visualization system can be verified.

aircraft assembly visualization；system；3Dinteraction；B／S structure

TP302

A

1002-4956（2013）03-0099-03

2012-11-19

国家自然基金项目（60879022）

庄夏（1980—），男，四川广汉，硕士，讲师，主要研究方向为计算机网络.