基于DELMIA的某型装甲车综合传动装置装配仿真研究

姜继春+姜海英+梁嵬+仲民

摘 要：传统的车辆装配采用二维设计方式，产生的许多问题在设计阶段都无法得到验证，导致制造周期较长和成本浪费。应用基于DELMIA的数字化装配工艺仿真技术，进行对某型装甲车综合传动装置的三维装配过程仿真，这样在工艺准备阶段就可以及时发现装配工艺中存在的各种空间性、结构性等问题，并对装配模型结构、装配路径、装配顺序等进行修改与优化，有效地缩短了整车的研制周期及成本。

关键词：综合传动装置；DELMIA；虚拟装配；工艺仿真；优化

引言

在现代制造过程中，虚拟装配技术作为重要的环节，发挥着越来越重要的作用[1]。而综合传动装置作为装甲车必不可少的重要组成部分，凝集转向、变速、传动动力、制动等多项功能于一体，其零部件数目必繁多，结构也必然复杂紧凑、导致其装配工艺复杂化。传统的装配工艺思想是以工人的经验为主，依靠二维图纸将所有已经加工完成的零件进行装配，通常需要反复修改，尝试，因此导致整个制造周期变长且成本增加，产品的市场竞争力下降[2]。本文以DELMIA软件为依托，采用虚拟装配技术就可在工艺准备阶段及早发现产品装配顺序设计是否正确合理，保证在实际装配最后环节不会发生干涉，并且可以优化工艺，从而减少了研制的周期和成本。

1 DELMIA软件简介

DELMIA软件是法国达索公司推出的一款极具商业化数字企业精益制造交互式应用（Digital Enterprise Lean Manufacturing Interaction Application）软件，它有一个DPM（Digital Process for Manufacturing）模块，其中又包含众多DPM功能模块，DPM-Assembly Process Simulation模块就是针对数字化制造工艺仿真的，不仅能实现3D工艺规划，可以对产品的生产规划和装配过程实现三维模拟仿真并验证[3]。可以在实际投入生产前发现产品设计及其工艺中不合理因素，然后通过验证分析和改进，提高产品的可装配工艺的合理性。

本文借助DELMIA软件平台，研究某型装甲车综合传动装置的虚拟装配，并在此虚拟装配环境中完成其综合传动装置的虚拟装配过程仿真，主要包括其虚拟装配路径规划和装配序列规划，然后从发生的干涉和耗费的工时角度对其工艺方法调整与优化。

2 工件装配模型数据预处理

装配模型是装配工艺设计的前提基础，装配模型的好坏将直接影响装配工艺设计的描述。在进行数字化装配的实际工作中，用CATIA建立好的某型装甲车的综合传动装置由于包含的模型信息繁多导致模型的内存非常大，在导入DELMIA软件中花费的时间较长，从而影响了装配周期。目前来说，CAD、CAE、CAPP、CAM基本上都是相互独立地开展工作的。由于在产品生命周期的各阶段比如产品设计、产品分析、产品的工艺规划、产品制造等，对产品模型的要求不同，因此导致三维产品模型包含的信息繁多，占用的内存大，各部门之间数据传输时间长、效率低等问题。本文采取轻量化装配模型应用于装配操作，采用的是3DXML格式的轻量化模型，它能够满足装配（装配路径规划、装配顺序规划、装配过程碰撞检测、干涉分析等）的所有功能要求。某的综合传动装置主要部件模型轻量化前后文件大小对比如表1所示。

通过比较某型装甲车综合传动装置主要部件的原三维模型文件和轻量化处理后，可以明显地看出经过轻量化处理后的文大概是原文件的1/15-1/45倍，在CATIA中打开轻量化模型的时间是打开原文件时间的10倍左右，从而就可以清晰地看出轻量化模型文件在装配中的巨大优势。

3 应用实例分析

3.1 某型装甲车综合传动装置装配过程仿真流程

某型装甲车综合传动装置的装配主要包括箱体的安装、变速机构的安装以及转向机构的安装等。应用CATIA/DELMIA软件进行某型装甲车综合传动装置装配过程仿真的大致流程是先用AEC工厂中Plant Layout模块创建车间中的资源，比如地面、工作台等，并根据实际情况确定装配时所需的相对位置关系。其次是根据某传动装置的结构，合理划分装配单元、定义装配路径、确定装配顺序。依据其装配工艺规程生成Activity，可以动态地显示出其装配路径等。及时发现装配过程中各个元素之间出现的干涉和碰撞情况，然后根据查找的干涉原因，对其进行验证并优化。同时用人机工程学设计与分析模块，使工人完成某个装配时的操作行为及行走路线等，对一些典型装配行为姿态进行模拟和分析，并准确地评估人机性能[4]。

具体流程如图1所示。

3.2 装配仿真过程的实施

3.2.1 导入产品和资源

在Assembly Process Simulation模块中，点击Insert Product导入前面的经过数据处理的产品数模，以某型装甲车综合传动装置的变速机构为例导入，点击Insert Resource导入已经建立完成的所需资源，如地面、工具等。

3.2.2 工艺过程仿真

首先通过File/New，创建Process Library文件，需要定义各部分装配工序名称及从属关系，然后通过Insert Activity Library将定义好的工序导入PPR结构树中的Process List中，按照先前划分好的装配单元和装配顺序，定义装配路径建立Activity，可以通过PERT图对其进行排列顺序即产品的装配顺序，各个动作将按排列的顺序进行动态模拟。某型装甲车综合传动装置装配顺序PERT图如图2。综合传动装置中各部分机构装配动作由一系列Move Activity组成，点击Activity图标上的“+”即可看到清晰详细地装配顺序。根据“可拆即可装”思想，其装配路径图如图3。

3.2.3干涉与优化分析

通过选择DELMIA中自动干涉检查功能模块，对其综合传动装置的主要部件元素之间进行干涉检查。如若发现零、部件元素之间，及与工具之间存在干涉时，会亮色线提示并显示出干涉域和干涉量，如图4a。查找原因后发现，在先前拆卸时传动齿轮从动轮先于变矩器被拆，故在装配时发生干涉。经过正确调整装配顺序，得到正确的装配仿真过程。

经过反复验证与优化，调整PERT图中Activity顺序关系，调整后的GANT图比之前缩短了13s。

3.2.4 人机工程分析

通过DELMIA平台中的人机作业仿真和行为分析模块，进行可视性、可达性、可操做性及装配作业姿态分析等[5，6]。由于该综合传动装置的结构复杂、空间狭小，可操作空间有限，故在做装配仿真时，主要模擬了左右侧板、箱体安装，及排流阀的连接等几个关键部件的工人作业仿真，结果证明所模拟的零部件均可进行操作。

4 结束语

虚拟装配仿真技术已经在数字化制造领域担当着越来越重要作用，本文通过基于DELMIA的虚拟装配技术，对某装甲车综合传动装置进行了仿真与分析，使完整的装配过程变得可视化，达到了预期的效果，有效地缩短了其综合传动装置的研制周期，在投入实际生产前，及早的发现了可能会出现的问题。通过基于DELMIA的产品实例装配仿真，推动了实现装甲车数字化装配的步伐。

参考文献

[1]肖天元.虚拟制造[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2]王涛，李宏才，闫清东.车辆综合传动装置虚拟装配研究[J].车辆与动力技术，2009（4）：16-19.

[3]沈洪权，胡珑耀.基于DELMIA的某飞机发动机装配仿真[J].航空制造技术，2014：167-170.

[4]王巍，王建芳.某轻型飞机的虚拟装配技术及DELMIIA人机工程的二次开发研究[D].沈阳：沈阳航空工业学院，2010.

[5]徐靓，李丽娟.飞机大部件数字化对接虚拟装配技术研究[D].长春：长春理工大学，2014.

[6]盛选禹，盛选军，等.DELMIA人机工程模拟教程[M].北京：机械工业出版社，2009.

作者简介：姜海英（1991-），女，汉族，河南省商丘市，硕士研究生，主要从事数字化装配技术研究。