引言
飞机装配作为飞机研制及生产过程中的关键环节，难度大、工序复杂、要求严格精准。数字化装配技术的应用，改变了以纸质工艺文件指导生产的制造模式，在很大程度上缩短了生产周期，降低了机务人员的装配难度，同时有助于提高飞机产品质量。本文以贯穿产品从数字化定义到数字化装配工艺规划与仿真的装配制造流程为目标，研究MBD（Model Based Definition，基于模型的定义)[1]模式下装配工艺模型的设计，通过仿真优化生成轻量化工艺规程并达到指导工人现场可视化操作的目的。
1基于MBD的装配制造流程
1.1概述
对于飞机制造单位而言，基于MBD的飞机生产全周期流程总体可分为以下几个阶段：产品信息数字化管理、装配工艺规划、建立工艺模型、装配过程动态仿真、现场可视化输出。本文将以工艺部门的视角对每个阶段的具体工作内容进行介绍。
1.2建立数字化装配管理数据库
数字化装配管理技术[2]基于#C语言开发环境，应用其对三维产品模型的识别和读取功能，不仅能够实现对设计模型信息的批量输入，同时也对工装设计部门发出的工装模型、制造部门配备的工具库、设备配套厂家提供的设备信息等资源进行整合形成工程数据集。工艺人员从中筛选、组合装配所需的零部件及产品，即可引入含有配套信息的工艺模型。通过建立与数据协同管理平台的接口，可实现数据库中的产品信息与设计更改的同步更新。
数据库的另一模块为装配工艺知识库，基于A2P2（Aircraft Assembly Process Planning）[3]的本体知识建模方法，结合装配对象的结构特征、装配精度具体要求、装配定位基准与定位方法、装配连接技术要求、设计功能的特殊要求、材料特性等，形成装配工艺知识对象，建立开放的知识体系逻辑树。
1.3基于模型的装配工艺规划
1.3.1 BOM的数据演变与传递
在产品研制阶段，设计人员从设计图样上获得用来组织和管理生产所需的部件物料清单形成EBOM，包含了产品的设计结构、产品设计属性信息、产品相关数据对象以及产品的配置信息。
在工艺准备阶段，工艺人员接收上游设计部门按照制造分工发放的EBOM数据，利用数据协同业务流程与平台接口(PDM）提供的三维可视化环境，通过从EBOM中筛选并导入装配对象所消耗的设计零组件，重构生成最初的PBOM结构。在初始PBOM基础上，采用BOM编辑器可对PBOM的结构进行调整，添加工艺组合件、设计拆分件等工艺类型，添加工艺制造所需要的工艺路线、装配顺序、材料定额等属性信息。由此形成最终的PBOM结构，成为组织装配对象工艺信息的核心。
在生产准备阶段，制造部门，以EBOM为基础数据内容，以PBOM的工艺规划为指导，根据制造装配要求增加面向制造的的产品结构、对象的制造属性信息以及产品相关数据对象等信息，最终形成了用于指导生产的MBOM。
1.3.2 三维装配工艺模型设计
工艺模型设计是指将产品本身和在生产中涉及到的所有属性用工艺结构树的形式组织到一起。工艺结构树是一个不断向下进行分支直到最小装配单元的结构，每个工艺子结点都具有自身单独的属性，数据管理类属性、物理特征类属性、制造特征类属性、产品状态类属性等。传统的确定工艺模型的手段即二维工艺规程CAPP的编制，目前基于DELMIA DPE模块的数字化工艺规程的编制也已逐渐投入使用。其具有以下优点：
（1）提供质量需求、场地需求、成本目标、生产率等前提属性；
（2）典型工艺信息库的建立实现资源共享；
（3）全三维数字化工作指令，自动生成生成三维PPR数据集；
（4）在制造过程中实现三维设计模型的可视化；
（5）实现产品线的全周期成本评估分析；
（6）线平衡功能实现工作量的动态平衡分析；
（7）具有人机评估功效。
1.4 装配过程仿真验证
基于虚拟装配技术，在数字化工艺仿真环境下（DPM）对装配过程进行实时化仿真与优化，可实现包括装配干涉仿真、装配资源仿真、人机工程仿真、交互式装配仿真等功能，并对装配过程进行记录，同时生成文本形成的记录报告。对优化操作顺序及装配路径，检验工装设计的合理性、新产品的开发与技术决策、评估生产线资源分配及工艺布局规划等具有重要意义。将在DPE中完成的工艺设计模型导入DPM模块中进行仿真验证，总体仿真流程如下：
（1）建立仿真环境
数字化装配管理数据库可作为建立仿真环境的资源库使用，实现对产品模型、配套工装、制造资源、生产现场布局等的数字化建模。其中装配夹具、标准件等也可直接从CATIA模型库中直接调用，完成零组件的装配约束定义即可。搭建资源模型丰富的仿真环境是建立虚拟数字化工厂的重要基础。
（2）选择工艺结点
根据工艺分离面的划分，不同装配单元的工艺人员可以同时选择在不同的工艺结点下进行并行仿真。不仅提升了工作效率，同时也可以单独针对仿真效果欠佳的装配单元单独更改和二次仿真，工艺人员也可依据各子级结点下的仿真结果进行沟通交流，形成各子级相互契合的父级装配单元。
（3）装配仿真
面向装配工艺模型的仿真主要分为装配干涉仿真、装配顺序仿真和人机工程仿真。一般装配流程按照以下顺序进行仿真：首先是装配干涉仿真：分为静态和动态两种模式。在静态模式下，可检查成品与零组件、产品与产品、产品与工装之间的定位关系，进行约束分析，提示干涉区域和干涉量；在动态模式下，进行装配路径路径规划，检查零件的几何要素是否与周边环境发生碰撞，对装配路径上的障碍提供自动鉴别与报警。其次是装配顺序仿真：依据用户在DPE中设计的工艺模型，验证父级结点下与各子结点的装配顺序及平行装配，对产品拆装过程中，操作空间进行动态仿真，判断其合理性，以便用户调整工艺顺序，更为顺畅的完成整个父级装配单元的装配流程。最后是人机工程仿真：将标准人体三维模型置于虚拟装配环境中进行仿真，使工人身临其境的了解装配过程，并针对过程中可能遇到的操作障碍向工艺提出改进意见。
（4）虚拟数字化工厂仿真
基于建立好的生产线布局仿真环境，当所有工艺子结点都仿真完成后，根据装配需要可进行全机仿真。在仿真环境中加入除产品本身以外的物料、工具、场地等在内的全部资源，初步建立数字化工厂，进行全流程三维动态仿真，全面模拟生产线的作业情况，对均衡生产资源，合理分配生产空间，计划生产路线具有重要参考价值。
1.5 可视化装配
可视化三维模型承载的工程模型数据量信息非常之庞大，利用模型轻量化技术能够有效地解决这个问题。 应用达索旗下子公司开发的图形软件3DVIA Composer可以创建高度压缩的三维附图、三维仿真动画等轻量化文件。它可以读取CATIA、Solid Works、Pro/ENGINEER在内的多种CAD格式数据，可通过office软件里的3DVIA Composer ActiveX 插件可与office集成，方便对生成的轻量化文件进行后期修改。在此基础上，通过开发可视化系统及与MES的接口程序，同步MBOM与AO信息，输入操作者的证件号，进入具体生产界面，实现现场可视化装配。
2 总结与展望
目前，数字化装配技术已经应用于国内部分航空制造单位，但尚未做到全系统全流程普及。随着科技的迅速发展，飞机装配生产线流程已逐渐由数字化向智能化推进，国外的大型航空公司也已开始对基于VR技术的沉浸式仿真实验进行相关研究，我国在虚拟装配领域的发展道路仍然是长远而曲折的。但随着国内飞机数字化技术手段不断扩充，软硬件环境初具规模。相信假以时日，以全信息三维模型设计为基础，以全三维数字化工艺设计为指导，进行全过程三维可视化操作的数字化工厂即将广泛建立。
参考文献
[1] 周秋忠，范玉青. MBD 技术在飞机制造中的应用[J] .航空维修与工程，2008(3).
[2] 装配现场可视化关键技术研究及其系统实现. [D] .沈阳：沈阳航空航天大学硕士学位论文，2010 .
[3] 丘宏俊.基于知识的飞机装配工艺设计关健技术研究[D] .西安：西北工业大学博士学位论文.2006.
