航天產(chǎn)品總裝工藝仿真分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種航天產(chǎn)品總裝工藝仿真分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航天產(chǎn)品的研發(fā)成型需要經(jīng)歷產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和制造三個(gè)大的階段。工藝設(shè)計(jì)又分為零部件制造工藝、總裝工藝和其他熱處理工藝等，總裝工藝設(shè)計(jì)作為工藝設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，主要用于指導(dǎo)部件的總裝過程。但是設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的總裝工藝并不一定可行，所以需要進(jìn)行仿真來驗(yàn)證現(xiàn)有的工藝方案是否合理，通過仿真可以針對現(xiàn)有的工藝方案產(chǎn)生一些分析報(bào)告，這些分析報(bào)告就表明了現(xiàn)有的總裝工藝方案是否有問題，反映出的這些問題再反饋給工藝設(shè)計(jì)人員，幫助工藝設(shè)計(jì)人員優(yōu)化現(xiàn)有的工藝。
[0003]目前，航天產(chǎn)品總裝過程主要存在以下問題:
[0004](I)裝配過程基本上還是采用傳統(tǒng)手工方式來完成的，這種方式需要工人有較高的技能和操作經(jīng)驗(yàn)，這種對個(gè)人的過分依賴，導(dǎo)致裝配質(zhì)量問題頻發(fā)，裝配效率降低，裝配周期較長。
[0005](2)設(shè)計(jì)問題的發(fā)現(xiàn)往往需要通過實(shí)物試裝和裝配后的實(shí)物檢測來完成，這就導(dǎo)致了研制周期變長、資源消耗增多等一系列問題。
[0006](3)由于生產(chǎn)組織方式、作業(yè)環(huán)境、不合理的裝配工藝方案等因素的影響，導(dǎo)致工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作滿意度降低等問題。
[0007](4)傳統(tǒng)的三維虛擬裝配仿真只是對總裝工藝進(jìn)行可視化的裝配模擬，在現(xiàn)有的仿真實(shí)施過程中，沒有進(jìn)一步考慮到裝配作業(yè)人員在裝配過程中的裝配可達(dá)性、可視性和作業(yè)舒適性等問題，這種傳統(tǒng)的裝配過程仿真與實(shí)際的裝配過程是不相符的，無法設(shè)計(jì)出符合人的實(shí)際操作過程的裝配工藝。
[0008]人是裝配作業(yè)執(zhí)行者，是裝配作業(yè)任務(wù)的主體，尤其對于航天產(chǎn)品這類復(fù)雜產(chǎn)品而言，產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu)被固定在一個(gè)位置不動(dòng)，裝配作業(yè)要求作業(yè)人員在不同的工位之間移動(dòng)、搬運(yùn)產(chǎn)品零部件、適時(shí)變換作業(yè)姿勢，甚至需要在狹小空間內(nèi)進(jìn)行裝配作業(yè)。另外，由于缺少針對人體操作可達(dá)性、可視性和作業(yè)舒適性的相應(yīng)分析，因而無法對產(chǎn)品的不同裝配方案進(jìn)行評估和篩選，因此無法對特定的裝配工藝進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，也就無法設(shè)計(jì)出符合人的實(shí)際操作過程的總裝工藝。
[0009]航天產(chǎn)品總裝過程中的上述問題一直未能得到有效的解決，其根本原因主要在于總裝工藝設(shè)計(jì)階段未能充分利用三維虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行總裝工藝驗(yàn)證，并且很少考慮人的因素和人的裝配需求，未能在設(shè)計(jì)階段充分考慮實(shí)際裝配中出現(xiàn)的各種未知干擾，人因工程學(xué)的理論和方法在航天產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用不足。因此，如何利用三維虛擬仿真技術(shù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化空間航天產(chǎn)品總裝工藝以及保證操作人員健康作業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)今航天設(shè)備數(shù)字化裝配領(lǐng)域亟待解決的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是針對目前的航天產(chǎn)品總裝工藝驗(yàn)證方法存在的上述不足，提供一種航天產(chǎn)品總裝工藝仿真分析方法，使工藝人員在一定程度上擺脫對自身經(jīng)驗(yàn)的依賴，能夠在三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中利用航天產(chǎn)品的數(shù)字化模型進(jìn)行總裝過程的模擬，對總裝工藝方案進(jìn)行全過程的仿真驗(yàn)證，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝配過程中存在的裝配順序錯(cuò)誤、零件干涉、錯(cuò)裝、漏裝等問題，及時(shí)對總裝工藝設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修正和優(yōu)化，從而在降低工藝規(guī)劃難度的同時(shí)，工藝方案更加優(yōu)化。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種航天產(chǎn)品總裝工藝仿真分析方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0012]I)構(gòu)建虛擬裝配環(huán)境；
[0013]2)基于航天產(chǎn)品的總裝技術(shù)信息，分析獲取總裝工藝信息并規(guī)劃各工序的具體操作內(nèi)容，確定各工序的裝配對象、裝配順序、裝配路徑、裝配方式、所用工裝工具；
[0014]3)判斷是否需要進(jìn)行裝配仿真驗(yàn)證，對不進(jìn)行裝配仿真驗(yàn)證的工序，進(jìn)入下一工序的操作內(nèi)容；對進(jìn)行裝配仿真驗(yàn)證的工序，進(jìn)入虛擬裝配環(huán)境進(jìn)行仿真，并保證當(dāng)前仿真狀態(tài)同步至上一工序的仿真結(jié)束狀態(tài)；
[0015]4)進(jìn)行裝配操作節(jié)點(diǎn)的仿真:選取待拆卸裝配體的預(yù)定目標(biāo)拆卸位置并保存；以裝配體初始狀態(tài)為參照，確定裝配體的拆卸方式，根據(jù)裝配體的約束條件，定義裝配體移動(dòng)的距離、方向、時(shí)間、旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)角度和裝配姿態(tài)；利用局部坐標(biāo)系手動(dòng)選取中間目標(biāo)位置的坐標(biāo)，在待裝配體移至預(yù)定目標(biāo)拆卸位置以后，以逆序拆卸方式將待裝配體重置到初始狀態(tài)，根據(jù)記錄的裝配體初始狀態(tài)、中間目標(biāo)位置和預(yù)定目標(biāo)拆卸位置，生成裝配路徑；
[0016]5)進(jìn)行裝配工序節(jié)點(diǎn)的仿真:基于裝配操作仿真內(nèi)容創(chuàng)建相應(yīng)的裝配工序節(jié)點(diǎn)，調(diào)整裝配操作仿真時(shí)間軸，形成裝配操作仿真鏈，將所述裝配操作仿真鏈連接到所述裝配工序仿真節(jié)點(diǎn)下；
[0017]6)進(jìn)行仿真結(jié)果分析并輸出分析報(bào)告，包括裝配體分析和人因工程分析。
[0018]進(jìn)一步地，所述步驟4)中，利用局部坐標(biāo)系選取中間目標(biāo)位置的坐標(biāo)，并進(jìn)行包圍盒干涉檢測以確定當(dāng)前裝配路徑是否存在碰撞或干擾，若存在裝配干涉須重新選取中間目標(biāo)位置的坐標(biāo)，若不存在裝配干涉則記錄當(dāng)前中間目標(biāo)位置，然后繼續(xù)選取新的中間坐標(biāo)位置，重復(fù)以上操作，直至零部件移至預(yù)定目標(biāo)拆卸位置。
[0019]進(jìn)一步地，所述步驟6)中，所述裝配體分析包括裝配靜態(tài)干涉分析、裝配動(dòng)態(tài)干涉分析、裝配路徑顯示、裝配體包絡(luò)圖生成；
[0020]進(jìn)一步地，所述步驟6)中，人因工程分析包括人體視野域包絡(luò)圖生成、人體操作域包絡(luò)圖生成、人體舒適性分析。
[0021]通過以上技術(shù)方案，本發(fā)明以三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境為平臺，在規(guī)劃好航天總裝工藝之后，在設(shè)計(jì)完每一步工序之后，可以根據(jù)實(shí)際總裝情形構(gòu)建出逼真的航天產(chǎn)品總裝環(huán)境，并進(jìn)行每步工序的全過程仿真，對相關(guān)零部件進(jìn)行試裝配，對裝配方案的可行性、安全性和操作舒適性等進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)證，先期發(fā)現(xiàn)裝配方案中存在的問題并進(jìn)行修正，然后再次在虛擬裝配環(huán)境中對改進(jìn)裝配方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證，如此反復(fù)，最終得到可行、優(yōu)化的總裝工藝方案。工藝設(shè)計(jì)過程更加形象和完善，降低了設(shè)計(jì)工作的難度。通過在虛擬環(huán)境中進(jìn)行航天產(chǎn)品總裝工藝方案的模擬仿真，設(shè)計(jì)人員可以對自己的工藝設(shè)計(jì)方案有一個(gè)形象而清晰的直觀印象，可以對總裝操作的可行性和總裝效率進(jìn)行評估驗(yàn)證，降低了對工藝人員自身經(jīng)驗(yàn)的依賴程度，從而降低了航天產(chǎn)品總裝工藝設(shè)計(jì)工作的難度。工藝設(shè)計(jì)方案更加優(yōu)化。通過在虛擬環(huán)境中對航天產(chǎn)品總裝工藝方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中可能存在的與其他已裝零件干涉、無法下手操作、操作危險(xiǎn)性高等缺陷，從而對裝配方案及時(shí)進(jìn)行修正和完善，使得最終的工藝設(shè)計(jì)方案優(yōu)化程度更高。
【附圖說明】
[0022]圖1為航天產(chǎn)品總裝工藝的仿真方法流程圖；
[0023]圖2為航天產(chǎn)品總裝工藝仿真層級結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖3為裝配操作仿真的實(shí)施流程圖；
[0025]圖4為裝配工序仿真的實(shí)施流程圖；
[0026]圖5為總裝工藝仿真結(jié)果分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0028]請參閱圖1至圖5。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0029]參閱圖1所示，顯示為本發(fā)明航天產(chǎn)品總裝工藝仿真分析方法的流程圖，以運(yùn)載火箭為例，在進(jìn)行總裝工藝仿真之前，首先將運(yùn)載火箭的輕量化三維零部件模型導(dǎo)入到虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境當(dāng)中，并檢查導(dǎo)入模型的完整性；然后在虛擬平臺上創(chuàng)建常用工具庫，導(dǎo)入工藝裝備模型，創(chuàng)建虛擬人體模型；最后根據(jù)運(yùn)載火箭的實(shí)際總裝環(huán)境和資源，調(diào)整它們在虛擬環(huán)境中的位置，構(gòu)建出一個(gè)逼真的運(yùn)載火箭總裝環(huán)境，為后續(xù)在該環(huán)境中進(jìn)行總裝仿真操作做好準(zhǔn)備。
[0030]然后結(jié)合虛擬環(huán)境中的三維模型對運(yùn)載火箭的總裝圖紙、總裝技術(shù)文件等進(jìn)行分析，獲取總裝工藝結(jié)構(gòu)、具體裝配要求等工藝信息。接著劃分各工序，并規(guī)劃出工序內(nèi)的具體操作內(nèi)容，確定該工序的裝配對象、裝配順序、裝配路徑、裝配方式、所用工裝工具等。
[0031]對該工序是否需要進(jìn)行裝配過程仿真進(jìn)行判斷。判斷的準(zhǔn)則是:對裝配過程復(fù)雜的操作、存在安全