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361度剖析基于虚拟仿真技术的数字化模拟工厂

2016-06-14 14:42
默菲
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  基于三维模型的数字化协同研制应用的尝试始于航空航天制造领域。由于在产品设计、材料成本、成型技术和制造精度方面具有相对更苛刻的要求,航空航天领域在加工和装配制造工艺上整体领先于其他行业,这为基于三维模型的数字化协同研制奠定了基础。

  当前,世界先进的飞机制造商已逐步利用数字化技术实现了飞机的“无纸化”设计和生产,美国波音公司在波音777和洛克希德?马丁公司在F35的研制过程中,基于三维模型的数字化协同研制和虚拟制造技术,缩短了2/3的研制周期,降低研制成本50%。波音公司在研制X-32飞机时也是如此,借助于统一模型,辅助装配系统能把装配顺序和装配好的部件状态投射到正在装配部件的上方,让工人方便直观地进行装配工作,无需再细读图纸和翻阅工艺文件,使装配周期缩短50%,成本降低30%~40%。

  在飞机总装线上,在机身与机身还是机翼与机身都实现了高度自动化的校准和对接,波音和空客两大航空制造公司生产的波音737/787、A320/A380系列飞机无一例外地采用全数字化样机进行协调和辅助装配,如空客A380采用4台Leica激光跟踪仪可完成数字化装配。数字化产品的数据从研制工作的上游畅通地向下游传递,还有助于大幅减少飞机装配所需的标准工装和生产工装。借助于飞机的数字化模型,法国达索公司在装配小型公务机Falcon时,其传统的工装已减到零,对降低新机研制成本,缩短研制周期起到了难以估量的作用。该技术还能够大幅度提高产品的装配质量,如波音747机翼装配精度由原来10.16mm提高到0.25mm。

  在国内,中航工业第一飞机设计研究院2000年在“飞豹”飞机研制中已全面采用了数字化设计、制造和管理技术。航天科技211厂通过普及基于单一数据源的三维模型,制定了“三维到工艺”、“三维到现场”、“三维到设备”的步骤发展策略,重点解决了基于三维模型的设计工艺协同工作模式和三维设计文件的信息传递、生产现场无纸化和航天产品的加工、装配、检测等装备的数控化问题。新支线飞机ARJ21的研制100%采用三维数字化定义、数字化预装配和数字化样机。上海商飞公司利用数字化设计、分析、仿真等技术手段,实现了设计、零件制造以及装配一次成功。上述应用目前已开始推广至工程机械、造船等其他领域。

  基于虚拟仿真技术的数字化模拟工厂

  数字化模拟工厂是数字化工厂技术在制造规划层的一个独特视角。基于虚拟仿真技术的数字化模拟工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础,采用虚拟仿真技术对制造环节从工厂规划、建设到运行等不同环节进行模拟、分析、评估、验证和优化,指导工厂的规划和现场改善。

  由于仿真技术可以处理利用数学模型无法处理的复杂系统,能够准确地描述现实情况,确定影响系统行为的关键因素,因此该技术在生产系统规划、设计和验证阶段有着重要的作用。正因为如此,数字化模拟工厂在现代制造企业中得到了广泛的应用,典型应用包括:

  (1)加工仿真,如加工路径规划和验证、工艺规划分析、切削余量验证等。

  (2)装配仿真,如人因工程校核、装配节拍设计、空间干涉验证、装配过程运动学分析等。

  (3)物流仿真,如物流效率分析、物流设施容量、生产区物流路径规划等。

  (4)工厂布局仿真,如新建厂房规划、生产线规划、仓储物流设施规划和分析等。

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