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中国航空学会2007年学术年会制造专题30

基于DELMIA的虚拟装配技术

贾朝定
成都飞机公司制造工程部

摘要通过虚拟装配技术在ARJ21飞机机头装配工艺设计上的应用实例，介绍了以DELMIA软件系统为实施平台的飞机
虚拟装配技术。
关键词DELMIA虚拟装配三维实体模型

1前言

飞机装配是飞机研制过程中最重要的环节之一，据有关资料统计，装配占有整个飞机制造周期
的一半时间。装配工艺设计是现代飞机制造业的基础工作，是连接产品设计与产品制造的桥梁，它
的质量和效率以及装配工装设计的合理、正确性直接影响企业制造资源的配置、优化、产品质量、
生产组织效率、产品成本及制造周期等方方面面。在过去的每一次新机研制中，企业都选派了经验
丰富的工艺工程师、工装设计员，尽管如此，工艺设计不合理、零件返修、工装返修的情况仍层出
不穷。究其根本原因，飞机设计与装配工艺设计由于停留在二维的基础上，工艺、工装设计员对飞
机结构和装配过程的理解只能通过二维图纸的表达在自己头脑中想象，这需要长期实际工作的锻炼
积累经验，同时，事前缺乏周密考虑和疏漏在所难免。
随着计算机技术的飞速发展，数字化技术的应用从根本上改变了传统的飞机设计与制造方式，
最大幅度提高了产品的设计水平与开发速度，最大限度地减少了设计返工与制造返修。国外先进飞
机制造企业从八十年代后期就开始进行数字化设计及虚拟装配技术的研究，并成功地运用到新机研
制中。美国波音公司在Boing777客机的研制中全面采用了数字化技术，实现100%的产品三维数字
化定义、100%的数字化预装配，并实施了并行工程，使得开发周期从过去的8-9年缩短到4.5年，
设计成本降低了25%，出错与返工率减少了75%，保证了飞机设计、制造、试飞一次成功。法国达索
系统的CATIA、DELMIA在世界CAD/CAM软件应用领域一直处于领先地位，成都飞机公司率先在国内
ARJ21飞机机头装配工艺设计中以DELMIA为平台实施了虚拟装配技术，取得了显著的效益。
DELMIA软件系统包括两个相互关联的独立软件，DPE（DigitalProcessEngineer）与DPM
（DigitalProcessManufacture），前者为数字化工艺规划平台，它建立产品数据、资源数据和工
艺结构，并将三者有效地关联在一起，实现工艺方案的评估、各种数据的统计计算、装配工艺结果
的输出等，DPE管理的数据包括三部分：P-产品（product）、P-工艺（process）、R-资源（resource）；
后者提供工艺细节规划和验证应用的虚拟环境，以产品、工装的三维模型并结合DPE已设计好的工
艺流程进行数字化装配过程的仿真验证，二者通过唯一的PPRHub数据库共享数据。单一的DPM也
可以进行仿真验证，但是，构成一架飞机的零件数量庞大，装配关系极其复杂，参与的部门、人员
众多，数据的管理和维护在项目实施的过程中突显得极为重要，同时配套使用DPE、DPM比单一使用
DPM更加有效。由于飞机制造行业的特点以及各企业在技术标准方面、数据管理方面、输入输出需
求方面、用户使用习惯方面存在差异，按照企业的不同需求，DELMIA需要进行客户化定制。
本文以我公司研制ARJ21飞机机头为应用背景，分享基于DELMIA的虚拟装配技术。

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CATIADELMIA

产品工程信息
数模位置信息PBOM

IMBOM
工艺分离面划分

工装数模建立资源结构建立工艺结构

详细工艺设计
关联产品、资源

仿装配顺序仿真
真装配干涉检查
验装配工具仿真
证人机功效仿真

输出仿真结果输出AO、报表

DPMDPE

图1虚拟装配技术工作流程

2提取产品信息

产品设计提供给我们的原始制造依据有三维的电子样机和EBOM（细目表）。CATIA系统里电子样
机的每个零组件在空间的位置表达方式有两种：一种是采用统一的全机坐标系；另一种在建立数模
时采用各自的零件坐标系，当装配到组件时，利用零、组件之间的装配约束关系来保证正确的空间
位置。而在后面将产品输入DELMIA时，各零件是以单独的个体输入，它们本身之间没有任何的装配
约束关系，它们之间的正确位置关系由各零件的位置坐标控制。因此在CATIA的电子样机里需要提取
出各零、组件的位置坐标信息，它是下一级零、组件坐标系在上一级组件坐标系的9个控制旋转的基
向量和3个控制平移的向量构成的位置矩阵。我们可以通过VBScript调用CATIA内置函数分别读出每
个零组件的这12个向量，并且把它们转换为欧拉角表示方式（欧拉角表达位置坐标只有6个数据，为
了节省内存、加快运算速度，DELMIA系统只允许保存零件的欧拉角）。三维数模中每个零组件工程属
性信息还包括图