□ 謝瑩瑩 □ 鮑 凱 □ 馬曉光 □ 陳亞麗 □ 田 威

1.南車 南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 南京 210031

2.南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院 南京 210016

基于DELMIA二次開發(fā)的轉(zhuǎn)向架三維裝配仿真系統(tǒng)的開發(fā)

□ 謝瑩瑩1□ 鮑 凱1□ 馬曉光1□ 陳亞麗2□ 田 威2

1.南車 南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 南京 210031

2.南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院 南京 210016

轉(zhuǎn)向架是軌道車輛走行部的關(guān)鍵部分，研究其裝配工藝規(guī)劃和驗(yàn)證方法具有重要意義。通過對(duì)轉(zhuǎn)向架的裝配工藝流程進(jìn)行分析，針對(duì)DELMIA仿真軟件中存在的模型裝配置位量大等問題，以VB為開發(fā)工具、DELMIA軟件為平臺(tái)，開發(fā)了轉(zhuǎn)向架三維仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用虛擬裝配技術(shù)，能批量提取模型信息，一次性導(dǎo)入、配置仿真環(huán)境，通過對(duì)裝配過程中的碰撞干涉進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最后輸出三維工藝文件，極大地減輕了使用者的工作量和使用難度，對(duì)裝配工藝驗(yàn)證優(yōu)化和一線工人培訓(xùn)具有重要意義。

工藝規(guī)劃 干涉監(jiān)測(cè) 三維仿真系統(tǒng) 工藝驗(yàn)證優(yōu)化

DELMIA是數(shù)字化企業(yè)精益制造集成式解決方案（Digital Enterprise Lean Manufacturing Interaction Application）的縮寫，是法國Dassault Systems公司PLM（Product Life Management）家族成員之一，是一個(gè)面向設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)、人機(jī)過程的“數(shù)字化工廠”仿真平臺(tái)，與CATIA軟件互為補(bǔ)充，應(yīng)用涵蓋了航空、航天、汽車和船舶等幾乎所有機(jī)械產(chǎn)品的數(shù)字化制造［1］。

裝配是轉(zhuǎn)向架制造過程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)的手工裝配逐漸暴露出眾多弊端，如效率低，不能預(yù)先發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)計(jì)錯(cuò)誤等［2-4］。在轉(zhuǎn)向架裝配工藝規(guī)劃中應(yīng)用虛擬裝配技術(shù)［5-7］，可在產(chǎn)品實(shí)際裝配之前及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)中存在的問題，有效減少裝配缺陷和產(chǎn)品的故障率，降低產(chǎn)品的研制風(fēng)險(xiǎn)，保證產(chǎn)品裝配的質(zhì)量。但是仿真軟件的應(yīng)用存在模型裝配位置工作量大、使用難度較高的問題。本文通過對(duì)DELMIA進(jìn)行二次開發(fā)，批量提取模型信息，一次性導(dǎo)入、配置仿真環(huán)境，最后輸出三維工藝文件，極大減少了轉(zhuǎn)向架裝配仿真路徑規(guī)劃的工作量，能提前發(fā)現(xiàn)工藝規(guī)劃不合理引起的干涉問題，提高了轉(zhuǎn)向架裝配仿真的效率和質(zhì)量。

1 轉(zhuǎn)向架裝配工藝分析

以某典型型號(hào)轉(zhuǎn)向架為例，其詳細(xì)裝配流程如圖1所示。

轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)可細(xì)分為定位轉(zhuǎn)臂、牽引裝置、扭桿裝置、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置等，整個(gè)裝配過程可分為子部件組裝、掛件裝配、落輪、試驗(yàn)工序4部分。其中子部件組裝包括構(gòu)架襯套壓裝、扭桿預(yù)組、牽引節(jié)點(diǎn)預(yù)組、彈簧上夾板組裝、定位轉(zhuǎn)臂節(jié)點(diǎn)壓裝；掛件裝配包括定位轉(zhuǎn)臂組裝、牽引裝置組裝、抗側(cè)滾扭桿組裝、基礎(chǔ)制動(dòng)組裝、制動(dòng)管路組裝，然后轉(zhuǎn)入落輪工序，最后進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)和靜載試驗(yàn)。

▲圖1 轉(zhuǎn)向架裝配流程圖

2 轉(zhuǎn)向架三維仿真系統(tǒng)開發(fā)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

三維工藝裝配仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)包括3大部分：數(shù)據(jù)層、支撐層、功能層。

（1）數(shù)據(jù)層?？偨Y(jié)企業(yè)生產(chǎn)資源，對(duì)仿真所需的資源進(jìn)行分類描述，建立仿真資源數(shù)據(jù)庫，作為裝配仿真的數(shù)據(jù)來源。

（2）支撐層。通過對(duì)模型信息的提取，自動(dòng)導(dǎo)入和置位各個(gè)組件，并研究裝配模板的重用策略，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品裝配仿真路徑的快速規(guī)劃。

（3）功能層。包括動(dòng)態(tài)碰撞與干涉分析、裝配時(shí)間分析、生成三維工藝指導(dǎo)文件、可裝配性評(píng)估、屏幕錄像等多種功能。

2.2 系統(tǒng)開發(fā)工具

DELMIA提供了多種二次開發(fā)的接口，其中包括自動(dòng)化對(duì)象編程（V5 Automation）和開放的基于構(gòu)件的應(yīng)用編程接口 （CAA）。CAA（Component Application Architecture）是DELMIA的一套C++函數(shù)庫，該函數(shù)庫在DELMIA運(yùn)行時(shí)加載，用戶可通過快速應(yīng)用研發(fā)環(huán)境RADE（Rapid Application Development Environment）和不同的API（Application Programming Interface）接口程序來完成在VC++平臺(tái)下的代碼編寫，實(shí)現(xiàn)與DELMIA的通信功能。這種方法可進(jìn)行最有效率的程序開發(fā)，但入門困難［8］。

CAA的開發(fā)方式具有開放性高、開發(fā)效率高的優(yōu)點(diǎn)，而Automation方式具有容易掌握、開發(fā)難度小的優(yōu)點(diǎn)。DELMIA作為提供Dispatch接口的服務(wù)器，二次開發(fā)的應(yīng)用程序作為客戶端通過 Dispatch接口操控DELMIA程序。二次開發(fā)的應(yīng)用程序并不是直接獲取及處理DELMIA數(shù)據(jù)，而是在DELMIA進(jìn)程之外，外部程序間接地通過DELMIA暴露的COM組件對(duì)象的方法和屬性來獲取、設(shè)置及處理數(shù)據(jù)。窗體程序與數(shù)據(jù)庫通過OLEDB進(jìn)行連接。在窗體頁面和程序中實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的連接、數(shù)據(jù)的增刪改，以及根據(jù)從數(shù)據(jù)庫中獲取的參數(shù)，調(diào)用DELMIA軟件快速進(jìn)行相關(guān)操作。

基于上述兩種開發(fā)方式的特點(diǎn)，本文使用Automation方法對(duì)DELMIA進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)環(huán)境選用Visual Basic 6.0，通過良好的用戶交互界面，結(jié)合DLEMIA軟件的宏錄制功能，實(shí)現(xiàn)三維工藝裝配仿真系統(tǒng)的功能。

▲圖2 三維工藝仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

▲圖3 模型信息提取模塊流程圖

3 系統(tǒng)功能模塊

3.1 模型信息批量提取模塊

在分析所有轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出4種典型的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，基本涵蓋各種型號(hào)的產(chǎn)品，每種結(jié)構(gòu)都由相同的零部件組成。信息模型批量提取模塊針對(duì)這4種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品模型，對(duì)產(chǎn)品樹、環(huán)境模型的任意層數(shù)節(jié)點(diǎn)信息，進(jìn)行批量識(shí)別、提取并保存到數(shù)據(jù)表中，不僅能節(jié)省人工統(tǒng)計(jì)時(shí)間，還可避免人為錯(cuò)漏。保存到數(shù)據(jù)表的信息包括零件號(hào)、文件名、實(shí)例名、隸屬關(guān)系、質(zhì)量、尺寸、顏色、位置矩陣等。流程如圖3所示。

3.2 仿真環(huán)境自動(dòng)配置模塊

在DELMIA仿真過程中，需要將各種工裝工具一一導(dǎo)入文件中，并逐個(gè)調(diào)整位置。由于轉(zhuǎn)向架裝配流程較多，牽涉到較多的模型，因此這是一個(gè)十分繁雜的工作。針對(duì)這種情況，仿真環(huán)境自動(dòng)配置模塊依據(jù)模型信息批量提取模塊存入的相關(guān)典型產(chǎn)品的位置信息，自動(dòng)導(dǎo)入、置位相關(guān)組件，從而極大減輕模型布局時(shí)間。

選擇需要仿真的轉(zhuǎn)向架型號(hào)、所屬類型和具體工序，點(diǎn)擊“一鍵導(dǎo)入”按鈕，一次性導(dǎo)入相關(guān)模型，具體包括：

①把轉(zhuǎn)向架模型導(dǎo)入到產(chǎn)品目錄下，可在屏幕左邊目錄樹的產(chǎn)品列表中找到已經(jīng)導(dǎo)入的模型。

②導(dǎo)入資源模型，DELMIA中的資源是指在裝配過程中使用到的非產(chǎn)品的實(shí)物元素，如車間、天車、裝配線各臺(tái)位、翻轉(zhuǎn)機(jī)、靜載試驗(yàn)機(jī)、運(yùn)輸車、零件箱、套筒扭力扳手、開口扳手、棘輪扳手、毛刷等，導(dǎo)入后可在資源列表中找到。

需要指出的是，不同的產(chǎn)品由于型號(hào)和尺寸的區(qū)別，需要進(jìn)行不同程度的位置微調(diào)，不過，相比人工導(dǎo)入和調(diào)整，已經(jīng)節(jié)省了大量時(shí)間。

▲圖4 干涉實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊的功能實(shí)現(xiàn)流程圖

3.3 干涉實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊

圖4為干涉實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊的功能實(shí)現(xiàn)流程圖。通過二次開發(fā)，運(yùn)用DEIMIA軟件中的干涉檢查模式，能進(jìn)行干涉檢查。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)零件之間、零件與工裝之間存在干涉情況時(shí)將報(bào)警，同時(shí)顯示干涉區(qū)域和干涉量，以方便設(shè)計(jì)人員檢查和分析原因。干涉的原因一般是裝配序列或裝配路徑不合理，要對(duì)裝配序列及路徑進(jìn)行詳細(xì)分析，并不斷修正，直到符合加工裝配的需求。

3.4 后處理模塊

后處理模塊主要包括屏幕錄制功能和三維工藝文件輸出功能（見圖5）。屏幕錄像功能能將裝配仿真過程記錄下來，生成視頻，保存仿真結(jié)果。三維工藝文件的輸出是指通過如圖所示的網(wǎng)頁模塊，生成任意產(chǎn)品相關(guān)信息、工序的作業(yè)內(nèi)容文字、視頻和圖片信息，以及該工序?qū)?yīng)的工裝工具圖片信息等。該模塊生成的三維工藝文件不僅能作為工程人員制定裝配工藝的設(shè)計(jì)參考資料，還能直觀地指導(dǎo)現(xiàn)場操作人員進(jìn)行轉(zhuǎn)向架裝配，同時(shí)能作為重要的資料對(duì)裝配工人進(jìn)行培訓(xùn)。

▲圖5 后處理模塊的功能

4 結(jié)論

本文在分析轉(zhuǎn)向架裝配流程的基礎(chǔ)上，針對(duì)仿真軟件DELMIA在應(yīng)用過程中工作繁瑣、使用難度大的問題，在DELMIA平臺(tái)上，應(yīng)用自動(dòng)化對(duì)象接口技術(shù)，用VB語言開發(fā)了轉(zhuǎn)向架裝配三維仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)研究了對(duì)模型相關(guān)信息批量提取的技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了一次性導(dǎo)入所有產(chǎn)品和工裝、工具、車間環(huán)境模型并置位的功能，大大減輕了操作者手工導(dǎo)入調(diào)整的時(shí)間。通過仿真檢測(cè)模塊能動(dòng)態(tài)反映整個(gè)裝配過程中是否會(huì)產(chǎn)生干涉情況，最后將仿真結(jié)果輸出為三維工藝指導(dǎo)文件，以其直觀性對(duì)現(xiàn)場工人培訓(xùn)提供幫助。

［1］王占海，翟慶剛.DELMIA二次開發(fā)技術(shù)初探 ［J］.西安航空技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2010（1）：1-3.

［2］屈力剛，魏佩振，苑俊超.基于三維工藝模型的裝配現(xiàn)場可視化［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2013（20）：83-87.

［3］劉國華，姚英學(xué).虛擬裝配技術(shù)［J］.機(jī)械制造，2006（8）：65-67.

［4］劉海江，肖會(huì)祥.白車身拼焊機(jī)器人空間運(yùn)動(dòng)軌跡分析與仿真［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2003（12）：18-20.

［5］張曉偉，原思聰，林艷，等.基于DELMIA的船體虛擬裝配過程仿真研究 ［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2010（2）：65-67.

［6］陶品，葉榛，王洋，等.虛擬裝配仿真平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2001（6）：704-706.

［7］張燁，寧汝新，劉檢華.面向虛擬裝配的裝配序列規(guī)劃技術(shù)研究 ［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2006（1）：90-94.

［8］李維學(xué)，王仲奇，康永剛，等.基于CATIA V5二次開發(fā)的產(chǎn)品自動(dòng)裝配［J］.機(jī)械制造，2010（1）：40-43.

（編輯 功 成）

TH162

A

1000-4998（2015）04-0055-03

2014年10月