基于MakeReal3D的虚拟预装系统：飞机装配效率与精度的双重突破

在航空制造领域，飞机部件的对接装配是飞机制造过程中的关键环节。传统的部件装配方式高度依赖操作人员的经验和反复调整，调姿过程耗时较长，且难以保证每次装配都能达到最优状态。随着虚拟现实技术的成熟，虚拟装配技术作为一种新兴的数字化装配验证手段，逐渐在航空制造领域得到应用。它能够在虚拟环境中进行预装配，通过多目标优化算法得出满足装配状态的部件调姿点坐标值，从而显著提高装配效率和精度。

中国商飞在某型号飞机装配制造中引入虚拟预装配系统，旨在提升其飞机部件装配的效率和数字化设计水平，具体需求包括：

• 虚拟装配场景构建：构建飞机部段虚拟预装的三维场景模型，包括装配环境模型、装配设备模型和飞机部段模型，能够真实再现大飞机部段装配场景。

• 虚拟对接过程精确测量：对飞机部段对接过程中的两边对接件和对接轮廓进行精确测量，得到间隙数值，并生成间隙测量值的分布图表，为装配调姿提供数据支持。

• 高精度的装配干涉计算：对飞机部段进行虚拟预装仿真，实现实时的、动态的干涉分析，检查干涉关系，验证装配方案，确保装配过程的顺利进行。

• 建立虚拟预装开发平台：以飞机部段实际装配流程为依据，进行虚拟装配与可视化展现研发。

针对客户的具体需求，朗迪锋基于MakeReal3D软件开发了一套虚拟预装系统，提供了以下解决方案：

基于MakeReal3D软件平台开发的虚拟预装系统总体框架分为四层（如上图所示），即数据层、引擎层、功能层和业务层。数据层主要用于存储和管理虚拟装配环节产生和需要的数据，包括CAD几何数据、检测点数据信息、装配技术条件、多目标优化算法等。引擎层主要用于实现数据处理、可视化和虚拟仿真需要的各种引擎，主要包括三维渲染引擎、三维物理引擎、三维动画引擎。功能层是在引擎层的基础上进行模块化设计和封装，以灵活支撑业务层多种客户需求。业务层根据虚拟装配业务需求进行功能与界面设计以实现相关功能。虚拟预装系统业务功能包括：测量数据导入、数据标定、数据拟合、检测点替换、仿真运行、目标调姿点输出、数字孪生等功能。

通过引入朗迪锋的虚拟预装系统，客户取得了显著的成效：

• 提高装配效率：在虚拟环境中进行预装配，显著减少了实际装配阶段的调姿时间和次数，提高了装配效率。

• 提升装配精度：多目标优化算法的应用使得部件调姿点坐标值更加精确，有效避免了装配过程中的干涉和碰撞问题，提升了装配精度。

• 增强数字化设计水平：虚拟预装系统的引入增强了客户的数字化设计水平，使得装配过程更加透明和可控。设计人员可以在虚拟环境中对装配方案进行反复优化和验证，确保装配方案的可行性和最优性。

• 实时可视化：数字孪生模块的应用实现了调姿过程的实时可视化，使得客户能够直观地了解装配过程中的对接情况。

虚拟预装系统的技术原理和应用模式不仅适用于航空制造领域，还可拓展至汽车制造、船舶制造等其他需要高精度装配的行业。通过定制和优化，该系统可以为更多行业提供高效、精准的装配解决方案，推动企业向数字化、网络化、智能化方向转型升级。