时间:2023-03-22 17:33:55
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英文名称:南京航空航天大学学报(英文版)
主管单位:国防科学技术委员会
主办单位:南京航空航天大学
出版周期:季刊
出版地址:江苏省南京市
语
种:英语
开
本:大16开
国际刊号:1005-1120
国内刊号:32-1389/V
邮发代号:
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1982
期刊收录:
SA 科学文摘(英)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
核心期刊:
期刊荣誉:
联系方式
1征文范围
1.1CAE当前研究热点与未来发展趋势
(1)计算流体力学、结构力学、材料力学、仿生力学、爆破力学等新进展;(2)新材料与新工艺、生物材料、微纳米、复合材料的CAE应用技术;(3)高性能计算与CAE;(4)智能化CAD/CAE集成;(5)多学科、多尺度CAE仿真技术;(6)可靠性分析与CAE工程稳健设计;(7)非线性有限元进展及应用;(8)有限元网格自动生成技术.
1.2CAE专项技术应用探讨
(1)产品结构强度分析、疲劳寿命分析、振动及噪声仿真分析、碰撞仿真;(2)机构动力学、多体动力学与控制仿真技术;(3)跌落以及冲击、多物理场耦合分析;(4)结构轻量化设计与拓扑优化技术;(5)先进材料/结构一体化设计技术.
1.3CAE的平台技术与应用
(1)虚拟产品开发平台;(2)分布式仿真平台技术与协同仿真;(3)产品研发仿真流程和数据管理平台建设;(4)企业级仿真和多学科联合仿真.
1.4CAE技术的行业应用与解决方案
(1)CAE在航空、航天、兵器、船舶工业中的应用;(2)CAE在海洋工程、核工业及特种行业的应用;(3)CAE在汽车制造、铁道机车行业中的应用;(4)CAE在装备制造及通用机械工业中的应用;(5)CAE在电子、材料、土木工程、生物科技中的应用;(6)CAE技术在国家重大工程与装备中的应用.
1.5CAE技术的人才培养
(1)社会对仿真分析工程师的需求及要求;(2)高校CAE课程的设置及人才培养模式;(3)社会科技中介及培训机构的CAE人才培训项目开发.
2征文要求
(1)围绕主题内容、充实、数据准确、文字通顺,字数在5000字以内,未在正式刊物发表;(2) 会议收录论文,不收取任何费用,仅供业内人士交流参考;(3)文章的格式编写要求请访问.cn或;(4)论文结束页后另附论文全部作者详细信息,包括作者职称、学历、职务及主要专业方向,联系方式,并标明按上述5个专题论文应属的类别;(5)论文请务必在7月10日之前发送到()邮箱里.
3论文评审
组委会将组织专家组对征集的论文进行严格评审,根据评审结果向论文作者发出录取通知和参会通知,并选出优秀论文颁发获奖证书和奖品,优秀论文将推荐给专业刊物正式发表.
4联系方式
Abstract: This paper, through virtual reality technology, constructed a aero-engine virtual teaching experiment system which can achieve the functions of engine simulation assembly, engine structure display, engine working mechanism demo, engine simulation test. Through the three-dimensional interaction and visual simulation means of this system, the students can get the vision, hearing, touch and other sensory experiences, with a very strong interaction and immersion. Engine virtual teaching experiment system effectively overcome the high cost, operational difficulties and other issues of traditional teaching experiment, so it has great significance to the promotion of China's aviation technical personnel training.
关键词: 航空发动机;虚拟教学;三维仿真;人机交互
Key words: aero-engine;virtual learning;three-dimensional simulation;human-computer interaction
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)11-0181-02
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作者简介:刘振侠(1963-),男,陕西西安人,教授,研究方向为航空发动机推进理论与工程。
0 引言
航空发动机是当代工业技术发展的结晶,是工业技术“皇冠上的明珠”,对国民经济、国防建设起着战略性的作用。随着军事需求、民用航空的发展,航空发动机技术日新月异,新的设计构造不断涌现。但是长期以来,由于人才短缺、基础薄弱等原因,我国航空发动机技术始终与国外先进国家存在着较大的差距。因此,培养高素质、创新型的航空发动机人才对促进我国航空发动机技术发展至关重要。
实践教学是航空发动机教学工作中的重要一环,对促进学生了解发动机内部复杂结构、理解相关理论知识起着重要作用。传统的实践教学内容主要包括参观发动机样机、进行发动机试车实验等。但是,由于航空发动机内部结构非常复杂,难以观测到内部细致结构;进行一次航空发动机试车实验不仅花费高昂,而且对操作者要求极高,只能由专业技术人员操作,学生的参与度很低;另外,航空发动机技术日新月异,教学实验设备难以及时更新,使学生所学知识与实际应用严重脱节。
为了提高学生教学质量,解决航空发动机教学设备陈旧、实验费用高昂等问题,本文将虚拟现实技术与发动机专业教学相结合,建设了了航空发动机虚拟教学实验系统。
1 系统组成与功能
实验系统旨在建立数字化的三维虚拟航空发动机实验室,可以实现发动机结构的虚拟装配,发动机试车台实验仿真,发动机内部工作原理及内部流场展示等多个教学实验内容。学生能够通过这个虚拟空间观看发动机教学实验,并通过视、听、触等感知行为去体验,学生能够主动操作实验,实验系统具有很强的交互性与沉浸感。
如图1所示,为航空发动机虚拟教学实验系统的软硬件组成。硬件包括人机交互所用的传感设备(如数据手套、六自由度鼠标、触觉与力度反馈器等)、显示设备(如头盔、投影屏)、虚拟环境产生器(包括高性能图形工作站、立体声音响);支撑软件包括对象模型生成软件、虚拟视景软件以及程序编辑平台等。
通过软硬件结合,航空发动机虚拟教学实验系统能实现由发动机虚拟装配、模化实验、流场显示等三个模块的多种功能。
1.1 发动机虚拟装配模块。学生能够在全场景、沉浸式的虚拟环境下任意角度观测到航空发动机各大部件及其内部结构,通过配戴数据手套实时交互地对发动机三维模型进行虚拟装配,加强学生对发动机总体结构和部件间的连接关系的认识;
1.2 航空发动机模化教学视景仿真模块。此平台可模拟发动机在工作过程中内部的运行情况,利用视景仿真技术模拟涡轮转子转动,气流在发动机内外函道的流动以及燃烧室和尾喷管的火焰现象,并能通过对油门杆的交互操作实现对这些动态现象的控制,可以使学生从视觉上对航空发动机内部工作状态有形象直观的认识;
1.3 发动机试车实验仿真模块。能够模拟能使发动机试车的操作过程,可以使学生了解发动机试车的具体步骤,培养学生对试车实验的实际操作能力;通过曲线历程图和实时数据反映发动机特性参数的变化,加深对发动机工作原理和气动特性的理解;提供发动机试车的立体音效和控制台视景仿真,加强了系统的沉浸感;
1.4 流场显示仿真模块。能够模拟发动机内流场质点的流动轨迹,可以使观测者直观了解如叶栅绕流等实验现象及其机理,加深对相关专业课的认识和理解,达到较好的教学效果。
2 系统设计方案
为了应用相应的软硬件设备,完成航空发动机虚拟教学实验系统应满足的需求与功能,采取了以下设计流程来完成系统的搭建,如图2所示。
2.1 第一层为硬件层,主要由虚拟现实人机交互系统、大屏幕立体显示系统和小型桌面虚拟现实系统组成。其中小型桌面虚拟现实系统包括高端PC工作站、VR专业三维立体图形发生器、红外立体眼镜及播放器组成和CRT彩色显示器组成。而人机交互系统包括由六自由度三维空间立体鼠标、数据手套等组成。其中六自由度立体鼠标可实现x、Y、z三个方向上的移动和旋转功能;而数据手套可以真实地模拟人手的装配动作和触觉感应。大屏幕立体显示系统由投影仪、立体转换器、硬幕、偏振片和偏振立体眼镜组成。
2.2 第二层为硬件接口层,主要用于获取六自由度三维空间鼠标、数据手套等的虚拟装配环境结构数据,设定立体眼睛双目视觉间隔参数等。
2.3 第三层为3D模型层,首先可利用Creator、CAD等建模工具,采用体素法、轮廓扫描法和实体扫描等方法建立几何模型,对物体的形状、位置、大小等几何信息,以及发动机各部件间连接关系等拓扑信息进行描述,获得物体重心、表面积、体积、密度、质量、转动惯量等几何、物理参数。
2.4 第四层为支持工具层,在本例中为VEGA虚拟环境开发系统,运行于vC++6.O工作平台,它提供了大量的处理窗口、环境以及实现虚拟动作的函数。
2.5 第五层为驱动层,包括数据手套、六自由度三维空间鼠标、位置跟踪器、立体显示设备等的驱动程序。
2.6 第六层为应用层,可采用vc++6.O开发出面向用户的友好的虚拟装配环境。最终用户并不需要了解繁琐的函数调用和硬件接口,只需通过空间立体鼠标、力反馈数据手套等输入装配控制指令,并通过立体眼镜、头盔显示器等设备观看到实时的装配效果。
3 系统应用与前景
航空发动机虚拟教学实验系统将虚拟现实技术与航空发动机专业教学与实验相结合,克服了传统教学方法设备更新困难、试验费用高昂等问题,突破了传统教学方式的局限性,有效地推动了教学方式的改革与创新。通过航空发动机虚拟教学实验系统在教学实践中的应用,系统有效提高了专业学生的培养质量,节约了实验教学成本,将我国航空动力专业的教学工作推上了一个新的台阶。同时,虚拟教学实验系统的思想在土木建筑、军事教育、医学教学等领域具有广泛的应用前景。随着计算机与多媒体技术、仿真技术、虚拟现实技术的迅速发展,虚拟实验教学必将突破传统教学方式得到广泛应用。
参考文献:
[1]谢晶妮,张茂军.虚拟现实发展趋势展望.计算机工程,2002,28(7):19.
[2]周前详,姜世忠,姜国华.虚拟现实技术的研究现状与展望.计算机仿真,2003,20(7).
[3]赵士滨,吴秋峰.虚拟现实技术进入高校实验教学的研究.教育发展研究,2000,(8):77-80.
[4]石教英.虚拟现实基础及使用算法.北京:科学出版社,2002:1-10.
[5]Bryson S. Implementing virtual reality. ACM SIGGRAPH.1993,43:1-49.
[6]杨宝民,朱一宁.分布式虚拟现实技术及其应用.科学出版社,2000:55-59.
[7]鲁鹏寿.虚拟现实软件系统的研究,电子科技大学硕士学位论文,2002:8-12.
[8]陈庆华.城市景观虚拟现实应用研究.吉林大学硕士论文,2004:7-40.
[9]卢仁甫.基于vega平台的虚拟现实技术的研究.华中师范大学硕士学位论文,2006.
关键词:GPS辅助空中三角测量;精密单点定位;POS;精度
中图分类号:TN141文献标识码: A 文章编号:
测量工作在矿山勘探、设计、开发和生产运营的各个阶段起着重要的保障作用,随着空间信息技术、数字信息技术和自动化、智能化技术的飞速发展,新型测绘仪器迅速出现与普及,使矿山测量在工作内容和技术方法等方面发生了深刻的变革。运用现代数字化测量技术进行矿山测量有助于提高矿山测量精度,降低测量工作劳动强度,提高矿山测量效率。
航空摄影测量技术在矿山测量中的应用已经历了较长的时间,并积累了丰富的经验,较之传统的测图方法,利用航空摄影测量技术成图速度快、成本低、精度高,是一种应用极为广泛的测图方法。
精密单点定位技术的出现,为航空摄影提供了新的解决方案。目前国际服务组织所提供的精密星历和精密钟差的精度已经很高。随着接收机性能的不断改善,载波相位精度不断提高,以及大气改正模型和改正方法不断深入,为精密单点定位技术应用航空摄影中提供了可能性。[1]
本文以矿区大小比例尺地形图测绘生产为例,介绍了并进行基于精密单点定位的GPS/ POS辅助空中三角测量试验,分析并比较了空中三角测量方法的加密精度,得出了基于精密单点定位的GPS/ POS辅助摄影进行大小比例尺航测成图时新的像控布点、像控测量以及GPS/ POS辅助空中三角测量加密的方法。
1精密单点定位技术
精密单点定位(PPP-Precise Point Positioning)指得是利用载波相位观测值以及IGS等组织提供的高精度的卫星星历及卫星钟差来进行高精度单点定位的方法。利用IGS提供的高精度的GPS精密卫星星历和卫星钟差,以及单台双频GPS接收机采集的载波相位观测值,采用非差模型进行精密单点定位。精密单点定位的优点在于在进行精密单点定位时,除能解算出测站坐标,同时解算出接收机钟差、卫星钟差、电离层和对流层延迟改正信息等参数,这些结果可以满足不同层次用户的需要(如研究授时、电离层、接收机钟差、卫星钟差及地球自转等)。[1]
2GPS辅助空中三角测量的定义及方法
GPS辅助空中三角测量是利用GPS定位技术获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标,然后将GPS摄站坐标视为带权观测值与摄影测量数据进行联合平差,确定目标点位,并评定其质量的理论、技术和方法。[4]
3IMU/DGPS辅助航空摄影测量定义及方法
IMU/DGPS辅助航空摄影测量是指利用装在飞机上的GPS接收机和设在地面上的一个或多个基站上的GPS接收机同步而连续地观测GPS卫星信号,通过GPS载波相位测量差分定位技术获取航摄仪的位置参数,应用与航摄仪紧密固连的高精度惯性测量单元(IMU,Inertial Measurement Unit)直接测定航摄仪的姿态参数,通过IMU, DGPS数据的联合后处理技术获得测图所需的每张像片高精度外方位元素的航空摄影测量理论、技术和方法。
将基于IMU/DGPS技术直接获取的每张像片的外方位元素,作为带权观测值参与摄影测量区域网平差,获得更高精度的像片外方位元素成果。这种方法即IMU/DGPS辅助空中三角测量方法(国际上称Integrated Sensor Orientation,简称ISO)。[6]
4 试验及其结果分析
本文就以两个测区进行试验,试验1GSD为0.272m,相对航高为2000m,成图比例尺为1:25000,试验2 GSD为0.15m,相对航高为1100m,成图比例尺为1:2000,以试验在矿区基于精密单点定位技术的航空摄影测量方法成图的应用。
4.1 试验资料
试验1为了满足某矿区信息化管理的需求,为矿区决策、规划、普查、资源整合、开发、资料申报及建立矿区全区域地形图信息化管理数据库系统提供基础资料,某矿区实施全区域地形图信息化管理数据库系统-1:25000地形图航测成图工程。测区地处太行山南段与中条山北缘的结合部,地形复杂,地貌特征以山地为主。要保质保量的按时完成工程任务只有依靠科技创新,采用新技术,新方法和新装备才能解决常规测绘技术无法解决的难题。
在本工程航空摄影、像片控制测量、空中三角测量和调绘等环节中均采用了新技术。航空摄影时采用了先进的SWDC数码摄影系统;像片控制测量中同时采用了精密单点定位技术和似大地水准面模型两项新技术;空中三角测量使用GPS辅助空中三角测量等。
试验2为了保证某矿区更好的发展规划和数字地形图的现势性,建设成数字化、生态型、工业旅游型中国煤炭工业品牌矿井,为生产建设提供科学、可靠的基础数据,某矿区利用航测方法成1:2000地形图测绘工程,本工程采用新技术POS航摄技术。
4.2试验数据分析
为了分析利用精密单点定位技术进行GPS/POS辅助航空摄影测量方法所能达到的加密精度,通过试验和数码相机的固有优点,得出一些结论。图1为试验1的像控布点方案,图2为试验2的像控布点方案,表1列出了GPS/POS辅助空中三角测量精度统计表,表2列出了光束法区域网平差精度统计表。
图1 试验1布点方案
图2 试验2布点方案
表1 GPS/POS辅助空中三角测量精度统计表
表2 光束法区域网平差精度统计表
在GPS/POS辅助航空摄影时必须架设地面基准站,是需花费人力物力而且费时的工作,尤其是当测区范围较大,在带状管线项目中需要设置多个基准站时,作业难度相当大。此次精密单点定位技术与数码相机结合应用的成功探索,减少了航飞时基站布设的工作量。通过上述试验说明,在GPS/POS辅助航空摄影测量中,可以无需布设地面基准站。GPS/POS辅助航空摄影按照常规航空摄影技术规程进行摄影作业是可行的。
从表1、表2可以看出, GPS辅助光束法区域网平差与自检校光束法的结果是一致的。这表明,该测区的航摄资料是可用的,GPS摄站坐标的解算是正确的,利用该试验区来进行GPS辅助光束法平差的精度分析是值得信赖的。
采用现行几种航空摄影空中三角测量测量方法,加密点的精度均可满足所处地
形相应比例尺航测内业加密的精度要求。试验1、试验2的精度均符合GB/T 7930-2008《1:500、1:1000、1:2000地形图航空摄影测量内业规范》、GB/T 12340-2008《1:25000、1:50000、1:100000地形图航空摄影测量内业规范》的规定。对于常规光束区域网平差来说精度主要取决于地面控制点的分布与间距,区域越大,所需的地面控制点越多,本次试验1分别布设了69个地面控制点;对于小比例尺成图GPS辅助空中三角测量测量而言只需在区域网的四角布设4个平高地面控制点,其不随区域网的大小而变化。对于GPS辅助空中三角测量测量从表1可以看出,随着地面控制点的减少,区域网平差的精度有所降低,当无地面控制点时尤为明显。所以,要达到测量规范所要求的精度,必须采用合理的地面控制方案;对于POS辅助空中三角测量测量来说,布点方案须经实验区确定,在试验2测区共计600平方公里共布设39个像控点(包括检测点),节省了80%的像控点,节约了60%的做像控费用。
由于精密单点定位所获取的摄站坐标还不能完全达到空中三角测量所需要的控
制点的精度要求,区域网平差中利用地面控制点进行强制的系统误差补偿是必不可少的,从表1可看出无地面控制的检查点的残差带有明显的系统误差。在区域的四角布设4个地面控制点被认为是一种可完全改正GPS系统漂移误差的实用方法。实际作业中,在区域的四角布设4个平高控制点是必要的,它们可用于GPS单点定位误差、WGS84系与国家统一坐标系不一致所引起的坐标变换误差以及测定空间偏移分量误差等系统误差的改正。从表1成1::25000地形图可以看出,未加入地面控制点时,GPS存在系统误差;加入地面控制点后,进行了GPS漂移改正,平差解算结果精度得以明显提高。[7]
本次试验中像控点测量采用GPS精密单点定位(PPP)技术与利用高精度似大
地水准面模型进行GPS高程测量的方式施测。采用PPP技术仅使用单台GPS接收机就可以精确确定点位位置,实现高精度定位导航的功能。单机作业,灵活机动,大大节约用户成本,定位精度不受作用距离的限制。
5 结语
通过上述试验可得出基于精密单点定位技术的GPS辅助及惯导航测技术在矿区成图中使用可节约了传统像片控制测量的作业成本,优化了传统空中三角测量加密工序的技术流程,缩短了航测成图周期,可高效、高质量的服务于矿区成图。精密单点定位技术在航测成图中的应用不仅改变了过去先航摄,接着外业象控测量,最后内业空中三角测量加密的工序流程,而且提高了精度,减少作业的工序提高了作业效率,并实现了无地面基站,为最终实现数字摄影测量的自动化生产奠定了坚实的基础。
目前精密单点定位技术还处于研究实验阶段,在航空摄影测量中的应用才刚刚开始,相信随着精密星历与精密钟差的进一步发展,精密单点定位算法进一步成熟化,将精密单点定位技术应用航空摄影中成为一种必然的趋势。
参 考 文 献
[1] 精密单点定位技术在辅助航空摄影中的应用研究[学位论文].中国地质大学硕士学位论文.
[2]王成龙等.基于SWDC的国家基础航空摄影测量可行性研究[J]. 测绘工程,2009,18(1)
[3]袁路晴等.超轻型飞机搭载SWDC系列数字航摄仪的航空摄影测量一体化作业思路[J].铁路勘察,2007,6.
[4] 袁修孝.GPS辅助空中三角测量原理及应用[M] .北京:测绘出版社,2001.
[5] 袁修孝.GPS辅助空中三角测量及其质量控制[D] .武汉大学博士论文,1999.
[6] 李学友.IMU/DGPS辅助航空摄影测量综述[J]. 测绘科学,2005,5(30):110-113.
1、会议主要内容
1)材料的断裂与循环形变的晶体学
2)断裂与疲劳损伤的微细观方面
3)金属材料的断裂与疲劳行为
4)非金属材料与新型材料(包括工程塑料、生物材料、建筑材料、陶瓷、复合材料、金属间化合物,纳米材料等)的断裂与疲劳行为
5)环境对材料与结构的断裂与疲劳的影响
6)载荷谱和随机载荷下材料与结构的疲劳与断裂
7)材料和结构的疲劳寿命估算、可靠性、延寿及老龄化分析
8)计算断裂力学、实验断裂力学、概率断裂力学及可靠性
9)线弹性弹塑性断裂、界面断裂、动态断裂
10)断裂与疲劳研究的新方法和新理论
11)材料疲劳与断裂研究中的实验及测试技术
12)抗断裂与疲劳的设计技术
13)断裂与疲劳的的失效分析
14)断裂与疲劳理论的典型工程应用
15)断裂与疲劳分析软件及材料数据库
2、会议征文
凡未经正式刊物发表,与材料的疲劳和断裂领域相关的研究成果、学术观点、工程经验、设想及建议等均可以论文形式应征。应征论文必须论点鲜明、论据充分、数据可靠、文字流畅、图表清楚,一般约为5000字以内(3页),计量单位要严格执行《中华人民共和国法定计量单位》中的有关规定,并附word文件类型的软盘、email word文件到会议秘书处或在线投稿。论文经专家审阅后给予书面答复。经评审合格的论文将在《机械强度》杂志(增刊)上正式出版。接到论文录用通知和论文收费通知后汇交会议注册费600元(学生400元)和版面费600元/篇到《机械强度》杂志社,每超过一页加收200元。不交会议注册费和版面费的论文,将不编入论文集(期刊)中。已经录用的稿件将付一定稿酬。没被录用的稿件恕不退回,请自留底稿。
欢迎全国各地从事相关专业的专家学者、科研人员、高校师生踊跃投稿,同时也欢迎暂无论文但对会议感兴趣的社会各界人士参加会议。
3、会议地点
会议地点在厦门市鼓浪屿别墅酒店(厦门市鼓浪屿鼓声路14号,电话:0592-2062418;传真:0592-2060165), 会议不安排接站,请注意到厦门后,一定要到厦门旅游客运码头上船。会议期间食宿自理。
4、重要日期
提交论文摘要截止日期: XX年3月30日
提交论文全文截止日期: XX年5月1日
论文录用通知: XX年6月1日
汇交版面费截止日期: XX年7月15日
会议召开日期: XX年11月10-13日
5、技术展示和产品宣传
欢迎在本次会场内设置与会议内容相关的宣传广告(以材料、图片、样品和软件为主)。
6、特别提示
本次会议将邀请日本和我国知名专家学者就疲劳与断裂的研究现状和发展动态等方面作若干专题报告。
7、应征论文参考格式
“机械强度”的论文格式:题目、作者、工作单位、摘要(250字),关键词(5-8个),中图分类号,英文题目,作者名字的汉语拼音和工作单位的英文译文,以及文章的英文摘要和关键词,引言,正文,参考文献。
由于“机械强度”被美国工程索引和英国的“科学文摘”等收录,为了便于国际著名检索刊物和其它信息机构采用,英文摘要应详细,尽可能反映文稿的主要内容,具有独立性和自含性,即不阅读全文就能获得所论述的主要信息;避免使用第一人称,应包括目的、过程及方法,结论三部分。字数不得少于900个印刷符号。
参考文献格式如下:
编号 作者(姓列名前). 论文题目.刊名,出版年,卷号(期号):起-止页码
编号 作者(姓列名前). 书名.版本,出版地:出版单位,出版年. 起-止页码
文中图表附最具代表性的,并一律安排在正文中.图表题请附中英文对照稿。
稿末写明作者的性别、出生年月、民族、籍贯(包括省、市、县名)、单位、职称、职务、学位、学术简历、研究领域和主要成就;详细通讯处、e-mail、电话及传真号。
8、会议主办:
1 绪论
随着市场经济的高速发展,用户要求产品的设计种类也越来越多样化,用户对于产品的质量也提出了更高的要求。在航空航天、汽车、轮船等行业中,柔性工装应用广泛。生产制造业为了提高市场竞争力,必须快速适应市场需求,并且对于这一需求给予快速的反应,以此来提高自己的制造能力。
然而,控制系统在柔性工装中具有举足轻重的作用,再加上用户对于设计多样化的要求,所以柔性工装控制系统的设计成为本文研究的重要对象。
2 柔性工装定义
首先,工装指的是一种工艺设备,为了保证零件在加工中的质量和效率而使用的一种设备。
那么,柔性工装则就是相对于定位夹紧等单一传统工装而言的技术。柔性工装系统结合了数字化技术和自动控制技术,将软件和硬件相结合。所以柔性工装是对工装的一种升级与变化,因为柔性工装能够根据待装工作任意调整,从而实现产品装配质量与效率的统一。柔性工装与柔性装配技术有着密切的联系,柔性装配技术包括:精确定位与测量、柔性工装、数据采集处理。然而柔性工装是柔性装配技术的中心环节即最重要的环节。
3 柔性工装技术发展概括
3.1 国外发展状况
早在二十世纪三十年代,英国的一家坦克制造厂就率先使用了柔性工装技术。并且他们在现代柔性工装技术中进行创新,使现代柔性工装的种类和工作原理更加的科学。
然而柔性工装技术开始应用机设计中是在20世纪末,那时飞机数字化装配技术兴起,并且随后在美欧等发达国家迅速发展。在1994年欧盟提出在飞机上面的柔性工装控制系统方面的研究设计,并得出研究柔性工装控制系统的最终目标就是实现数字化无型架装配(JAM)。美国Boeing777研制周期缩短,出错率也减少了,成本也降低了,这成为制造研究柔性工装设备在数字化和技术化方面的双重突破。
总之,柔性工装控制系统的设计在国外飞机制造业中起到了重要的作用,为国外机械制造业的发展也带来了美好的前景。
3.2 国内发展状况
近年来,我国飞机制造业及科研院校在引进国外先进技术的同时,也对柔性工装控制系统的设计加以高度的重视,并对此进行了一系列的研究。尤其是在航空业和企业中的装备技术和组织管理方面,必须要采取先进技术。飞机制造业运用CAD技术在飞机型架中的创造与设计,建立了柔性工装控制系统的参数设计。
比如,西北工业大学的吴建军、谷雨等,他们设计的柔性工装控制,就是利用模糊控制的方法,调节机械执行机构控制系统的参数,以此来减少误差,从而实现控制系统装配与定位的同步控制。再比如,西北工业大学的王仲奇、肖庆东,他们也对柔性工装控制系统进行了开发与设计,所得的成果就是“十字架支臂式”定位装置,并将这个定位装置进行了数字化装配定位系统平台的组建,这也是在柔性工装控制系统方面的一大突破。
4 柔性工装控制系统的方案设计
柔性工装控制系统的方案设计,决定了这个柔性工装系统的运行质量与效率。柔性工装控制系统的设计方案可采用PLC并行控制策略,电机与驱动器相对应。这样可以保证同时对多柔性支撑装置进行调整,并且这个方案可以使调整的时间比较短。为了解决在这个方案中系统成本高,所占空间大等各种局限性,可以采用串行控制方案,在电机和驱动器之间增加切换控制电路,这样就可以让一个驱动器带动多个电机。这样就可以得出采用“上位机+控制器+执行单元”这种控制方式,是柔性工装控制系统的一种重要设计方案。
5 研究柔性工装控制系统的意义
在经济高速发展的今天,科学技术也不断的发展,因此人们的机械制造产品需求也不断提高。为了满足广大用户的需求,机械制造业必须提高自己的设计与创新。由机制造领域对柔性装配技术的要求越来越高,这使得飞机柔性装配技术成为机械制造的关键环节,因此为了飞机柔性装配的发展,研究柔性工装控制系统的设计具有重要的意义。
6 总结
柔性装配在现在的机械制造行业有着举足轻重的地位,飞机柔性装配在各种新式飞机的研制中也是中心环节,把握好柔性装配技术,才能提高飞机装配的质量和效率,减短飞机研发的周期,降低成本,才能实现利益的最大化。
本文结合了飞机制造领域对于柔性装配的高要求进行分析,并且对柔性工装的发展状况进行了简要的概括,并提出了柔性工装控制系统的方案设计,为柔性装配的进一步发展奠定了基础。
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