基于數(shù)字孿生的精準(zhǔn)調(diào)裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

康永剛，宋嗣仁，肖 歡，陳勇剛，2

（1.西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，西安 710072；2.西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，西安 710089）

0 引言

飛機(jī)裝配是保證飛機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量、準(zhǔn)確度的決定性環(huán)節(jié)，其工作量約占飛機(jī)制造總勞動(dòng)量的30%～45%以上，裝配周期約占全機(jī)制造周期的40%以上［1］。其中，飛機(jī)機(jī)身部件裝配的難點(diǎn)在于對(duì)象結(jié)構(gòu)尺寸大，裝配工藝流程復(fù)雜，協(xié)調(diào)環(huán)多，準(zhǔn)確度要求高。

傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足新型飛機(jī)對(duì)裝配精度和服役壽命的更高要求，以波音、空客為代表的歐美航空制造企業(yè)均把飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的方向。隨著數(shù)字化裝配技術(shù)的大范圍使用，航空產(chǎn)品的制造模式也在變化革新，由單一的功能和性能需求，逐步向數(shù)字化、智能化需求轉(zhuǎn)變和更新?lián)Q代［2-5］。我國(guó)在2010 年后，以重點(diǎn)型號(hào)為牽引，已經(jīng)逐步在飛機(jī)機(jī)身裝配過(guò)程完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化裝配和自動(dòng)化定位［6-7］，并在關(guān)鍵對(duì)接環(huán)節(jié)引入了數(shù)字化仿真、數(shù)據(jù)孿生的思想，正逐步實(shí)現(xiàn)智能化裝配［8-9］。然而，通過(guò)全國(guó)高校的飛行器制造工程專業(yè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)未來(lái)從事飛機(jī)裝配專業(yè)人員的課程體系中，數(shù)字化裝配技術(shù)的講授內(nèi)容少、講授方式單一，與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)之間形成鮮明對(duì)比。尤其是飛機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸大、占地面積大、投資大等現(xiàn)實(shí)原因，導(dǎo)致現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件嚴(yán)重落后于技術(shù)發(fā)展，在數(shù)量和質(zhì)量上無(wú)法滿足學(xué)生批量實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練需求［10-11］，而國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)和科研院所對(duì)掌握扎實(shí)飛機(jī)裝配知識(shí)并具備飛機(jī)裝配工程實(shí)踐能力的專業(yè)人才需求迫切［12］。因此，本文搭建了一套基于數(shù)據(jù)孿生的精準(zhǔn)調(diào)裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并開(kāi)設(shè)了3 個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。

1 機(jī)身部件試裝配仿真原理

1.1 飛機(jī)數(shù)字化裝配對(duì)接原理

傳統(tǒng)的以剛性型架為主的飛機(jī)裝配模式，結(jié)合人工調(diào)裝和人工修配完成大部件的對(duì)接裝配［13］。而飛機(jī)部件的數(shù)字化對(duì)接技術(shù)，在部件入位后，可以利用數(shù)字化測(cè)量確定部件初始位姿，并與理論位姿進(jìn)行匹配，結(jié)合數(shù)字化柔性工裝帶動(dòng)大部件精確調(diào)整部件位姿，完成部件對(duì)接［12］。

1.2 飛機(jī)機(jī)身試裝配仿真原理

在飛機(jī)機(jī)身部件裝配對(duì)接過(guò)程中，插接部位（如對(duì)接帶板）一旦插入機(jī)身內(nèi)部，則筒段內(nèi)壁和對(duì)接帶板之間的間隙必然存在“不可見(jiàn)、不可測(cè)”的問(wèn)題，該問(wèn)題也是普遍存在與半封閉空間下裝配過(guò)程的固有難題。目前主要是通過(guò)對(duì)接端面增加引導(dǎo)帶和塞尺，使用人工測(cè)量的方式來(lái)驗(yàn)證機(jī)身對(duì)接的準(zhǔn)確度，缺點(diǎn)是需要反復(fù)試裝、反復(fù)測(cè)量、效率低。同時(shí)，最后的對(duì)接狀態(tài)無(wú)法評(píng)價(jià)。

數(shù)字化虛擬裝配技術(shù)可以極大提高飛機(jī)裝配過(guò)程中的裝配效率和準(zhǔn)確度，減少實(shí)際裝配工作的反復(fù)試裝。機(jī)身部件試裝配仿真技術(shù)，主要技術(shù)思想是基于數(shù)據(jù)孿生實(shí)現(xiàn)“虛實(shí)結(jié)合，以虛控實(shí)”；主要目的是預(yù)先在虛擬裝配端經(jīng)過(guò)反復(fù)試裝“試”出一種最優(yōu)的位姿來(lái)，再引導(dǎo)實(shí)物裝配端按此位姿進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)一次裝配成功。

首先，針對(duì)兩段機(jī)身的待裝狀態(tài)，通過(guò)激光掃描待裝關(guān)鍵部位，構(gòu)建與現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)一致的孿生數(shù)據(jù)模型，以理論對(duì)接位置為目標(biāo)，在實(shí)際裝配前由孿生模型進(jìn)行試裝配仿真，發(fā)現(xiàn)可能的干涉、間隙不合理等裝配問(wèn)題，將問(wèn)題反饋給現(xiàn)場(chǎng)，并進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整并逐步進(jìn)給對(duì)接。

其次，通過(guò)雙目攝影測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)感知現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵測(cè)量點(diǎn)狀態(tài)，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)孿生模型并再經(jīng)試裝配仿真后，依據(jù)“試”出來(lái)的干涉或間隙不均勻問(wèn)題，結(jié)合姿態(tài)調(diào)整準(zhǔn)則和規(guī)則，引導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化工裝動(dòng)態(tài)調(diào)姿和逐步進(jìn)給。經(jīng)過(guò)若干次的實(shí)物裝配端＋虛擬裝配端的迭代（與進(jìn)給步長(zhǎng)的設(shè)定有關(guān)），現(xiàn)場(chǎng)裝配在虛擬模型引導(dǎo)下，逐步遞進(jìn)式裝配，最終實(shí)現(xiàn)一次性裝配合格，如圖1 所示。

圖1 機(jī)身裝配插接一次裝配到位

雙目攝影測(cè)量技術(shù)的原理［14］是利用雙目法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，兩臺(tái)參數(shù)相機(jī)平行放置，焦距為f，雙目基線距離為R，左右兩臺(tái)相機(jī)拍攝空間中一點(diǎn)P（X，Y，Z），P點(diǎn)投影在左相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（Xl，Yl），投影在右相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（Xr，Yr），則空間點(diǎn)P的三維坐標(biāo)為：

式中，Xl－Xr為視差。測(cè)距時(shí)利用視差來(lái)完成點(diǎn)P到相機(jī)平面的距離求解，基本原理如圖2 所示。

圖2 雙目測(cè)量原理圖

2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)及原則

基于數(shù)字孿生的精準(zhǔn)調(diào)裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是為了實(shí)現(xiàn)飛行器制造工程的培養(yǎng)方案而設(shè)計(jì)的，要求學(xué)生掌握飛機(jī)裝配基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)字化裝配對(duì)接、飛機(jī)機(jī)身試裝配仿真、雙目測(cè)量和機(jī)身數(shù)字化定位調(diào)姿的基礎(chǔ)原理與應(yīng)用。通過(guò)設(shè)計(jì)大空間測(cè)量的實(shí)時(shí)感知、六自由度并聯(lián)調(diào)姿和基于數(shù)字孿生的試裝配仿真驗(yàn)證3 個(gè)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠掌握飛機(jī)裝配工藝學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，認(rèn)識(shí)飛機(jī)數(shù)學(xué)化相關(guān)的技術(shù)，增強(qiáng)學(xué)生通過(guò)線上和線下資源自我學(xué)習(xí)并于實(shí)踐中創(chuàng)新的能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)組成與使用

精準(zhǔn)調(diào)裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包含硬件集成驗(yàn)證環(huán)境與系統(tǒng)軟件集成可視化展示兩部分，硬件集成驗(yàn)證環(huán)境包含以MA700 飛機(jī)前機(jī)身和中機(jī)身比例縮小試驗(yàn)件為對(duì)象的插入式對(duì)接裝配試驗(yàn)環(huán)境、六自由度并聯(lián)調(diào)姿系統(tǒng)、手持式激光掃描儀、雙目攝影測(cè)量系統(tǒng)；軟件功能系統(tǒng)方面設(shè)計(jì)了飛機(jī)數(shù)字化測(cè)量、數(shù)字化調(diào)姿的上位控制軟件和虛擬仿真可視化操作界面構(gòu)成的集成系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字孿生模型的試裝配仿真與現(xiàn)場(chǎng)位姿動(dòng)態(tài)調(diào)整，如圖3 所示。

圖3 精準(zhǔn)調(diào)裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模塊組成

2.3 大空間測(cè)量的孿生建模模塊

通過(guò)雙相機(jī)攝影測(cè)量粘貼在筒段外表面的攝影碼標(biāo)志點(diǎn)，獲取標(biāo)志點(diǎn)空間位置信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)解算和坐標(biāo)系統(tǒng)一，分別得到前機(jī)身和中機(jī)身在裝配空間的位置信息。主要由相機(jī)、長(zhǎng)度基準(zhǔn)尺、相機(jī)三角支撐架和計(jì)算機(jī)控制處理系統(tǒng)等組成，如圖4 所示。

圖4 雙目相機(jī)系統(tǒng)的布局

雙相機(jī)進(jìn)行多次拍攝得到粘貼在機(jī)身筒段試驗(yàn)件上的攝影碼標(biāo)志點(diǎn)和圓形標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息，再通過(guò)定位標(biāo)點(diǎn)與點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)得到基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)模型的虛擬仿真環(huán)境，進(jìn)入試裝配虛擬仿真過(guò)程。

雙相機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量流程如圖5 所示。①根據(jù)桶段比例試驗(yàn)件的尺寸大小和裝配環(huán)境進(jìn)行相機(jī)整體位置布局，在桶段外表面粘貼條形帶和攝影碼標(biāo)志；②采用雙相機(jī)測(cè)量系統(tǒng)建立調(diào)姿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系與兩機(jī)身部件對(duì)齊坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系；③雙相機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行位姿解算后，得到運(yùn)動(dòng)調(diào)姿平臺(tái)進(jìn)行調(diào)整的空間六自由度參數(shù)；④采用雙相機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前機(jī)身和中機(jī)身外表面的攝影編碼標(biāo)志，間接計(jì)算中機(jī)身在調(diào)姿對(duì)接過(guò)程中的姿態(tài)與位置變化，不斷發(fā)出位置數(shù)據(jù)指令進(jìn)行糾錯(cuò)。

圖5 雙目相機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)工作流程

2.4 六自由度并聯(lián)調(diào)姿模塊

如圖6 所示，采用的是六自由度并聯(lián)調(diào)姿運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，有位移量X、Y、Z和俯仰角α，傾側(cè)角β，扭轉(zhuǎn)角γ的6 個(gè)自由度。該平臺(tái)主要由以下部分組成：上平臺(tái)水平支撐面、下平臺(tái)固定基座、電動(dòng)缸、伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳感器測(cè)量反饋系統(tǒng)、平臺(tái)上方座椅踏板連桿伸縮機(jī)構(gòu)及電氣控制系統(tǒng)、平臺(tái)左右兩邊通道的伸縮機(jī)構(gòu)及電氣控制系統(tǒng)、姿態(tài)運(yùn)算系統(tǒng)等組成。

圖6 六自由度運(yùn)動(dòng)調(diào)姿平臺(tái)結(jié)構(gòu)及軟件控制界面

六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在控制系統(tǒng)的檢測(cè)和控制下運(yùn)行。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)位置－缸長(zhǎng)解算，通過(guò)驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)改變電動(dòng)缸缸長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在空間中的六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，如圖7 所示。

圖7 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制流程

2.5 虛擬仿真驗(yàn)證模塊

（1）動(dòng)態(tài)工藝模型的三維重建。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所用貪婪三角剖分算法針對(duì)有包含法線的3D 點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三角化。該算法首先建立一個(gè)局部的含有二維坐標(biāo)系的平面，然后將采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到包含法線的點(diǎn)數(shù)據(jù)，將該點(diǎn)沿其法線方向投影到建立的局部平面上，最后依次連接各懸空點(diǎn)在進(jìn)行下一個(gè)包含法線的點(diǎn)。通過(guò)重復(fù)迭代操作形成三維軟件可執(zhí)行操作的實(shí)測(cè)機(jī)身筒段模型，如圖8 所示。

圖8 機(jī)身筒段試驗(yàn)件實(shí)測(cè)模型

（2）動(dòng)態(tài)虛擬仿真驗(yàn)證。在兩機(jī)身對(duì)接端面各選4 個(gè)攝影點(diǎn)，由單相機(jī)拍照標(biāo)定所得。在運(yùn)動(dòng)調(diào)姿平臺(tái)將筒段運(yùn)動(dòng)到待插入時(shí)對(duì)接流程位置后此時(shí)沿機(jī)身筒段試驗(yàn)件軸向位置即運(yùn)動(dòng)平臺(tái)Y軸正方向進(jìn)行虛擬平移運(yùn)動(dòng)。通過(guò)驗(yàn)證兩機(jī)身筒段試驗(yàn)件的4 個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)相對(duì)位置信息和對(duì)接端面是否存在碰撞干涉來(lái)判定機(jī)身部件插入式虛擬裝配對(duì)接是否滿足工藝要求。

當(dāng)虛擬仿真驗(yàn)證流程判定可進(jìn)行中機(jī)身筒段平插對(duì)接時(shí)，啟動(dòng)六自由度調(diào)姿運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，按雙相機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定沿Y軸正方向調(diào)姿參數(shù)進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，雙相機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)每次在Y軸正方向平移10 mm后即進(jìn)行拍照測(cè)量，實(shí)時(shí)反饋仿真驗(yàn)證結(jié)果，并向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上位控制軟件實(shí)時(shí)發(fā)送機(jī)身筒段試驗(yàn)件空間姿態(tài)偏差補(bǔ)償參數(shù)，使得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3 教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

3.1 教學(xué)目的與要求

通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)裝平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生逐漸認(rèn)識(shí)機(jī)身數(shù)字化裝配技術(shù)體系，掌握大空間數(shù)字化測(cè)量方法、基于數(shù)據(jù)孿生的試裝配仿真方法和機(jī)身對(duì)接裝配的基本原理和相關(guān)技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)合軟、硬件平臺(tái)的搭建和使用，主要目的是為學(xué)生提供了多學(xué)科知識(shí)體系融合以及跨學(xué)科復(fù)合型人才培養(yǎng)的平臺(tái)環(huán)境［15］，從而培養(yǎng)具有扎實(shí)傳統(tǒng)飛機(jī)裝配知識(shí)并具備先進(jìn)數(shù)字化裝配技術(shù)視閾的專業(yè)人才。具體要求如下：

（1）對(duì)飛機(jī)裝配工藝學(xué)課程的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入淺出的講解，展示國(guó)內(nèi)外飛機(jī)先進(jìn)裝配技術(shù)案例。

（2）了解雙目測(cè)量的基礎(chǔ)原理，講解基于雙目測(cè)量原理搭建的雙相機(jī)攝影系統(tǒng)操作方法。

（3）學(xué)會(huì)操作使用精準(zhǔn)調(diào)裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，掌握六軸并聯(lián)機(jī)構(gòu)調(diào)姿方法。

（4）通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)進(jìn)行控制整個(gè)精準(zhǔn)調(diào)裝平臺(tái)，根據(jù)“以虛控實(shí)”精準(zhǔn)調(diào)裝算法逐步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)流程。

3.2 教學(xué)內(nèi)容

精準(zhǔn)調(diào)裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容見(jiàn)表1。包含大空間測(cè)量的實(shí)時(shí)感知、六自由度并聯(lián)調(diào)姿和基于數(shù)字孿生的試裝配仿真驗(yàn)證3 個(gè)模塊，總實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為8 學(xué)時(shí)。

表1 飛機(jī)部件數(shù)字化對(duì)接裝配實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

3.3 教學(xué)范例

結(jié)合圖9 所示的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究提出了一種虛實(shí)結(jié)合、以虛控實(shí)的迭代遞進(jìn)式精準(zhǔn)調(diào)裝算法和實(shí)驗(yàn)流程，如圖10 所示。

圖9 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

“以虛控實(shí)”精準(zhǔn)調(diào)裝算法與實(shí)驗(yàn)流程如下：

（1）T0時(shí)間段。實(shí)物裝配端將機(jī)身試驗(yàn)件吊運(yùn)至柔性工裝上，經(jīng)過(guò)初步的位姿調(diào)整，移動(dòng)機(jī)身兩段至相距80 mm 的待裝位置后，執(zhí)行第①步：對(duì)關(guān)鍵對(duì)接部位進(jìn)行激光掃描，并將掃描數(shù)據(jù)傳遞給虛擬裝配端。虛擬裝配端將基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行孿生建模，并與現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系進(jìn)行配準(zhǔn)，形成與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)身部件對(duì)應(yīng)的數(shù)字模型。

（2）T1時(shí)間段。從虛擬裝配端發(fā)起，執(zhí)行第②步：基于數(shù)字孿生模型進(jìn)行試裝配仿真，第1 次的試裝配仿真要輸出兩個(gè)結(jié)果：首先，預(yù)先在虛擬裝配端經(jīng)過(guò)反復(fù)試裝“試”出一種最優(yōu)的位姿，試裝過(guò)程中若存在干涉、最大間隙超差或者間隙不均勻情況，需要依據(jù)位姿調(diào)整規(guī)則調(diào)整位姿后繼續(xù)進(jìn)行試裝配仿真，直到找到一種最優(yōu)的機(jī)身位置姿態(tài)，使得偏差符合設(shè)計(jì)要求、插接過(guò)程不存在干涉碰撞；其次，將配準(zhǔn)后的孿生模型按飛機(jī)坐標(biāo)系平動(dòng)插接到最終狀態(tài)，給出試裝配仿真過(guò)程中以及最終狀態(tài)存在的干涉和最大間隙情況。虛擬仿真端根據(jù)步驟②執(zhí)行第③步：給出柔性工裝需要調(diào)整的方向、參數(shù)和坐標(biāo)。實(shí)物裝配端會(huì)根據(jù)步驟③給出的調(diào)整建議，執(zhí)行第④步：“姿態(tài)調(diào)整＋直線進(jìn)給”的操作（首先將調(diào)整機(jī)身姿態(tài)到目標(biāo)位置，然后平動(dòng)進(jìn)給20 mm，此時(shí)機(jī)身間距為60 mm）。

（3）在T2時(shí)間段。實(shí)物裝配端在考慮機(jī)身姿態(tài)調(diào)整和平動(dòng)后引入的新的誤差后，執(zhí)行第①步：將基于雙目攝影測(cè)量系統(tǒng)對(duì)關(guān)鍵測(cè)量點(diǎn)（KMP）進(jìn)行再次測(cè)量。虛擬裝配端將根據(jù)新測(cè)的數(shù)據(jù)重新生成孿生模型。

（4）在T3時(shí)間段。虛擬裝配端基于更新后的孿生模型執(zhí)行第②步：孿生模型再次進(jìn)行試裝配仿真，將孿生模型按飛機(jī)坐標(biāo)系平動(dòng)插接到最終狀態(tài)，并檢查試裝配仿真過(guò)程中以及最終狀態(tài)存在的干涉和最大間隙情況。虛擬仿真端根據(jù)步驟②執(zhí)行第③步：給出柔性工裝的需要調(diào)整的參數(shù)和坐標(biāo)后，實(shí)物裝配端執(zhí)行第④步：姿態(tài)調(diào)整＋直線進(jìn)給（20 mm）操作，此時(shí)機(jī)身間距為40 mm。

（5）依次類推，通過(guò)“以虛控實(shí)反復(fù)迭代”的過(guò)程重復(fù)執(zhí)行步驟①②③④到Tn－2時(shí)間段。

（6）最后一步插接，首先在Tn－2時(shí)間段，虛擬裝配端最后一次根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)更新孿生模型并在Tn－1時(shí)間段進(jìn)行孿生模型的試裝配仿真。在Tn時(shí)間段，實(shí)物裝配端根據(jù)試裝配仿真給出的方向、參數(shù)和坐標(biāo)，執(zhí)行“姿態(tài)調(diào)整＋直線進(jìn)給命令”，實(shí)現(xiàn)最后一步插接到位，此時(shí)虛擬裝配端更新孿生模型并對(duì)本次裝配做出評(píng)價(jià)此時(shí)桶段軸向?yàn)閷?duì)接方向，即運(yùn)動(dòng)平臺(tái)Y軸正方向。在虛擬仿真驗(yàn)證系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)中機(jī)身試驗(yàn)件模型沿Y軸正方向前進(jìn)直至Y軸方向相對(duì)測(cè)量值顯示為0（機(jī)身對(duì)接完畢，可以測(cè)量對(duì)接部位外側(cè)可見(jiàn)部分，而內(nèi)部不可見(jiàn)、不可測(cè)部位可通過(guò)最后一次的試裝配仿真結(jié)果獲取，包括最大間隙、間隙均勻性等評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)）。

3.4 教學(xué)效果

參與機(jī)身精準(zhǔn)調(diào)裝實(shí)驗(yàn)的學(xué)生共有8 組，每組3～5 人，要求每組學(xué)生通過(guò)提前錄制的演示視頻學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)相關(guān)原理和實(shí)驗(yàn)任務(wù)及操作注意事項(xiàng)后，組長(zhǎng)分配任務(wù)到組員，并上交任務(wù)分配清單給教師，獨(dú)立高效地完成了實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在完成3 個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，了解機(jī)身數(shù)字化裝配的先進(jìn)技術(shù)，掌握了飛機(jī)數(shù)字化裝配對(duì)接、飛機(jī)機(jī)身試裝配仿真、大空間測(cè)量、測(cè)量場(chǎng)構(gòu)建、姿態(tài)求解的相關(guān)理論，培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)探索和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)飛行器制造工程專業(yè)飛機(jī)裝配工藝學(xué)基礎(chǔ)課程的實(shí)際需要，搭建了基于數(shù)字孿生的精準(zhǔn)調(diào)裝平臺(tái)，論述了飛機(jī)數(shù)字化裝配對(duì)接原理、數(shù)字化定位調(diào)姿技術(shù)以及飛機(jī)機(jī)身試裝配虛擬仿真技術(shù)在飛機(jī)數(shù)字化裝配的應(yīng)用環(huán)境，結(jié)合課程案例式教學(xué)需求，介紹了基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)數(shù)字化飛機(jī)裝配相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解更為深入，提高其對(duì)機(jī)身裝配等工程實(shí)際問(wèn)題的認(rèn)識(shí)與創(chuàng)新能力。