基于精度控制的飞机装配工艺设计与优化技术研究

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装配工艺设计是飞机研制生产过程的重要环节,其质量直接影响到产品精度、研制生产成本和周期。随着基于模型定义(Model-based Definition, MBD)技术的发展,飞机装配工艺设计开始尝试使用三维工具软件对飞机装配过程进行可行性仿真,并取得了一定成果。但是由于忽视了装配工艺对装配精度的影响,导致在装配工艺执行阶段出现了较多的修配和返修等问题。本文针对上述问题,通过分析装配工艺对装配精度的影响,提出了基于精度控制的飞机装配工艺设计方法与体系,构建了基于模型定义的集成装配信息模型,研究了基于精度控制的飞机装配工艺设计与仿真技术、基于精度控制的飞机装配工艺优化技术等关键问题。论文的主要研究内容及创新点如下:(1)提出了基于精度控制的飞机装配工艺设计方法与体系。通过分析现有飞机装配工艺设计方法中存在的问题,提出了基于精度控制的飞机装配工艺设计方法,在此基础上分析了基于精度控制的飞机装配工艺设计过程。通过分析基于精度控制的飞机装配工艺设计技术特点,建立了基于精度控制的飞机装配工艺设计体系结构,并阐述了论文研究的主要关键技术。(2)构建了基于模型定义的集成装配信息模型。利用MBD技术建立了基于模型定义的集成装配信息管理框架,并且将基于精度控制的飞机装配工艺设计过程包含的信息合理组织,构建了基于模型定义的集成装配信息模型。利用装配工序模型,建立了装配工艺MBD模型,并定义了装配工艺全要素信息。通过分析装配精度控制对信息的需求,建立了精度MBD模型,研究了精度MBD模型的组成和结构。为了便于装配精度仿真和装配工艺优化,提出了装配偏差源的概念,并建立了装配偏差源信息模型。(3)研究了基于精度控制的飞机装配工艺设计与仿真技术。根据飞机装配工艺准备过程的特点,以及基于精度控制的飞机装配工艺设计方法,论述了基于精度控制的飞机装配工艺设计与仿真的详细过程。通过研究飞机装配过程中的BOM属性和多种BOM之间的关系,提出了基于BOM结构调整的飞机装配工艺设计方法。通过研究装配约束特征、装配约束组以及装配操作元等,实现了基于装配操作元的装配过程仿真,并提出了基于时序粒度的装配信息标注方法。在装配工艺仿真过程中,重点研究了装配偏差传递信息的抽象表达方法,在此基础上提出了基于装配工艺全要素信息与装配偏差传递信息之间映射的装配精度仿真方法,从而在飞机装配工艺准备阶段实现对装配精度的仿真,并以缝翼部件装配体为例,实现了基于精度控制的飞机装配工艺设计与仿真。(4)研究了基于精度控制的飞机装配工艺优化技术。将工艺能力指数作为装配工艺优化的主要评价指标,并分析了造成飞机装配偏差的主要偏差源类型,在此基础上,提出了基于精度控制的飞机装配工艺优化方法。装配偏差源敏感度是装配偏差累积的重要影响因素,为了计算装配偏差源敏感度,在论述基于基准参考结构的偏差传递路径和基于装配约束的多维装配矢量环模型的基础上,提出了基于多维矢量环的装配偏差源敏感度计算方法,并以某机翼内襟翼摇臂装配体为例,建立了装配偏差源敏感度算例。再利用基于制造能力的公差域模型以及装配偏差源敏感度,实现了基于精度控制的飞机装配工艺优化。(5)设计并开发了基于精度控制的飞机装配工艺设计与优化系统,以某型飞机部件装配过程实例为基础,验证了系统的功能以及本文的技术。
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