黃 鵬，王 青，俞慈君，李江雄，柯映林

（浙江大學 機械工程學院 浙江省先進制造技術(shù)重點研究實驗室，浙江 杭州 310027）

0 引言

飛機附件校準是飛機總裝的一個重要環(huán)節(jié)，用以保證航炮、平顯等附件與機身的相對位置正確一致。目前，對附件的調(diào)整主要依據(jù)簡單的光學設(shè)備，基于模擬量傳遞協(xié)調(diào)參數(shù)，所采用的型架、模板和交點量規(guī)等裝配工裝的通用性很差［1-2］。校準過程人工環(huán)節(jié)多、占用空間大、效率低、精度差，難以適應(yīng)流水線式的裝配方式。此外，裝配工藝信息及檢測結(jié)果主要靠紙質(zhì)文件和人工填寫的方式存儲和傳遞，信息化、集成化程度很低，對裝配數(shù)據(jù)難以進行有效分析。隨著飛機制造工業(yè)的發(fā)展，對零部件的尺寸位置提出了嚴格的公差要求，要求計量檢測手段柔性化和通用化。傳統(tǒng)的基于水平儀、光學瞄準鏡等測量手段的附件校準方法已難以滿足現(xiàn)代飛機柔性制造的需要。

近十年來，隨著數(shù)控定位設(shè)備及激光跟蹤儀等大范圍空間三坐標測量技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，國外的飛機裝配技術(shù)逐步實現(xiàn)了設(shè)備和工裝的模塊化［3］。通過與測量技術(shù)、自動化技術(shù)和信息技術(shù)相結(jié)合，建立了先進的裝配系統(tǒng)，以保證新一代飛機制造的高質(zhì)與高效［4］。而構(gòu)建一個穩(wěn)定可靠的軟件系統(tǒng)和平臺，是實現(xiàn)不同設(shè)備和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和集成、完成裝配的流程管理與過程控制的基礎(chǔ)［5-6］。國內(nèi)一些學者對數(shù)字化裝配的相關(guān)理論進行了研究，包括裝配協(xié)調(diào)實例表示方法、數(shù)字化標準工裝的定義以及計算機輔助裝配過程控制方法等［7-10］。例如：陳哲涵等通過引入關(guān)鍵裝配特征的概念，提出一種飛機裝配檢測數(shù)據(jù)建模方法［11］；朱永國等提出一種基于iGPS測量技術(shù)的飛機慣性導航部件安裝校準方法，以提高裝配效率［12］；余鋒杰等提出一種飛機自動化裝配系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)集成方法，已成功應(yīng)用在生產(chǎn)實踐中并取得了很好的效果［13］；蔡敏等利用裝配尺寸鏈中各零件公差的綜合來反映裝配精度的準確性，并采用面向服務(wù)的體系框架（Service Oriented Architecture，SOA），利用接口將CAD 和CAM 軟件集成起來，實現(xiàn)了裝配序列規(guī)劃、裝配路徑規(guī)劃和裝配分析等功能［14］；鄒冀華等針對大型飛機部件對接裝配的困難，提出一種集成多項先進數(shù)字化技術(shù)的柔性裝配技術(shù)體系，并建立了用于部段對接裝配的柔性裝配工作站原型［15］。目前，對于數(shù)字化狀態(tài)條件下零部件安裝過程中的流程控制和數(shù)據(jù)集成方法還需要進一步研究，特別是對于附件安裝這種精度要求高、協(xié)調(diào)困難的特殊部件的安裝時，需要一種集成多項先進數(shù)字化技術(shù)的技術(shù)體系來實現(xiàn)多個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和控制。

為提高飛機裝配測量的數(shù)字化和自動化水平，本文構(gòu)建了一種飛機數(shù)字化附件安裝校準系統(tǒng)的主要框架。采用激光跟蹤儀完成附件和飛機的三坐標測量，以實現(xiàn)附件的參考幾何特征的自動參數(shù)化建模和安裝偏差計算。此外，通過建立基于統(tǒng)一裝配數(shù)據(jù)庫和工作流任務(wù)管理機制，實現(xiàn)裝配及測量過程的實時控制和管理，完成自動控制設(shè)備和操作工人的協(xié)調(diào)工作。最后，利用與計算機輔助工藝規(guī)劃（Computer Aided Plocess Planning，CAPP）和企業(yè)資源規(guī)劃（Enterprise Resource Planning，ERP）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成和共享，消除飛機制造過程中的信息斷點和信息孤島現(xiàn)象。

1 飛機附件數(shù)字化校準

飛機附件安裝校準包括整機調(diào)平和附件調(diào)整兩個環(huán)節(jié)，由多臺三坐標數(shù)控定位器對飛機位姿進行自動調(diào)整，附件的位置調(diào)整主要依靠操作人員手工完成。與傳統(tǒng)的光學校準方法不同，數(shù)字化校準方法在調(diào)整或校驗飛機及附件的裝配位置時，需要利用激光跟蹤儀等三坐標測量設(shè)備對飛機及附件的關(guān)鍵裝配特征進行檢測。附件的關(guān)鍵裝配特征包括安裝平面、瞄準軸線等幾何特征的參數(shù)。

1.1 附件安裝校準過程

在進行附件安裝校準時，要求飛機處于水平狀態(tài)。飛機的支撐由3臺三坐標數(shù)控定位器完成，通過控制定位器支撐球頭的運動，實現(xiàn)對機身位姿的調(diào)整，如圖1所示。調(diào)整完成后，由激光跟蹤測量系統(tǒng)對整體機身的位姿進行測量和評價，確保機身位姿滿足附件的安裝要求。

具體過程如下：①用激光跟蹤儀對若干公共點進行測量，將測量坐標系轉(zhuǎn)換到預設(shè)全局坐標系下，并對機身和附件上的若干點進行采樣測量；②基于這些點在參考坐標系下的坐標，由校準系統(tǒng)自動計算裝配對象的幾何特征元素，得到飛機和附件的空間位置信息，并計算安裝偏差；③由操作人員根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整附件位置，直至滿足裝配要求。測量結(jié)果為包含所有測量數(shù)據(jù)和安裝偏差計算結(jié)果的數(shù)據(jù)文件。

1.2 系統(tǒng)整體框架

隨著三坐標測量與數(shù)控調(diào)姿技術(shù)的引入，部件空間位置及裝配協(xié)調(diào)過程的表達、模擬與分析越來越受到重視。建立面向附件安裝需求的計算機工藝管理系統(tǒng)并集成裝配和測量領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)算法和模型，可以描述從直線、平面等簡單幾何特征到復雜CAD模型的空間位置，實現(xiàn)對整個附件安裝的工藝過程管理，滿足數(shù)控設(shè)備、測量設(shè)備、操作人員及CAPP、ERP等系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和存儲需求。該系統(tǒng)的整體框架可分為理論基礎(chǔ)、系統(tǒng)實現(xiàn)和主要應(yīng)用三部分，如圖2 所示。在理論基礎(chǔ)層，以幾何、力學等數(shù)學工具為理論基礎(chǔ)，結(jié)合模式識別等數(shù)據(jù)挖掘算法，建立數(shù)學和力學模型以映射實際裝配場景及過程。在系統(tǒng)實現(xiàn)層，基于部件CAD 數(shù)據(jù)建立裝配對象模型，以廣義坐標為基礎(chǔ)，定義變換與分析算子，計算部件空間位姿、相對關(guān)系及其不確定度；在主要應(yīng)用層，開發(fā)穩(wěn)定性好、可擴展的工藝管理系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)流程與設(shè)備管理等功能，以及復雜裝配環(huán)境下各種模擬和預測的綜合性研究，包括測量精度的空間分布結(jié)構(gòu)、變化規(guī)律分析，各種誤差的作用及傳播機理，以及相關(guān)控制手段的模擬和仿真等。

1.3 控制體系與核心子系統(tǒng)

附件安裝工藝涉及的軟件系統(tǒng)主要包括企業(yè)CAPP系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)和校準工藝管理系統(tǒng)。其中校準工藝管理系統(tǒng)由工藝管理系統(tǒng)、激光測量系統(tǒng)、現(xiàn)場可視化系統(tǒng)和飛機調(diào)姿控制系統(tǒng)組成。這些系統(tǒng)的連接關(guān)系如圖3所示。其中：

工藝管理系統(tǒng)負責協(xié)調(diào)測量系統(tǒng)和調(diào)姿對合控制系統(tǒng)，完成機身的測量和調(diào)姿，并配合操作工人實現(xiàn)航炮校靶、雷達校靶和全機水平測量等工序，如圖4所示；測量系統(tǒng)主要實現(xiàn)激光跟蹤儀的控制和測量數(shù)據(jù)的獲??；調(diào)姿控制系統(tǒng)驅(qū)動定位器完成機身的入位和調(diào)姿操作，并將定位器的硬件狀態(tài)信息上傳至工藝管理系統(tǒng)；裝配專用數(shù)據(jù)庫用于記錄定位器設(shè)備參數(shù)、裝配機型名義數(shù)據(jù)和裝配工藝配置參數(shù)等相關(guān)信息，為測量系統(tǒng)和調(diào)姿控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐；接口數(shù)據(jù)庫軟件負責實現(xiàn)企業(yè)ERP系統(tǒng)與工藝管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換；現(xiàn)場可視化系統(tǒng)可將系統(tǒng)運行狀態(tài)和關(guān)鍵過程信息顯示在屏幕上，實現(xiàn)生產(chǎn)管理透明化。

2 校準過程數(shù)據(jù)處理

2.1 基于廣義坐標的裝配關(guān)系表達及誤差傳遞模型

裝配可分為測量和調(diào)整兩個步驟，其基礎(chǔ)和核心是部件間空間相對關(guān)系的計算。利用廣義尺寸鏈表達部件之間的相對位置，適合高層次的特征表達，可作為計算機系統(tǒng)和數(shù)控設(shè)備信息傳遞的基礎(chǔ)，需要利用三坐標測量結(jié)果和部件數(shù)模經(jīng)過計算后得到。廣義尺寸主要基于廣義坐標的概念，兩組廣義坐標之間的差異或變換關(guān)系即廣義尺寸。可以以某一固定的全局坐標系作為參考基準，然后結(jié)合部件CAD模型定義連體坐標系，利用該坐標系與全局坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系定義其在空間中的位姿。位姿可由連體坐標原點相對于全局坐標系的直角坐標及歐拉角或卡丹角組成，共有6個獨立參變量。

定義廣義坐標L=［x，y，z，α，β，γ］T。坐標系之間的相對位姿關(guān)系即廣義尺寸，定義變換算子

在飛機附件安裝校準過程中，協(xié)調(diào)對象的尺寸差異大，測量誤差和定位調(diào)整方式不同。為滿足容差要求，需要對飛機和部件進行多次調(diào)整。受測量誤差和定位誤差的影響，飛機及附件的最終測量結(jié)果和定位精度受各種誤差因素的影響。通過分析裝配專用數(shù)據(jù)庫詳細記錄的附件校準測量結(jié)果、定位器狀態(tài)、飛機調(diào)姿路徑、任務(wù)執(zhí)行過程和環(huán)境參數(shù)等歷史數(shù)據(jù)，可以研究這些誤差因素對測量精度的影響，建立裝配空間精度場的統(tǒng)計學模型，分析其變化規(guī)律和性質(zhì)，為不確定度分析和測量方案的優(yōu)化提供依據(jù)。

利用廣義坐標向量定義裝配現(xiàn)場中的部件、工裝和設(shè)備等單個元件的狀態(tài)矢量。然后利用參數(shù)矩陣的形式建立傳遞函數(shù)，描述不同部件的廣義坐標向量之間的傳遞關(guān)系，從而實現(xiàn)誤差分析和來源回溯，并評估最終的協(xié)調(diào)不確定度。

對某部件進行N次調(diào)整過程時，誤差傳遞模型如圖5所示，可用一個線性過程模型描述每個協(xié)調(diào)過程的狀態(tài)：

式中：T為調(diào)整前設(shè)定的部件目標廣義坐標；Y為關(guān)鍵裝配特征；X為部件當前廣義坐標；P為控制點空間坐標向量；ε為定位過程中的隨機誤差（如定位器運動誤差、接頭變形和擾動等）；A為裝配特征到控制點狀態(tài)的傳遞關(guān)系矩陣；B為前次調(diào)整導致的變形影響矩陣；C為控制點狀態(tài)到部件狀態(tài)的傳遞關(guān)系矩陣；D為部件狀態(tài)到關(guān)鍵特征的傳遞關(guān)系矩陣；ηkpc為測量過程中的隨機誤差（測量系統(tǒng)誤差和環(huán)境誤差等）。

當利用歷史數(shù)據(jù)得到測量誤差和定位誤差的統(tǒng)計特征參數(shù)，如均值、方差或經(jīng)驗概率分布函數(shù)后，采用極值法和概率法就可以得到部件位置參數(shù)的變化范圍或不確定度。

2.2 數(shù)據(jù)存儲策略

采用Oracle10g數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)附件安裝校準全過程的柔性數(shù)據(jù)管理和快速存取，建立由實際數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與存取機制、用戶需要的應(yīng)用程序組成的三級數(shù)據(jù)訪問機制。數(shù)據(jù)庫詳細記錄了產(chǎn)品特征參數(shù)、設(shè)備配置信息、測量數(shù)據(jù)、任務(wù)流程日志和檢測報告等過程數(shù)據(jù)，作為后續(xù)處理和分析的依據(jù)。

機型參數(shù)和裝配工藝參數(shù)由于類型各異、屬性繁多、邏輯復雜，且涉及大量與裝配工藝相關(guān)的設(shè)備工裝參數(shù)、門限參數(shù)、報警參數(shù)和配置參數(shù)等數(shù)據(jù)，難以直接結(jié)構(gòu)化表達。對于這類易變動數(shù)據(jù)關(guān)系的抽象比較困難，可利用Oracle中的大對象二進制方式（blob類型），將非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)進行解析，轉(zhuǎn)換后再保存到數(shù)據(jù)庫中。以可擴展標記語言（eXtensible Markup Language，XML）技術(shù)作為通用的數(shù)據(jù)平臺，通過預先定義的協(xié)議將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)打包成二進制文件，并保存成數(shù)據(jù)表中的一個字段，從而使非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)滿足結(jié)構(gòu)化管理的要求，如圖6所示。XML文件中包含版本信息，可根據(jù)版本號調(diào)用相應(yīng)的打包和解析程序，并支持版本轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)系統(tǒng)升級和兼容的需要。

對于實測數(shù)據(jù)這類讀寫頻繁的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)元素之間固有的、規(guī)范的關(guān)系，采用表、列、行模式進行結(jié)構(gòu)化的抽象和管理，以保證讀寫的速度和可靠性。與飛機及附件三坐標測量相關(guān)的數(shù)據(jù)包括檢測點的定義、標定數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)站數(shù)據(jù)、檢測點測量和跟蹤數(shù)據(jù)。檢測點測量、跟蹤及轉(zhuǎn)站數(shù)據(jù)表的定義與ER 圖如圖7所示。其中檢測點數(shù)據(jù)表定義了檢測點的幾何參數(shù)、靶標安裝參數(shù)和補償參數(shù)；檢測點標定數(shù)據(jù)表和轉(zhuǎn)站數(shù)據(jù)表記錄了跟蹤儀工作時的標定信息和轉(zhuǎn)站信息，每次測量任務(wù)和跟蹤任務(wù)都有與之相關(guān)的標定數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)站數(shù)據(jù)。

檢測點的基本信息包括檢測點ID、編號、名稱、檢測點所在部件、檢測點在部件坐標系和飛機坐標系下的設(shè)計坐標、檢測點類型、靶標參數(shù)、補償量和允許容差等。

標定數(shù)據(jù)包括標定編號、跟蹤儀ID、標定內(nèi)容和標定時間。標定數(shù)據(jù)以二進制方式詳細記錄了激光光強和氣象站檢查、靶標檢查、前視／后視檢查、激光干涉儀field檢查、絕對距離測量（Absolute Distance Measurement，ADM）檢查、點對點長度測量示值誤差、雙面測量示值誤差等標定數(shù)據(jù)。

檢測點測量數(shù)據(jù)包括檢測點ID、標定編號、轉(zhuǎn)站編號、檢測點在參考坐標系下的實測坐標、轉(zhuǎn)站后數(shù)據(jù)、會簽通知單編號、會簽處理意見、會簽處理原因、允許容差和實際誤差等。當會簽通知單編號不為空，即對檢測點做特殊處理時，會簽意見包括“放大容差”和“拋棄處理”；當會簽通知單編號為空時，會簽處理意見為“正常處理”。

檢測點跟蹤數(shù)據(jù)包括檢測點ID、標定編號、轉(zhuǎn)站編號、工藝編號和檢測點在參考坐標系下的實測坐標等。在機身調(diào)平工藝過程中，激光跟蹤儀對若干個檢測點進行實時跟蹤，系統(tǒng)定時記錄跟蹤數(shù)據(jù)。

2.3 與ERP和CAPP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換

工藝管理系統(tǒng)可以通過接口數(shù)據(jù)庫與ERP系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)通訊通道，實現(xiàn)雙方數(shù)據(jù)的讀寫和信息互換。通過數(shù)據(jù)庫接口程序，軟件系統(tǒng)可讀取數(shù)據(jù)庫已存儲的裝配大綱（Assembly Order，AO）狀態(tài)信息，并在操作完成后將操作結(jié)束信息和相關(guān)數(shù)據(jù)存入接口數(shù)據(jù)庫軟件，待企業(yè)ERP系統(tǒng)查詢后，記錄操作結(jié)果或測量數(shù)據(jù)，更新自身的AO狀態(tài)。

CAPP系統(tǒng)向中間數(shù)據(jù)庫提供工藝數(shù)據(jù)，包含物料清單（Bill of Material，BOM）、AO信息、AO相關(guān)的配套信息（包含零件、成品、輔料等）等，如圖8所示。ERP從中間庫獲取這些信息后進行現(xiàn)場派工作業(yè)，將派工指令和完工信息等提供給公共接口數(shù)據(jù)庫，工藝管理系統(tǒng)通過結(jié)果數(shù)據(jù)庫獲取已派工的指令，執(zhí)行相應(yīng)的裝配操作，并將實測數(shù)據(jù)提供給中間庫，ERP現(xiàn)場管理系統(tǒng)通過讀取實測數(shù)據(jù)表進行展示。工序完工時現(xiàn)場填寫工序作業(yè)單和工序檢驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)進度監(jiān)控。AO 發(fā)生更改時也要將路線數(shù)據(jù)及時傳遞給ERP系統(tǒng)。

具體交換的信息包括：

（1）接口數(shù)據(jù)庫中預存儲的數(shù)據(jù)信息 主要包括AO派工信息，包含AO 的執(zhí)行狀態(tài)（已派工、已確認開工、已完成）。相應(yīng)的工藝內(nèi)容包括：飛機調(diào)平技術(shù)要求、慣導安裝測量技術(shù)要求、航炮校靶測量技術(shù)要求和平顯校靶技術(shù)要求。

（2）安裝質(zhì)量入庫信息 主要包括：機身相對于全局坐標系的廣義坐標；機身中軸線的方向信息；全機水平測量操作的狀態(tài)信息和水平測量點檢測的數(shù)據(jù)；慣導安裝的狀態(tài)信息和慣導水平測量數(shù)據(jù)；航炮校靶操作的狀態(tài)信息和檢測數(shù)據(jù)；平顯調(diào)試安裝操作的狀態(tài)信息和檢測數(shù)據(jù)。

3 核心子系統(tǒng)及實現(xiàn)

3.1 工藝管理系統(tǒng)

通過建立符合業(yè)務(wù)流程邏輯的工作流管理系統(tǒng)（workflow management systems），可以協(xié)調(diào)人員和工裝設(shè)備的工作，保證信息和數(shù)據(jù)在參與者之間正確傳遞，共同完成附件校準任務(wù)［16］。工藝管理系統(tǒng)可以與ERP系統(tǒng)、CAPP系統(tǒng)、跟蹤儀測量系統(tǒng)和定位器控制系統(tǒng)緊密集成，為附件安裝中的裝配環(huán)節(jié)提供完整的技術(shù)數(shù)據(jù)支撐和流程管理。除了具有完善的異常處理和數(shù)據(jù)存儲功能外，還可基于完整的安裝過程數(shù)據(jù)并結(jié)合統(tǒng)計分析技術(shù)將工業(yè)測量延展到設(shè)計、制造、過程控制和質(zhì)量保證等領(lǐng)域，詳細操作流程如圖9所示。

任務(wù)是由工藝管理系統(tǒng)分配的必須在一定時間內(nèi)完成的操作過程。所有任務(wù)均由工藝管理系統(tǒng)下達，在相關(guān)子系統(tǒng)中對任務(wù)進行具體化和細化，并向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)送動作指令。任務(wù)的所有直接派生任務(wù)稱為子任務(wù)，子任務(wù)既可以提交也可以回滾。系統(tǒng)允許人工干預，將生成的任務(wù)掛起或終止。若掛起則需要保護現(xiàn)場，即保存底層各執(zhí)行機構(gòu)的狀態(tài)數(shù)據(jù)；然后在用戶請求下恢復現(xiàn)場，并喚醒被掛起的任務(wù)。任務(wù)管理器根據(jù)任務(wù)間的父子關(guān)系和順序關(guān)系，對所有測量任務(wù)和調(diào)姿任務(wù)進行組織與協(xié)同。根據(jù)工藝流程嚴格保證頂層任務(wù)及其所有子任務(wù)的執(zhí)行序列，在單個子任務(wù)執(zhí)行完成后，方可執(zhí)行后續(xù)操作。

3.2 激光測量系統(tǒng)

激光測量系統(tǒng)通過訪問激光跟蹤儀服務(wù)器并控制激光跟蹤儀，實現(xiàn)初始化、松電機、開關(guān)激光、回鳥巢、測量和搜索等操作。它允許用戶基于測量點坐標進行各種特征元素的構(gòu)造，如直線、平面等，可以實現(xiàn)裝配現(xiàn)場坐標系的建立和部分計算工作。測量系統(tǒng)能與工藝管理系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接，處理工藝管理系統(tǒng)發(fā)送的測量指令并進行自動測量，完成包括全機水平測量、航炮校靶測量、平顯校靶測量等多項任務(wù)。該系統(tǒng)支持Leica LTD640、LTD840等多型激光跟蹤儀，支持T-Cam 和T-Probe進行測量。此外，為保證裝配對象的安全，在測量超差或可能出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)將自動報警并給出提示，以便人工介入操作。

通常激光跟蹤儀上設(shè)有接口emScon，測量系統(tǒng)可通過TCP／IP 網(wǎng)絡(luò)與跟蹤儀進行通信［17］。該接口為一個COM 對象，可接收事件／消息（event）?？刂泼顬橥矫顣r系統(tǒng)掛起，直到該命令完成并返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)；控制命令為異步命令時，執(zhí)行結(jié)果和數(shù)據(jù)以事件的方式返回。利用該接口不但可以自動獲取測量數(shù)據(jù)，還可以對跟蹤儀進行控制，實現(xiàn)多點的自動指向和連續(xù)測量。

應(yīng)用程序接口（Application Programming Interface，API）層上的主要數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)和組織關(guān)系如圖10所示。其中：CFormCalibCan為校準測量操作界面類；CLeicaLaserTracker為基于eMScon TPI V2.3編寫的跟蹤儀通信及控制類，用于跟蹤儀的通信和控制；TI＿WatchView 為實測偏差計算及顯示類；DAAO 為AO 狀態(tài)信息查詢類；DAT＿Act-Measure為接口數(shù)據(jù)庫訪問類；CprintRX 為測量結(jié)果打印類。CLeicaLaserTracker的主要功能有：①跟蹤儀信息查詢，包括連接狀態(tài)、跟蹤儀的IP地址和跟蹤儀的端口號等；②通訊相關(guān)功能，包括發(fā)送命令類和接收信息類，可實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的上傳；③跟蹤儀的狀態(tài)信息和配置操作。

對測量工裝和機身上的檢測點進行測量后，測量系統(tǒng)可自動完成飛機對稱軸線的計算，并將偏差實測結(jié)果顯示在軟件界面上，指導工人對附件作進一步調(diào)整。最后，測量結(jié)果以用戶定義的報告形式打印，并發(fā)送至接口數(shù)據(jù)庫。

例如，在慣導安裝時，首先根據(jù)慣導水平測量的工藝步驟和特點，提供圖示化向?qū)讲僮鹘缑?，使操作人員可以根據(jù)圖示化的操作向?qū)?，按照指定的步驟高效完成慣導水平測量任務(wù)；然后依次實現(xiàn)飛機對稱軸線數(shù)據(jù)的讀取、靶標點自動或手動測量、慣導校準模板水平偏差計算（含俯仰偏差和傾斜偏差）、慣導校準模板航向偏差計算、計算結(jié)果的可視化顯示（模擬實際的靶板給出圖像化的慣導水平測量結(jié)果）、調(diào)整方法提示等功能。其基本流程如圖11所示。

4 應(yīng)用案例——慣導部件安裝校準

慣導系統(tǒng)安裝時，要求安裝面與飛機參考平面的夾角滿足容差要求。利用一個慣導校準模板，可對慣導安裝平面進行測量，其兩個工作平面能正確反映慣導安裝面的位置和方向。慣導調(diào)整裝置的測點布置如圖12所示：首先對飛機參考點進行測量，確保其姿態(tài)滿足調(diào)平要求（飛機構(gòu)造水平面與全局坐標系參考平面重合），并構(gòu)造飛機對稱軸線；然后獲取慣導調(diào)整裝置上6個測量點的坐標值，并計算安裝偏差角。

操作人員在工藝管理系統(tǒng)“裝配指令查詢”對話框中輸入裝配指令編號，查詢該裝配指令是否已經(jīng)派工。在“整機調(diào)平”操作中，工藝管理系統(tǒng)根據(jù)飛機相對于全局坐標系的位置，計算出三個定位器的路徑軌跡點并驅(qū)動其運動。其中位姿采用廣義坐標向量的形式表示。

飛機調(diào)平后，操作人員啟動激光測量系統(tǒng)軟件，并手持T-Probe完成飛機測量點的測量。測量系統(tǒng)自動計算飛機的對稱軸線和調(diào)平偏差，完成慣導工裝上測量點的測量。軟件圖形界面顯示慣導工裝的各向偏差角，以提示調(diào)整方向，如圖13所示。若未達到容差要求，則繼續(xù)人工調(diào)整并重新測量。在慣導安裝平面調(diào)整完成后，將當前部件的安裝精度檢測結(jié)果發(fā)送至工藝管理系統(tǒng)和接口數(shù)據(jù)庫。

5 結(jié)束語

本文構(gòu)建的飛機附件數(shù)字化安裝校準系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為支撐，以工藝管理系統(tǒng)為核心，基于工作流的任務(wù)調(diào)度方法實現(xiàn)裝配過程規(guī)范化和自動化，實現(xiàn)飛機產(chǎn)品的三坐標精密測量、參數(shù)化幾何建模和安裝偏差計算，同時與企業(yè)ERP、CAPP 等系統(tǒng)無縫集成。基于廣義坐標實現(xiàn)飛機及附件的關(guān)系表達，并建立了多次定位的誤差傳遞模型，通過工藝數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)的全面集成，有助于更好地發(fā)揮數(shù)字化裝配的優(yōu)勢，實現(xiàn)現(xiàn)場制造數(shù)據(jù)管理和裝配質(zhì)量信息的及時反饋。通過對數(shù)字化附件校準流程的分析，對系統(tǒng)進行了模塊劃分，研究開發(fā)了適用于我國航空制造業(yè)數(shù)字化建設(shè)需求的實用軟件系統(tǒng)，為全面提高我國航空企業(yè)數(shù)字化裝配水平進行了有益的探索和嘗試。

飛機裝配工藝參數(shù)存儲機制是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，飛機附件校準時涉及大量關(guān)系復雜的特征和約束條件，僅靠基于預設(shè)坐標系的廣義坐標表達難以保存所有的相關(guān)信息，針對產(chǎn)品設(shè)計、制造和裝配等不同階段中的部件幾何信息的統(tǒng)一表達和計算的框架方法，還需要作進一步的補充和完善。此外，校準系統(tǒng)應(yīng)用過程中，累積了大量的過程數(shù)據(jù)和裝配實例，需要充分利用這些數(shù)據(jù)中隱含的信息和知識，開發(fā)知識數(shù)據(jù)的檢索、推理和數(shù)據(jù)挖掘等功能模塊，為相似飛機產(chǎn)品的工藝設(shè)計和裝配方案優(yōu)選提供參考和幫助，這也是下一步需要重點研究的方向。

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