魏莉

摘 要： 裝配工藝設(shè)計(jì)是飛機(jī)研制生產(chǎn)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品精度、研制生產(chǎn)成本和周期。本文通過(guò)分析裝配工藝對(duì)裝配精度的影響，提出了基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)方法與體系以及裝配工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞： 飛機(jī)裝配工藝;工藝設(shè)計(jì)體系

1.基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)方法

基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)是通過(guò)優(yōu)化裝配工藝和提高裝配精度來(lái)實(shí)現(xiàn)裝配生產(chǎn)成本和裝配精度的均衡，其主要包含以下內(nèi)容。

（1）設(shè)計(jì)MBD模型的發(fā)布

首先在CAD系統(tǒng)中完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，將包含有產(chǎn)品的三維模型、產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（EBOM）、產(chǎn)品設(shè)計(jì)公差、關(guān)聯(lián)尺寸、幾何約束、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、坐標(biāo)軸系統(tǒng)等信息的設(shè)計(jì)MBD模型傳輸?shù)疆a(chǎn)品數(shù)據(jù)協(xié)同平臺(tái)并進(jìn)行存儲(chǔ)。

（2）頂層工藝規(guī)劃

頂層工藝規(guī)劃作為產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)的重要組成部分，以EBOM為基礎(chǔ)，加入工藝組合件，并確定各零部件的工藝分工，進(jìn)而形成PBOM。再以PBOM為基礎(chǔ)，合理地利用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分離面和工藝分離面，劃分裝配單元，形成頂層MBOM。

（3）工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)

工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)的主要工作是構(gòu)建底層MBOM和裝配工藝指令，是產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)的組成部分。工藝部門(mén)進(jìn)行裝配工藝的詳細(xì)設(shè)計(jì)，形成底層MBOM。將MBOM、精度信息、工藝特征參數(shù)（包含工藝定位孔參數(shù)、坐標(biāo)孔參數(shù)）、協(xié)調(diào)基準(zhǔn)（包含加工基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)、檢驗(yàn)基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)）等工藝信息相融合形成工藝MBD模型。

（4）裝配過(guò)程仿真

在裝配工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)完成之后，將裝配資源模型導(dǎo)入到裝配環(huán)境中，進(jìn)行裝配過(guò)程仿真。仿真中將對(duì)裝配路徑干涉情況、裝配順序、人機(jī)工程等方面進(jìn)行驗(yàn)證并依據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)。

（5）裝配精度仿真

裝配精度仿真首先是構(gòu)建包含輸入信息、測(cè)量信息的精度MBD模型。輸入信息主要包含設(shè)計(jì)MBD模型信息、工藝MBD模型信息、工裝信息等;測(cè)量信息主要包含測(cè)量關(guān)鍵特性、測(cè)量方案、測(cè)量基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)量、測(cè)量預(yù)測(cè)值和分析數(shù)據(jù)等。

（6）裝配工藝優(yōu)化

裝配工藝優(yōu)化是在分析裝配精度仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定需要優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)優(yōu)化裝配順序、定位方式、設(shè)計(jì)公差值等因素，達(dá)到滿(mǎn)足相關(guān)裝配精度要求的過(guò)程。

（7）裝配工藝信息管理及工藝執(zhí)行

裝配工藝設(shè)計(jì)完成之后，將MBOM、裝配工藝、以及裝配工藝指令傳輸?shù)疆a(chǎn)品數(shù)據(jù)協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行裝配工藝信息管理。在裝配工藝發(fā)布后，操作人員可以對(duì)相對(duì)應(yīng)工藝文件進(jìn)行瀏覽。

2.飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)

2.1 飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)

基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。通過(guò)若干接口實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成，其數(shù)據(jù)管理平臺(tái)是航空數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)協(xié)同平臺(tái)。在該平臺(tái)上可以獲取相應(yīng)的設(shè)計(jì)MBD模型、EBOM等信息進(jìn)行裝配工藝設(shè)計(jì)、裝配過(guò)程仿真、裝配精度仿真、裝配工藝優(yōu)化、三維裝配工藝指令輸出、現(xiàn)場(chǎng)工藝可視化指導(dǎo)，并將三維裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)產(chǎn)生的MBOM、工藝指令、仿真動(dòng)畫(huà)等工藝數(shù)據(jù)保存到數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)協(xié)同平臺(tái)中進(jìn)行統(tǒng)一審核與管理。

基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)可以分為以下四層：

（1）底層數(shù)據(jù)層

底層數(shù)據(jù)層用于管理裝配工藝準(zhǔn)備過(guò)程需要用到的工程數(shù)據(jù)和工藝知識(shí)，是裝配工藝設(shè)計(jì)、裝配過(guò)程仿真、裝配精度仿真和裝配工藝優(yōu)化的基礎(chǔ)。工程數(shù)據(jù)包括裝配資源信息、設(shè)備信息、裝配工裝信息、裝配工藝參數(shù)、裝配特征表面集合、裝配約束關(guān)系集合等;工藝知識(shí)包括工藝級(jí)、工序級(jí)和工步級(jí)知識(shí)等信息。底層數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)和文件服務(wù)器中。數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的信息包括產(chǎn)品管理信息、產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)信息、裝配工藝管理信息、工藝參數(shù)信息、公差知識(shí)以及裝配仿真信息等。文件服務(wù)器存儲(chǔ)和管理的信息包括零部件三維模型、裝配資源模型、工序視圖、仿真動(dòng)畫(huà)、以及三維裝配工藝指令模板等物理文件。

（2）核心基礎(chǔ)構(gòu)件層

系統(tǒng)核心基礎(chǔ)構(gòu)件層作為系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)構(gòu)件層的基礎(chǔ)，主要為應(yīng)用服務(wù)構(gòu)件層提供底層的數(shù)據(jù)支撐和算法支撐，包括系統(tǒng)集成構(gòu)件、工作流構(gòu)件、可視化瀏覽構(gòu)件、模型操作構(gòu)件、數(shù)據(jù)流構(gòu)件、三維化仿真構(gòu)件、偏差提取構(gòu)件、矢量環(huán)構(gòu)件、敏感度計(jì)算構(gòu)件等。

（3）應(yīng)用服務(wù)構(gòu)件層

應(yīng)用服務(wù)構(gòu)件層主要包括裝配工藝設(shè)計(jì)、裝配過(guò)程仿真、裝配精度仿真以及裝配工藝優(yōu)化，是裝配工藝設(shè)計(jì)與仿真系統(tǒng)的應(yīng)用核心。

（4）交互應(yīng)用層

交互應(yīng)用層提供了系統(tǒng)與用戶(hù)和其它系統(tǒng)的交互接口。為了使裝配工藝設(shè)計(jì)工作環(huán)境更加真實(shí)，裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供了人性化的導(dǎo)航樹(shù)和可視化的人機(jī)交互環(huán)境，從而保證了裝配工藝指令的質(zhì)量。

2.2 基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)涉及到MBD、三維仿真、數(shù)據(jù)集成、工作流管理、知識(shí)工程、飛機(jī)裝配等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。

（1）基于模型定義的集成裝配信息模型建立技術(shù)：

在數(shù)字化裝配技術(shù)和MBD技術(shù)支撐下，建立集成裝配信息模型，來(lái)實(shí)現(xiàn)基于精度控制的飛機(jī)研制生產(chǎn)全過(guò)程的裝配信息管理，產(chǎn)品裝配精度設(shè)計(jì)環(huán)境、裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)、數(shù)字化對(duì)接與測(cè)量設(shè)備等之間的高度信息集成。

（2）基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)：

MBD模式下基于精度控制的裝配工藝設(shè)計(jì)與仿真，需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用MBD技術(shù)，以及科學(xué)合理的公差設(shè)計(jì)。飛機(jī)零部件尺寸大，需要協(xié)調(diào)的部位多，難以返工修改，因此為了避免裝配精度超出限值，在裝配工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮各種裝配偏差源對(duì)裝配目標(biāo)尺寸的影響，達(dá)到精度控制的要求。同時(shí)利用裝配過(guò)程仿真和裝配精度仿真等工藝仿真手段對(duì)裝配工藝進(jìn)行驗(yàn)證。保證裝配工藝有效性與合理性。

（3）基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝優(yōu)化技術(shù)

為了保證飛機(jī)最終的裝配精度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，需要對(duì)裝配偏差源信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出對(duì)裝配精度影響大的因素，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)到精度控制的效果。

結(jié)論

本文提出了基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)方法，分析了基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程，研究了基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)。最后提出了基于精度控制的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)研究的關(guān)鍵技術(shù)。

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