魏莉

摘 要： 裝配工藝設(shè)計是飛機研制生產(chǎn)過程的重要環(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。本文通過分析裝配工藝對裝配精度的影響，提出了基于精度控制的飛機裝配工藝設(shè)計方法與體系以及裝配工藝設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞： 飛機裝配工藝;工藝設(shè)計體系

1.基于精度控制的飛機裝配工藝設(shè)計方法

基于精度控制的飛機裝配工藝設(shè)計是通過優(yōu)化裝配工藝和提高裝配精度來實現(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MBD模型的發(fā)布

首先在CAD系統(tǒng)中完成產(chǎn)品的設(shè)計，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)計公差、關(guān)聯(lián)尺寸、幾何約束、設(shè)計基準(zhǔn)、坐標(biāo)軸系統(tǒng)等信息的設(shè)計MBD模型傳輸?shù)疆a(chǎn)品數(shù)據(jù)協(xié)同平臺并進行存儲。

（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，進而形成PBOM。再以PBOM為基礎(chǔ)，合理地利用產(chǎn)品的設(shè)計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

工藝詳細(xì)設(shè)計的主要工作是構(gòu)建底層MBOM和裝配工藝指令，是產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計的組成部分。工藝部門進行裝配工藝的詳細(xì)設(shè)計，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）裝配過程仿真

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

（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、測量信息的精度MBD模型。輸入信息主要包含設(shè)計MBD模型信息、工藝MBD模型信息、工裝信息等;測量信息主要包含測量關(guān)鍵特性、測量方案、測量基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)量、測量預(yù)測值和分析數(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)，通過優(yōu)化裝配順序、定位方式、設(shè)計公差值等因素，達到滿足相關(guān)裝配精度要求的過程。

（7）裝配工藝信息管理及工藝執(zhí)行

裝配工藝設(shè)計完成之后，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)同平臺進行裝配工藝信息管理。在裝配工藝發(fā)布后，操作人員可以對相對應(yīng)工藝文件進行瀏覽。

2.飛機裝配工藝設(shè)計體系結(jié)構(gòu)

2.1 飛機裝配工藝設(shè)計體系結(jié)構(gòu)

基于精度控制的飛機裝配工藝設(shè)計體系結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。通過若干接口實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成，其數(shù)據(jù)管理平臺是航空數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)協(xié)同平臺。在該平臺上可以獲取相應(yīng)的設(shè)計MBD模型、EBOM等信息進行裝配工藝設(shè)計、裝配過程仿真、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)場工藝可視化指導(dǎo)，并將三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)產(chǎn)生的MBOM、工藝指令、仿真動畫等工藝數(shù)據(jù)保存到數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)協(xié)同平臺中進行統(tǒng)一審核與管理。

基于精度控制的飛機裝配工藝設(shè)計體系結(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)備過程需要用到的工程數(shù)據(jù)和工藝知識，是裝配工藝設(shè)計、裝配過程仿真、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;工藝知識包括工藝級、工序級和工步級知識等信息。底層數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)分別存儲于數(shù)據(jù)庫和文件服務(wù)器中。數(shù)據(jù)庫中存儲的信息包括產(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、公差知識以及裝配仿真信息等。文件服務(wù)器存儲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、仿真動畫、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、裝配過程仿真、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)與用戶和其它系統(tǒng)的交互接口。為了使裝配工藝設(shè)計工作環(huán)境更加真實，裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)提供了人性化的導(dǎo)航樹和可視化的人機交互環(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裝配工藝設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

基于精度控制的飛機裝配工藝設(shè)計涉及到MBD、三維仿真、數(shù)據(jù)集成、工作流管理、知識工程、飛機裝配等多個技術(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，來實現(xiàn)基于精度控制的飛機研制生產(chǎn)全過程的裝配信息管理，產(chǎn)品裝配精度設(shè)計環(huán)境、裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)、數(shù)字化對接與測量設(shè)備等之間的高度信息集成。

（2）基于精度控制的飛機裝配工藝設(shè)計與仿真技術(shù)：

MBD模式下基于精度控制的裝配工藝設(shè)計與仿真，需要在產(chǎn)品設(shè)計階段的應(yīng)用MBD技術(shù)，以及科學(xué)合理的公差設(shè)計。飛機零部件尺寸大，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)計時需要充分考慮各種裝配偏差源對裝配目標(biāo)尺寸的影響，達到精度控制的要求。同時利用裝配過程仿真和裝配精度仿真等工藝仿真手段對裝配工藝進行驗證。保證裝配工藝有效性與合理性。

（3）基于精度控制的飛機裝配工藝優(yōu)化技術(shù)

為了保證飛機最終的裝配精度滿足設(shè)計要求的前提下，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，需要對裝配偏差源信息進行統(tǒng)計分析，找出對裝配精度影響大的因素，并對其進行優(yōu)化，進而達到精度控制的效果。

結(jié)論

本文提出了基于精度控制的飛機裝配工藝設(shè)計方法，分析了基于精度控制的飛機裝配工藝設(shè)計過程，研究了基于精度控制的飛機裝配工藝設(shè)計體系結(jié)構(gòu)。最后提出了基于精度控制的飛機裝配工藝設(shè)計研究的關(guān)鍵技術(shù)。

參考文獻

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