飛機裝配樣機的技術研究與分析

劉科文

摘 要： 飛機的設計與研發向著一體化的方向前進，實現這個目的必須將飛機的制造建立在數字化技術的基礎上，本文研究了通過數字化技術實現飛機裝配工藝樣機信息機構與建模，裝配約束與裝配工藝，拓撲幾何關聯，降低飛機在制造中的周期和成本。

關鍵詞： 裝配工藝樣機信息構件與建模；裝配約束與裝配工藝；拓撲幾何關聯

1.裝配工藝樣機信息構件與建模

飛機的裝配工藝設計是從飛機設計數據提出，一直到整個飛機設計以及裝配完成，這個過程是一個非常復雜的過程，需要綜合考慮各種要素，針對現代飛機的設計需求，數字化設計理念應用的非常廣泛，MBD技術就是其中之一，它是以三維實體建模為基礎，工程圖紙為輔助，實現飛機的制造方法。

MBD技術的數據構成如圖1.1：

MBD通過將三維模型中的尺寸和公差標注、屬性等信息，實現對設計的產品數字化定義，主要的內容如下：

（1）設計模型主要是表示產品的三維幾何模型，內容包含設計基準、參考模型、約束等；

（2）注釋主要包含產品的尺寸、公差、標準、文本等信息，反應產品的特征；

（3）屬性是產品進行描述的必要內容。

飛機裝配樣機總體建模框架如圖1.2。

裝配工藝結構是模型構建中的主要部分，通過對裝配中的特點分析，研究出層次混合裝配規劃技術；裝配工藝特征是無結構的工藝信息，它是由標注、工藝屬性組成；附加工藝特征的組成有控制幾何和實體特征兩部分；在通過配套信息生成、表示和管理，最終實現樣機的建模。

2.裝配約束與裝配工藝

飛機的結構和零件的特點是，復雜、尺寸大、性能高等，在裝配與制造的時候需要專用裝配工裝，不能在同一個位置實現整個飛機的制造與裝配，需要劃分裝配單元和裝配工裝步驟，最終實現裝配。

層次式混合裝配劃分模型是裝配工藝中的一種方法，它的模型是采用分層、自上而下與自下而上相結合的方法對飛機裝配進行劃分，內容包含各零件、部件的隸屬層次和裝配順序，過程如圖2.1。

整個飛機上，零件的數量有幾萬，裝配順序和裝配單元數量很多，需要對零件之間實現裝配約束，保證每個零件的裝配順序和裝配方法的正確，約束分為語義約束、幾何約束和工藝性約束三種。

3.拓撲幾何關聯

飛機的制造與加工是一個逐步逼近的過程，協作廣、難度大、反復更改量大，在工藝信息和設計之間缺少關聯，為了能夠提高飛機產品設計與工藝規劃以及后期的制造效率，需要建立數字傳遞模式，基于工藝特征的拓撲幾何關聯。

工藝特征內容包含如下：

（1）工藝基準，它是構成零件之間相對位置的點線面，例如飛機的水平基準線、翼弦平面等，定位基準、裝配基準、混合基準等；

（2）互換協調要素，是指飛機零件在裝配中，不需要修補和選配，在一定的公差范圍內，實現零件之間的互換；

（3）工裝申請信息，該概念是在裝配任務中，它是由支持工裝設計的一組結構形狀及其相關工藝描述構成的工藝信息集合；

（4）測量對象，它是對飛機裝配中飛機結構件和工裝的安裝和檢測，工具包含量規、塞尺、激光跟蹤儀和室內GPS等；

（5）密封定義，在飛機整體結構上，密封性是最重要的，漏氣、漏油等，利用縫內密封、縫外密封、表面密封、緊固件密封和混合密封，對飛機實現密封。

在飛機的制造中，不能完全依靠飛機機構完成加工和裝配，在滿足精度和質量的前提下，可以通過附加工藝特征實現零件的定位與裝配，例如工藝吊耳、工藝孔、工藝余量等。

結論

現代飛機的制造設計中，基本理念是低成本、短周期、質量高，實現這種理念需要從飛機的實際制造出發，通過飛機樣機模型，將飛機的制造裝配，通過建模實現預先裝配，分析飛機裝配工藝設計中需要傳遞和發放的各類工藝信息，建立裝配劃分模型，實現飛機的裝配。

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