飛機裝配工藝設計體系研究

魏莉

摘 要： 裝配工藝設計是飛機研制生產過程的重要環節，其質量直接影響到產品精度、研制生產成本和周期。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計方法與體系以及裝配工藝設計的關鍵技術。

關鍵詞： 飛機裝配工藝;工藝設計體系

1.基于精度控制的飛機裝配工藝設計方法

基于精度控制的飛機裝配工藝設計是通過優化裝配工藝和提高裝配精度來實現裝配生產成本和裝配精度的均衡，其主要包含以下內容。

（1）設計MBD模型的發布

首先在CAD系統中完成產品的設計，將包含有產品的三維模型、產品數據結構（EBOM）、產品設計公差、關聯尺寸、幾何約束、設計基準、坐標軸系統等信息的設計MBD模型傳輸到產品數據協同平臺并進行存儲。

（2）頂層工藝規劃

頂層工藝規劃作為產品裝配工藝設計的重要組成部分，以EBOM為基礎，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，合理地利用產品的設計分離面和工藝分離面，劃分裝配單元，形成頂層MBOM。

（3）工藝詳細設計

工藝詳細設計的主要工作是構建底層MBOM和裝配工藝指令，是產品裝配工藝設計的組成部分。工藝部門進行裝配工藝的詳細設計，形成底層MBOM。將MBOM、精度信息、工藝特征參數（包含工藝定位孔參數、坐標孔參數）、協調基準（包含加工基準、裝配基準、檢驗基準、定位基準）等工藝信息相融合形成工藝MBD模型。

（4）裝配過程仿真

在裝配工藝設計、工裝設計完成之后，將裝配資源模型導入到裝配環境中，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仿真結果進行改進。

（5）裝配精度仿真

裝配精度仿真首先是構建包含輸入信息、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鍵特性、測量方案、測量基準和標準量、測量預測值和分析數據等。

（6）裝配工藝優化

裝配工藝優化是在分析裝配精度仿真結果的基礎上，確定需要優化目標函數，通過優化裝配順序、定位方式、設計公差值等因素，達到滿足相關裝配精度要求的過程。

（7）裝配工藝信息管理及工藝執行

裝配工藝設計完成之后，將MBOM、裝配工藝、以及裝配工藝指令傳輸到產品數據協同平臺進行裝配工藝信息管理。在裝配工藝發布后，操作人員可以對相對應工藝文件進行瀏覽。

2.飛機裝配工藝設計體系結構

2.1 飛機裝配工藝設計體系結構

基于精度控制的飛機裝配工藝設計體系結構如圖2.1所示。通過若干接口實現與其他系統的集成，其數據管理平臺是航空數字化產品數據協同平臺。在該平臺上可以獲取相應的設計MBD模型、EBOM等信息進行裝配工藝設計、裝配過程仿真、裝配精度仿真、裝配工藝優化、三維裝配工藝指令輸出、現場工藝可視化指導，并將三維裝配工藝設計系統產生的MBOM、工藝指令、仿真動畫等工藝數據保存到數字化產品數據協同平臺中進行統一審核與管理。

基于精度控制的飛機裝配工藝設計體系結構可以分為以下四層：

（1）底層數據層

底層數據層用于管理裝配工藝準備過程需要用到的工程數據和工藝知識，是裝配工藝設計、裝配過程仿真、裝配精度仿真和裝配工藝優化的基礎。工程數據包括裝配資源信息、設備信息、裝配工裝信息、裝配工藝參數、裝配特征表面集合、裝配約束關系集合等;工藝知識包括工藝級、工序級和工步級知識等信息。底層數據層的數據分別存儲于數據庫和文件服務器中。數據庫中存儲的信息包括產品管理信息、產品裝配結構信息、裝配工藝管理信息、工藝參數信息、公差知識以及裝配仿真信息等。文件服務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）核心基礎構件層

系統核心基礎構件層作為系統應用服務構件層的基礎，主要為應用服務構件層提供底層的數據支撐和算法支撐，包括系統集成構件、工作流構件、可視化瀏覽構件、模型操作構件、數據流構件、三維化仿真構件、偏差提取構件、矢量環構件、敏感度計算構件等。

（3）應用服務構件層

應用服務構件層主要包括裝配工藝設計、裝配過程仿真、裝配精度仿真以及裝配工藝優化，是裝配工藝設計與仿真系統的應用核心。

（4）交互應用層

交互應用層提供了系統與用戶和其它系統的交互接口。為了使裝配工藝設計工作環境更加真實，裝配工藝設計系統提供了人性化的導航樹和可視化的人機交互環境，從而保證了裝配工藝指令的質量。

2.2 基于精度控制的飛機裝配工藝設計關鍵技術

基于精度控制的飛機裝配工藝設計涉及到MBD、三維仿真、數據集成、工作流管理、知識工程、飛機裝配等多個技術領域。

（1）基于模型定義的集成裝配信息模型建立技術：

在數字化裝配技術和MBD技術支撐下，建立集成裝配信息模型，來實現基于精度控制的飛機研制生產全過程的裝配信息管理，產品裝配精度設計環境、裝配工藝設計系統、數字化對接與測量設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計與仿真技術：

MBD模式下基于精度控制的裝配工藝設計與仿真，需要在產品設計階段的應用MBD技術，以及科學合理的公差設計。飛機零部件尺寸大，需要協調的部位多，難以返工修改，因此為了避免裝配精度超出限值，在裝配工藝設計時需要充分考慮各種裝配偏差源對裝配目標尺寸的影響，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化技術

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

結論

本文提出了基于精度控制的飛機裝配工藝設計方法，分析了基于精度控制的飛機裝配工藝設計過程，研究了基于精度控制的飛機裝配工藝設計體系結構。最后提出了基于精度控制的飛機裝配工藝設計研究的關鍵技術。

參考文獻

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