基于飛機產品結構更改的裝配工裝變型設計

◎宋爽

在飛機發展規模日益擴大的當下，飛機裝配模式也發生了巨大改變，合理進行飛機產品結構的設計與計算可實現飛機產品結構裝配工裝的變形與升級。然而在此過程中，存在諸多設計問題，這會影響飛機行業裝配工作的發展效果。基于此，本文將從飛機裝配工裝設計問題的表述入手，對變形設計方法進行分析，進而探討具體的計算模式，以期實現裝配工裝的變型設計。

在飛機研制過程中，必須確保在產品設計的同時進行工裝設計，并及時進行工裝設備的合理化調整，然而這一工作任務繁重，無法確保設計質量。為了提升飛機產品結構調整的快速設計，提升設計效果。必須對飛機裝配工裝的設計問題進行詳細描述，進而合理進行飛機裝配工裝變型設計模型的有效構建，并對設計工具集進行研究與應用效果的驗證與分析。

一、飛機裝配工裝設計問題的具體描述

飛機行業日益發展的過程中必然要持續進行產品研發，然而飛機行業屬于較為獨特的行業，產品信息主體的傳遞屬于單向傳遞模式，致使產品的研發過程中信息發展及反饋存在較大差異，如果出現信息未及時反饋的情況將會導致生產工期延長，或出現生產信息不正確而需返工生產的情況。科學技術的持續發展推動了飛機工業設計的發展，相關單位對飛機設計的流程、生產工藝予以了高度重視，并對數字化飛機工裝裝配技術的具體應用進行了深入探討。然而在工藝裝備設計時，必須運用工裝工藝，需要在數字化產品定義的支持下合理進行變形方案的設計，并需對控制基線進行動態跟蹤以及時進行工裝工作中不合理之處的優化與完善，以此使產品符合改進設計的標準，并對飛機產品制造過程中設計更改需求的變化進行及時反饋。

所謂公理設計理論，是指對設計產品的用戶域、功能域及物理域等區域之間的映射與迭代。在飛機裝配工裝設計過程中，因設計問題存在一定的特性，因此必須在統一的環境下實現各設計環節的同步耦合。

1.飛機需求方會結合自身所需的飛機裝配工藝類型而進行飛機產品的訂購，飛機生產企業應以訂單為依據進行飛機產品的工裝裝配。基于此，飛機產品設計中的用戶域是指裝配工藝的具體內容。

2.飛機數字化產品定義是飛機產品裝配工裝功能的主要內容，其可對飛機產品進行合理優化，使之功能更加先進，結構更加合理。然而在飛機設計的物理域實現時，要分別向功能域及物理域進行映射。

3.飛機產呂裝配工裝的目的是定位飛機零件的具體位置并對其進行夾緊，以此促進裝配工藝的提升，優化產品生產質量。定位夾緊功能向物理域映射在結構上表現產品協調特征、定位器工作件、定位器支撐件和骨架元件依次連接的過程。

二、飛機裝配工裝變型設計模型的建立分析

1.關聯拷貝算法。控制幾何主要是對機械產品模型的空間位置及形狀進行描述的基本幾何，其可對各個結構部門之間的拓撲關聯關系進行反映。從本質上來講，其是由上至下對工程參數進行控制而進行設計與實現對工程的修改。裝配工裝控制幾何有兩種定義方式，一是數字化標準工裝，其屬于源控制幾何，二是工裝概念幾何，其屬于衍生控制幾何，并且其中除了衍生標工以外還有衍生概念幾何。在工裝設計及更改過程中應以控制幾何作為基本依據。

在基于主幾何的逐級關聯拷貝算法的基礎上才可完成產品協調特征向定位器工作件的幾何映射過程，此算法的運用可完成裝配工裝以及飛機產品的幾何協同，其可實現主幾何中的重要協調特征向工裝總裝的關聯拷貝，進而使之成為數字標工，進而再將得到的數字標工關聯拷貝到工裝零件當中，進而完成衍生標工的構建過程，這就是零件特征建模的基準。下級幾何引用上級幾何即為關聯拷貝的本質內涵，其可實現下級與上級幾何拓撲結構的統一，其位置姿態也可保持一致。一旦主幾何出現變化，與之相對的數字標工首先會發生改變，之后衍生標工也會隨之而出現變化，進而實現工裝零件的自適應。

2.裝配工裝概念幾何模型的建立。可運用邏輯構件概念及其形式對飛機裝配工裝概念的幾何模型進行表達，還可根據其進行工裝的設計。可在裝配工裝總裝文件的基礎上進行工裝概念幾何模型的建立，其可與數字標工進行組合而形成控制幾何。在具體設計過程中，可將工裝概念幾何向工裝零件進行關聯拷貝，進而使之形成衍生概念幾何，并以其為標準進行工裝零件特征模型的建立。

3.骨架模型的建立。飛機類型、形狀等方面均存在不同程度的差異性，因此飛機骨架實質上是由若干零件焊接組成。而在具體裝配過程中，不僅需要對其零件的規格標準進行嚴格把關，同時也需要對其裝配工藝進行監督，保證零件截面等在焊接過程中必須保持一致，以此來保證骨架的穩定性。將工裝骨架變型設計建模細化為線框設計、型材構建和型材相貫3個部分。

4.定位器支撐件模型的建立。定位器支撐件是連接定位器工作件和骨架的橋梁，有標準和非標準兩種結構形式。將標準支撐件封裝在標準組合件庫中，非標準支撐件封裝在典型結構件庫中。工裝部件層中，定位器支撐件與工作件、骨架元件同時具有裝配約束關系。鑒于變型設計過程中尺寸過約束極易發生沖突，設計了一種松緊結合的裝配約束模式，即定位器支撐件與定位器工作件互為緊裝配約束，與工裝骨架互為松裝配約束，緊裝配約束與松裝配約束均可分別表示為裝配內部各組配對約束的并集，進而形成全約束，且緊裝配約束與松裝配約束的交集形成的自由度集合度的約束在產品更改前后保持不改變，則支撐件變型設計過程中無約束干涉。

以螺旋定位器為例，軸線Cl和端面C2為定位器工作件上的裝配約束幾何，軸線Ll、端面L2和L3為連接裝置上的裝配約束幾何，端面Fl為骨架元件上的約束幾何，符號“”表示貼合約束，“∥”表示平行約束。定位器變型設計約束沖突分析如圖1所示：

圖1 定位器變型設計約束沖突分析

通過公式計算得知在飛機產品結構更改之前與之后，其自由度約束并未發生變化的情況下，按照x、y、z三個方向進行平向移動時，螺旋定位器的變型設計并未出現約束沖突。

結語：本文提出的飛機裝配工裝變型設計建模方法是支持工裝與產品協同設計的關鍵技術，將可能的飛機產品更改意圖體現在工裝設計過程中，從而建立了產品局部設計更改對工裝設計模型快速傳遞機制。