民機機身壁板結(jié)構(gòu)裝配偏差的數(shù)字化協(xié)調(diào)方法研究.pdf

1、大型民機自主研制是我國建設(shè)創(chuàng)新型國家的標志性重大任務(wù)，技術(shù)難度高、研制任務(wù)艱巨。壁板結(jié)構(gòu)組件是大型民機機身的主要承載件，其裝配精度對于飛機結(jié)構(gòu)強度、可靠性、空氣動力性能等設(shè)計指標有重要影響。壁板結(jié)構(gòu)裝配工藝開發(fā)的首要任務(wù)是確定合理的協(xié)調(diào)方案，如協(xié)調(diào)路線、定位基準、控制特性、容差分配等，以保障裝配后關(guān)鍵尺寸的準確度。由于壁板結(jié)構(gòu)組件裝配零件數(shù)量眾多、約束關(guān)系復(fù)雜、偏差傳遞與協(xié)調(diào)困難，其協(xié)調(diào)方案主要沿襲成熟機型案例和工程經(jīng)驗積累，并在工程試

2、制階段進行反復(fù)修正。為了縮短研制周期、提高裝配精度和降低制造風險，波音、空客等航空制造企業(yè)自上個世紀80年代開始逐步采用三維數(shù)字化協(xié)調(diào)技術(shù)，取得了顯著效益；而我國航空制造業(yè)尚未脫離傳統(tǒng)以實物標工為主的機身裝配偏差協(xié)調(diào)方法，難以適應(yīng)大型民機自主開發(fā)和國際航空工業(yè)激烈競爭的需求。
　　針對機身壁板結(jié)構(gòu)裝配協(xié)調(diào)的難題，根據(jù)我國民機設(shè)計與制造的特點，結(jié)合多年企業(yè)工程實踐，研究了機身裝配工藝流程與協(xié)調(diào)路線、協(xié)調(diào)方案多屬性有向圖表達、裝配工藝

3、數(shù)字化協(xié)調(diào)等理論方法，構(gòu)建機身壁板結(jié)構(gòu)裝配數(shù)字化協(xié)調(diào)的理論體系、方法和軟件工具，在我國大型民機自主研制機型的典型裝配工藝開發(fā)中進行工程應(yīng)用，形成相關(guān)設(shè)計與制造技術(shù)規(guī)范。本文的主要研究工作與創(chuàng)新如下：
　　1.總結(jié)歸納民機機身裝配的主要工藝流程、尺寸質(zhì)量控制規(guī)范和準確度協(xié)調(diào)方法。通過機身典型結(jié)構(gòu)裝配協(xié)調(diào)過程分析，總結(jié)了影響裝配偏差的主要因素，如協(xié)調(diào)路線、基準傳遞、典型協(xié)調(diào)方式等。將影響裝配協(xié)調(diào)準確度的工藝特征歸類為三類：定位基準、幾

4、何公差與測量特性，以支撐協(xié)調(diào)方案中各類工藝信息的規(guī)范化表達。最后重點研究了機身壁板組件裝配過程中基準設(shè)計類型及其對裝配協(xié)調(diào)方案的影響。
　　2.提出基于多屬性有向圖的機身壁板結(jié)構(gòu)裝配協(xié)調(diào)方案的數(shù)學表達方法，將相關(guān)裝配單元的設(shè)計功能需求轉(zhuǎn)化為有向圖結(jié)點對應(yīng)的連接關(guān)系；再通過定位基準、幾何公差、測量特性等工藝特征要素的三類數(shù)據(jù)集定義，構(gòu)造了綜合表達裝配關(guān)系、協(xié)調(diào)順序及關(guān)鍵工藝特征信息的多屬性有向圖模型，實現(xiàn)對機身裝配協(xié)調(diào)方案的數(shù)學表達

5、；進一步將裝配協(xié)調(diào)方案轉(zhuǎn)化為圖-矩陣映射形式，研究了協(xié)調(diào)順序規(guī)劃方法，為協(xié)調(diào)方案數(shù)字化設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。
　　3.開發(fā)了機身壁板裝配偏差分析軟件 AVA-A，以某型號機身產(chǎn)品的壁板組件為例進行計算分析驗證。通過壁板組件裝配質(zhì)量要求與零部件制造工藝特征分析，構(gòu)建了壁板組件裝配協(xié)調(diào)的多屬性有向圖模型，獲得了考慮不同基準設(shè)計的各種可行協(xié)調(diào)方案。再通過AVA-A計算裝配協(xié)調(diào)準確度，根據(jù)壁板組件裝配質(zhì)量的多目標綜合需求，進行了協(xié)調(diào)方案的選

6、優(yōu)；最后將仿真分析與工程測量數(shù)據(jù)結(jié)果進行了比對，驗證了本文研究方法的有效性。
　　4.以某民機機型的機身等直段部裝和對接裝配為對象，開展了大部段壁板結(jié)構(gòu)裝配協(xié)調(diào)方案的數(shù)字化動態(tài)調(diào)試。構(gòu)建面向機身裝配制造的工藝分離面、裝配單元、定位基準及偏差預(yù)測的成套分析方法，開發(fā)了裝配工藝約束及其關(guān)鍵質(zhì)量特征的綜合測量方案；通過構(gòu)建中機身艙段大部件裝配協(xié)調(diào)的多屬性有向圖模型，獲得定位基準-公差分配不同組合的可行協(xié)調(diào)方案；進一步對可行協(xié)調(diào)方案進行裝