飛機非線性裝配偏差分析與容差協(xié)同分配方法研究.pdf

1、數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)代表了飛機裝配協(xié)調(diào)技術的發(fā)展方向，對提高飛機裝配精度和成功率、縮短研制周期、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。當前，我國在數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術的基本原理和體系組成上已有較為廣泛的認識，但對于數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)中的偏差傳遞建模、分析和容差分配等基礎理論的理解和掌握尚需深入，不利于數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術的深度應用和功效的全面發(fā)揮。一方面，飛機產(chǎn)品結構和形狀復雜、零部件/工裝數(shù)量大、工藝流程長，裝配中產(chǎn)生的尺寸、位置和形狀等偏差之間具有高度非線性

2、和交叉?zhèn)鬟f特性，使得裝配偏差傳遞建模和分析極為困難；另一方面，由于以三維模型為協(xié)調(diào)依據(jù)，導致在模擬量裝配協(xié)調(diào)中積累的容差分配知識和經(jīng)驗不再適用，設計人員很難準確地依托三維模型完成容差分配。針對上述問題，本文以三維模型為基礎，以關鍵特性的產(chǎn)生和傳遞為線索，研究非線性裝配偏差傳遞建模、分析與容差分配方法，旨在豐富我國數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)理論和技術體系。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性工作如下：
　　1）提出了非線性裝配偏差傳遞過程的加權圖樹表達方法。首

3、先，分析了與裝配偏差傳遞建模相關的業(yè)務環(huán)節(jié)及信息，分別建立了層次關系樹、派生配合約束圖、特征公差圖、裝配順序表達方法及偏差表達方法；其次，提出了裝配偏差傳遞過程的加權圖樹模型及構建規(guī)則，實現(xiàn)了裝配偏差傳遞信息的集成表達，并建立了加權圖樹模型的實例化流程及方法；最后，建立了加權圖樹模型的非線性關系視圖，提取了裝配偏差傳遞中的非線性關系。上述方法解決了裝配偏差非線性、跨階交叉?zhèn)鬟f過程的表達問題，為飛機裝配偏差分析和容差分配提供了基礎模型。<

4、br>　　2）提出了關鍵特性量化和推理式識別方法。針對關鍵產(chǎn)品特性（KPC）識別：建立了拓展派生配合約束圖，以此為基礎提出了KPC備選特性搜索方法；引入田口質(zhì)量損失理論，提出了KPC備選特性影響度評估方法，并依據(jù)KPC備選特性影響度的相對大小完成了KPC識別。針對關鍵控制特性（KCC）識別：分析了產(chǎn)品->零件->配合約束->KCC之間的層次結構及推理關系，給出其多色集合圍道矩陣表達方法；以圍道矩陣為基礎，提出了KCC推理式識別的算法流程

5、。上述方法克服了現(xiàn)有關鍵特性識別方法依賴于工程經(jīng)驗且相關工藝知識不易表達的不足，將裝配偏差傳遞建模問題映射在一個由關鍵特性構成集合中。
　　3）提出了裝配偏差的“Kriging-QMC”兩階段分析方法。首先，將裝配偏差分析歸納為配合約束向定位點約束轉(zhuǎn)化和零件定位模型求解兩個關鍵問題；然后，以幾何穩(wěn)定性為評價指標建立了定位點選取的理論方法，提出了面面配合約束、孔銷配合約束中的定位點耦合偏差計算方法；最后，以Kriging方法為理論基

6、礎，建立了定位點耦合偏差與零件位姿偏差之間的近似關系，使裝配偏差分析過程由“隱式”轉(zhuǎn)變?yōu)椤帮@式”并降低非線性程度；以低差異序列抽樣替代蒙特卡洛法中的隨機抽樣，提出了基于擬蒙特卡洛法(QMC)的零件位姿參數(shù)統(tǒng)計分析方法，提高了裝配偏差統(tǒng)計分析的收斂效率。上述方法改進了蒙特卡洛法在多偏差、多分布、非線性裝配偏差分析時的低效率問題，同時繼承了蒙特卡洛法計算過程簡單、通用性好的優(yōu)點。
　　4）提出了裝配容差協(xié)同分配模型及求解方法。首先，依

7、托加權圖樹模型的非線性關系視圖，建立了裝配容差協(xié)同分配結構框架，將裝配容差分配問題轉(zhuǎn)化為一系列子問題；然后，分析了裝配容差協(xié)同分配中的數(shù)據(jù)流，以此為基礎建立了裝配容差協(xié)同分配模型；最后，采用增廣拉格朗日方程建立了裝配容差協(xié)同分配模型的協(xié)調(diào)策略，并建立了基于遺傳算法的子問題求解方法。上述方法改善了裝配容差多決策變量非線性優(yōu)化時，目標函數(shù)和約束條件不易建立的問題，同時有效利用了產(chǎn)品結構和裝配過程的層次組織帶來的“分治、協(xié)同、并行”特性。