民機機身壁板結構裝配偏差的數(shù)字化協(xié)調方法研究.pdf

1、大型民機自主研制是我國建設創(chuàng)新型國家的標志性重大任務，技術難度高、研制任務艱巨。壁板結構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構強度、可靠性、空氣動力性能等設計指標有重要影響。壁板結構裝配工藝開發(fā)的首要任務是確定合理的協(xié)調方案，如協(xié)調路線、定位基準、控制特性、容差分配等，以保障裝配后關鍵尺寸的準確度。由于壁板結構組件裝配零件數(shù)量眾多、約束關系復雜、偏差傳遞與協(xié)調困難，其協(xié)調方案主要沿襲成熟機型案例和工程經驗積累，并在工程試

2、制階段進行反復修正。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)調技術，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)調方法，難以適應大型民機自主開發(fā)和國際航空工業(yè)激烈競爭的需求。
　　針對機身壁板結構裝配協(xié)調的難題，根據(jù)我國民機設計與制造的特點，結合多年企業(yè)工程實踐，研究了機身裝配工藝流程與協(xié)調路線、協(xié)調方案多屬性有向圖表達、裝配工藝

3、數(shù)字化協(xié)調等理論方法，構建機身壁板結構裝配數(shù)字化協(xié)調的理論體系、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)中進行工程應用，形成相關設計與制造技術規(guī)范。本文的主要研究工作與創(chuàng)新如下：
　　1.總結歸納民機機身裝配的主要工藝流程、尺寸質量控制規(guī)范和準確度協(xié)調方法。通過機身典型結構裝配協(xié)調過程分析，總結了影響裝配偏差的主要因素，如協(xié)調路線、基準傳遞、典型協(xié)調方式等。將影響裝配協(xié)調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計類型及其對裝配協(xié)調方案的影響。
　　2.提出基于多屬性有向圖的機身壁板結構裝配協(xié)調方案的數(shù)學表達方法，將相關裝配單元的設計功能需求轉化為有向圖結點對應的連接關系；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，構造了綜合表達裝配關系、協(xié)調順序及關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)調方案的數(shù)學表達

5、；進一步將裝配協(xié)調方案轉化為圖-矩陣映射形式，研究了協(xié)調順序規(guī)劃方法，為協(xié)調方案數(shù)字化設計提供了理論基礎。
　　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量要求與零部件制造工藝特征分析，構建了壁板組件裝配協(xié)調的多屬性有向圖模型，獲得了考慮不同基準設計的各種可行協(xié)調方案。再通過AVA-A計算裝配協(xié)調準確度，根據(jù)壁板組件裝配質量的多目標綜合需求，進行了協(xié)調方案的選

6、優(yōu)；最后將仿真分析與工程測量數(shù)據(jù)結果進行了比對，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構裝配協(xié)調方案的數(shù)字化動態(tài)調試。構建面向機身裝配制造的工藝分離面、裝配單元、定位基準及偏差預測的成套分析方法，開發(fā)了裝配工藝約束及其關鍵質量特征的綜合測量方案；通過構建中機身艙段大部件裝配協(xié)調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)調方案；進一步對可行協(xié)調方案進行裝