魏莉

摘 要： 装配工艺设计是飞机研制生产过程的重要环节，其质量直接影响到产品精度、研制生产成本和周期。本文通过分析装配工艺对装配精度的影响，提出了基于精度控制的飞机装配工艺设计方法与体系以及装配工艺设计的关键技术。

关键词： 飞机装配工艺;工艺设计体系

1.基于精度控制的飞机装配工艺设计方法

基于精度控制的飞机装配工艺设计是通过优化装配工艺和提高装配精度来实现装配生产成本和装配精度的均衡，其主要包含以下内容。

（1）设计MBD模型的发布

首先在CAD系统中完成产品的设计，将包含有产品的三维模型、产品数据结构（EBOM）、产品设计公差、关联尺寸、几何约束、设计基准、坐标轴系统等信息的设计MBD模型传输到产品数据协同平台并进行存储。

（2）顶层工艺规划

顶层工艺规划作为产品装配工艺设计的重要组成部分，以EBOM为基础，加入工艺组合件，并确定各零部件的工艺分工，进而形成PBOM。再以PBOM为基础，合理地利用产品的设计分离面和工艺分离面，划分装配单元，形成顶层MBOM。

（3）工艺详细设计

工艺详细设计的主要工作是构建底层MBOM和装配工艺指令，是产品装配工艺设计的组成部分。工艺部门进行装配工艺的详细设计，形成底层MBOM。将MBOM、精度信息、工艺特征参数（包含工艺定位孔参数、坐标孔参数）、协调基准（包含加工基准、装配基准、检验基准、定位基准）等工艺信息相融合形成工艺MBD模型。

（4）装配过程仿真

在装配工艺设计、工装设计完成之后，将装配资源模型导入到装配环境中，进行装配过程仿真。仿真中将对装配路径干涉情况、装配顺序、人机工程等方面进行验证并依据仿真结果进行改进。

（5）装配精度仿真

装配精度仿真首先是构建包含输入信息、测量信息的精度MBD模型。输入信息主要包含设计MBD模型信息、工艺MBD模型信息、工装信息等;测量信息主要包含测量关键特性、测量方案、测量基准和标准量、测量预测值和分析数据等。

（6）装配工艺优化

装配工艺优化是在分析装配精度仿真结果的基础上，确定需要优化目标函数，通过优化装配顺序、定位方式、设计公差值等因素，达到满足相关装配精度要求的过程。

（7）装配工艺信息管理及工艺执行

装配工艺设计完成之后，将MBOM、装配工艺、以及装配工艺指令传输到产品数据协同平台进行装配工艺信息管理。在装配工艺发布后，操作人员可以对相对应工艺文件进行浏览。

2.飞机装配工艺设计体系结构

2.1 飞机装配工艺设计体系结构

基于精度控制的飞机装配工艺设计体系结构如图2.1所示。通过若干接口实现与其他系统的集成，其数据管理平台是航空数字化产品数据协同平台。在该平台上可以获取相应的设计MBD模型、EBOM等信息进行装配工艺设计、装配过程仿真、装配精度仿真、装配工艺优化、三维装配工艺指令输出、现场工艺可视化指导，并将三维装配工艺设计系统产生的MBOM、工艺指令、仿真动画等工艺数据保存到数字化产品数据协同平台中进行统一审核与管理。

基于精度控制的飞机装配工艺设计体系结构可以分为以下四层：

（1）底层数据层

底层数据层用于管理装配工艺准备过程需要用到的工程数据和工艺知识，是装配工艺设计、装配过程仿真、装配精度仿真和装配工艺优化的基础。工程数据包括装配资源信息、设备信息、装配工装信息、装配工艺参数、装配特征表面集合、装配约束关系集合等;工艺知识包括工艺级、工序级和工步级知识等信息。底层数据层的数据分别存储于数据库和文件服务器中。数据库中存储的信息包括产品管理信息、产品装配结构信息、装配工艺管理信息、工艺参数信息、公差知识以及装配仿真信息等。文件服务器存储和管理的信息包括零部件三维模型、装配资源模型、工序视图、仿真动画、以及三维装配工艺指令模板等物理文件。

（2）核心基础构件层

系统核心基础构件层作为系统应用服务构件层的基础，主要为应用服务构件层提供底层的数据支撑和算法支撑，包括系统集成构件、工作流构件、可视化浏览构件、模型操作构件、数据流构件、三维化仿真构件、偏差提取构件、矢量环构件、敏感度计算构件等。

（3）应用服务构件层

应用服务构件层主要包括装配工艺设计、装配过程仿真、装配精度仿真以及装配工艺优化，是装配工艺设计与仿真系统的应用核心。

（4）交互应用层

交互应用层提供了系统与用户和其它系统的交互接口。为了使装配工艺设计工作环境更加真实，装配工艺设计系统提供了人性化的导航树和可视化的人机交互环境，从而保证了装配工艺指令的质量。

2.2 基于精度控制的飞机装配工艺设计关键技术

基于精度控制的飞机装配工艺设计涉及到MBD、三维仿真、数据集成、工作流管理、知识工程、飞机装配等多个技术领域。

（1）基于模型定义的集成装配信息模型建立技术：

在数字化装配技术和MBD技术支撑下，建立集成装配信息模型，来实现基于精度控制的飞机研制生产全过程的装配信息管理，产品装配精度设计环境、装配工艺设计系统、数字化对接与测量设备等之间的高度信息集成。

（2）基于精度控制的飞机装配工艺设计与仿真技术：

MBD模式下基于精度控制的裝配工艺设计与仿真，需要在产品设计阶段的应用MBD技术，以及科学合理的公差设计。飞机零部件尺寸大，需要协调的部位多，难以返工修改，因此为了避免装配精度超出限值，在装配工艺设计时需要充分考虑各种装配偏差源对装配目标尺寸的影响，达到精度控制的要求。同时利用装配过程仿真和装配精度仿真等工艺仿真手段对装配工艺进行验证。保证装配工艺有效性与合理性。

（3）基于精度控制的飞机装配工艺优化技术

为了保证飞机最终的装配精度满足设计要求的前提下，降低产品生产成本，需要对装配偏差源信息进行统计分析，找出对装配精度影响大的因素，并对其进行优化，进而达到精度控制的效果。

结论

本文提出了基于精度控制的飞机装配工艺设计方法，分析了基于精度控制的飞机装配工艺设计过程，研究了基于精度控制的飞机装配工艺设计体系结构。最后提出了基于精度控制的飞机装配工艺设计研究的关键技术。

参考文献

[1]周思杭.产品装配质量设计、预测与控制理论、方法及其应用[D].杭州：浙江大学，2013.

[2]敬石开，李连升，曾森，等.面向产品装配序列规划的智能优化算法库[J].计算机辅助设计与图形学学报，2010，22（9）：1593-1599.