面向航空復雜產品的裝配工藝優化設計技術

梁作文

摘要：本文研究了復雜航空產品的綜合組裝技術。對復雜航空產品裝配技術進行了前設計、裝配過程監控和裝配后優化三個領域的探討，包括MBD產品設計技術、基于數模的裝配仿真和優化設計技術、基于AR技術的智能裝配技術、仿真技術對復雜航空產品裝配全過程關鍵技術的研究，為復雜航空產品的設計模式和方法提供了創新，并為提高復雜航空產品開發質量提供了技術支持。

關鍵詞：航空復雜產品;裝配工藝優化;設計分析

前言

復雜航空產品子系統很多，空間布局緊湊，出現數萬個組件，裝配過程中存在許多問題，如組件干擾、裝配順序和路徑規劃困難，安裝空間小。裝配仿真技術是解決復雜航空產品裝配問題的關鍵技術。它可以取代傳統的實體檢查組合模式，分析和最佳化在模擬期間發現的問題，例如組合干涉和作業空間的可存取性，并完成組合程序的檢查以確保其效率?？梢暬摂M仿真可以提高產品裝配的成功率，并縮短設計更改和產品裝配過程的計劃時間。

一、面向航空復雜產品的裝配工藝優化設計

航空產品設計復雜、標準化程度低、零部件豐富。在制造業中，技術專業人員種類很多，處理過程困難，制造過程冗長，零件匹配關系復雜，電子集成。隨著航空工業市場需求和競爭的增加，航空產品的制造往往與設計、工藝和制造工藝密切協調，同時縮短開發周期，提高產品開發質量。隨著新的MBD技術、雙機數字技術、VR技術、大數據技術和人工智能技術的出現和廣泛應用，迫切需要將這些新技術應用于航空產品開發，以滿足產品設計和制造的特殊要求因此，有必要借鑒國內外發達飛機制造企業的成功事例和經驗，將先進技術應用于航空產品開發，研究適合中國航空產品的數字裝配技術。

安裝前設計。在產品設計和裝配工藝設計中應用MBD技術實現面向裝配的產品設計，使產品設計更好地滿足制造能力和制造能力的要求。同時，在3d模型上標注過程、制造和檢驗信息，以便在單個數據源下進行相關設計、制造和檢驗。工程師可以基于ASME 14.5M-1994和ISO1101要求，根據當前產品公差直接設計三維設計模型并計算產品成功率。根據數模技術，將實際裝配條件加載到數字樣機上，進行裝配仿真，進行裝配過程中的干涉檢查和間隙檢查，并根據檢查結果優化裝配設計。

智能監控和調整裝配過程。以物聯網技術和數字顯示技術為基礎，實時獲取組裝過程信息并實時顯示。根據裝配知識庫中的數據，實時調整裝配工藝參數以滿足智能裝配要求。在基于虛擬和增強現實技術的數字和實時環境中實時組裝產品。隨著裝配環境的變化，它會智能地調整裝配路徑，以指導現場操作員快速裝配部件并滿足裝配質量要求。裝配后優化設計。獲取裝配產品時生成的不同數據?；谌斯ぶ悄芎痛髷祿夹g的裝配幾何建模、裝配過程仿真模型和智能裝配決策模型。根據航空復雜產品裝配知識庫，通過智能監控和通過數據分析、數據挖掘和機器學習調整裝配過程，實現智能裝配。

二、工藝組件的分類

1.工藝組件劃分

在數字設計階段，設計必須確定產品分解計劃以及工藝和制造。設計階段飛機故障的結果是設計清單（EBOM）。從上到下的組件、組件和零件階層清單稱為「產品爆炸結構」。但是，工程物料清單是根據功能和結構需求展開的，并且很難從下到上表示產品裝配流程。在制造準備階段，該流程涉及重新構建設計清單、形成EBOM流程以及管理制造目標。重新建置程序以組合樹為基礎，分割主要以組合連接關系為基礎。根據相對獨立的工作內容、特定的工作負載和組合程序進行分割。拆分流程元素的過程包括首先構建結構組件類型樹，然后構建通過對象類型映射拆分流程元素的主體結構。隨后，基于知識的辦法制定了分配進程組成部分的初步計劃。其次，使用模糊聚類方法計算剩馀技術元素與相鄰技術元素之間的相關性，利用剛性、裝配操作難度、裝配對象的空間接近度等指標來判斷技術元素。，然后確定技術元素的劃分方案。

2.工藝組件分類與層次樹

設S*={S1，S2，S3 … }，S*，s是集合所有部分的集合，S1，S2，S3是集合的核心，因此S*集合決定了s集合的劃分結構，s的劃分問題可以細化為p，P={P1，P2，P3 … }。根據將零件分割成零件并將零件分割成幾何形狀的飛機組件特征，您可以先選取具有空氣動力形狀的物件作為處理組件的核心，然后使用物件之間的連接關系來加工其他組件物件?？筛鶕M件類型并選取核心來確定工藝組件的主要切削和裝配結構。

3.裝配順序規劃流程

首先，創建產品組件模型，該模型必須包含生成組件序列所需的數據。適當的組合塑型直接影響后續的推理效率。第二個步驟是生成裝配序列，它主要涉及如何從裝配模型中導出無碰撞裝配方向，從而可以導出物理上和幾何上可行的裝配序列。由于幾何信息比非幾何信息更容易建模，因此幾何裝配序列規劃始終是裝配序列規劃的主要趨勢。最后，表示裝配順序：要確定裝配序列的原因，必須表示生成的不同裝配序列。選擇表示裝配序列的方法時，請考慮以下幾點：表示方法所需的存儲空間。從組件模型中，直接導出組件序列表示的難度，以及將其自動轉換為另一個表示的能力。是否可以表示組件任務之間的時間從屬關系或不相關;隱含表示的準確性和完整性。

三、面向航空復雜產品的裝配工藝優化設計的關鍵技術

1.基于MBD技術的面向裝配的產品設計

（1）面向裝配的產品設計

基于組件的設計旨在提高產品的整體性能，同時考慮到產品的外觀、功能和可靠性。裝配能力是指產品設計符合產品設計所需的裝配技術，從而確保了裝配效率、低裝配缺陷率、低裝配成本和高裝配質量特性。使用面向裝配的設計，設計者可以根據裝配規則執行裝配設計，并在產品設計過程中預先測試產品裝配。通過分析影響產品裝配的因素評估產品裝配能力，并在此基礎上提出優化裝配設計的建議，以簡化產品結構、提高裝配性能和提高產品裝配能力。

（2）基于MBD的裝配產品設計

為了提高產品裝配效率，實現技術數據的準確及時表達和裝配信息的數字化管理，MBD技術的深度可以應用于裝配工藝的設計。設計工程師使用MBD技術在產品模型上注釋產品開發數據，包括設計信息、工藝信息、制造信息和檢驗信息，以形成完整的數字原型。工藝部門根據設計模型進行數字化過程設計、數字化儀器設計、數控編程設計、數控編程設計和數字化過程分析。MBD技術的應用為設計、工藝、處理和檢驗數據的一致性和相關性以及設計和制造的一體化提供了技術支持。

2.基于裝配模型的裝配工藝優化設計

整個過程的初始模擬。此階段的模擬對象是產品的全局模型。其主要目的是根據裝配計劃和過程模擬整個產品裝配過程，包括裝配順序仿真、簡單裝配路徑仿真等。此時，可以忽略制造資源的使用。通過對整個過程進行初始仿真，可以對產品裝配的關鍵零部件進行排序，準備下一個仿真，并驗證當前過程的可行性。此階段的模擬對象是產品中每個系統的模型。由于設計人員在裝配仿真過程中繼續優化產品模型的狀態，隨著產品模型狀態的改善以及產品系統設計的完成，工程師必須對每個產品系統執行裝配仿真分析，包括裝配順序仿真、裝配路徑仿真?；谧钚庐a品模型狀態的干涉檢查和人工工程模擬，并結合車間人員的參與，針對各個模型進行仿真設計。

完成模擬。此階段的模擬對象是產品的全局模型。必須先排序整個產品的最后一個參照模型，以確定正在模擬的模型狀態是否為最后一個凍結狀態。然后，根據每個系統的模擬和組件計劃的確定來模擬整個產品模型過程。在模擬過程中，您可以簡化組合路徑模擬、略過組合干涉檢查，并正常執行組合順序模擬和人體工學模擬。此階段是基于子系統的仿真，它可以驗證最終裝配過程的可行性，并為后續工廠的實際最終裝配奠定基礎。

3.基于數字孿生技術的裝配仿真和優化設計

數碼孿生充分利用物理模型、傳感器更新、工作歷史等數據，并整合了多學科、物理、多尺度和多概率模擬過程，以便在虛擬空間中進行映射，從而反映相應物理設備的整個生命周期。數字配對是一種具有多種物理特性、分辨率和概率的建筑系統的集成模擬，它通過數字索引實現，并使用最佳可用模型、感知信息和輸入數據來映射和預測相應的雙物理生命周期活動和性能。以數碼孿生技術為基礎，將物理空間數據轉用于虛擬產品開發，不斷分析、評價、驗證和優化數字裝配模型和物理模型，改進定量分析和確認，有效做出關鍵決策，開發時間和成本。

4.基于AR技術的裝配現場模擬和智能裝配

增強的現實技術以虛擬現實技術為基礎，通過it系統提供的信息提高了用戶對現實世界的認識。改進現實仿真系統是虛擬制造仿真系統的進一步發展?！霸鰪姮F實”是一種實時計算相機圖像位置和角度并添加相應技術的技術，其目的是將虛擬世界放置在屏幕上，并在現實世界中相互作用。目前，大多數改進都是通過復蓋物理世界中已知的信息來實現的。虛擬制造由于現代生產的需要而成為現實應用AR技術實現產品可視化、技術說明、操作入門培訓等。AR技術可以將虛擬操作指令復制為現場操作手冊，在服務和維護過程中實時投影數字信息，從而根據特定環境中的當前流程操作任務提高現場操作效率。

5.基于大數據技術的裝配分析仿真和優化設計

在復雜航空產品組裝過程中，組裝過程中的質量、檢驗、物流、設備和能耗等數據是根據傳感器、物體互聯網和CPS等技術以及影響組裝質量、進度和成本的關鍵因素實時收集的通過研究這些關鍵因素的演變，查明裝配過程中出現的問題，并采取具體措施解決這些問題，優化復雜航空產品裝配過程的設計。時間優化設計：記錄每個生產設備的每項操作的開始時間、完成時間和預計完成時間;它還計算流程的實際工作時間和延遲時間，并確定流程是否按時完成。對這些重要數據進行統計分析和計算，以分別計算每個工序的完成率、交貨率和質量控制時間。流程指南在流程方法、流程計劃、流程質量控制和操作員類別方面進行了優化。裝配夾緊力優化設計：獲得裝配設備的力度和產品在各裝配過程中的力度，分析裝配設備夾緊力與產品裝配壓力/壓力/力矩之間的關系，獲得裝配設備和產品的力度關系和變化趨勢， 獲得裝配設備的最優力狀態，實現裝配夾緊力優化設計。

優化的運動類型設計和運動類型差：獲得數據，例如運動類型中的運動類型上的運動類型和運動類型之間的運動類型差以及運動類型中運動類型面之間的最大和最小運動類型。并分析每個裝配過程中裝配工藝參數和裝配集參數的變化趨勢以及步長差異，以優化裝配工藝參數，獲得滿足裝配集和步長差異的工藝參數的最佳值。材料分布優化設計：分析不同材料的分布時間、不同材料分布對裝配的影響、不同供應商材料的交付率。在整個組裝過程中，材料的分配是以不同材料分配的準確性為基礎的，以確保大型和緊急組裝具有可靠的供應商材料，最大限度地保證組裝材料的正常供應，并確保組裝順利進行。合理優化操作人員分配：根據不同操作數，計算不同技能操作人員執行操作的時間和質量，對操作人員進行分類和定義，根據裝配操作的優先級分配不同級別的操作人員，最大限度地利用人力資源，確保以下各項的進展和質量。

結束語

綜上所述，隨著航空產品功能性能的提高，航空產品及其制造工藝變得越來越復雜，迫切需要在復雜航空產品的設計和制造中應用更多的新技術。因此，優化復雜航空產品組裝過程的設計，需要加大研究重點，形成更多的研究成果，應用于航空產品開發，提高我國航空產品開發能力。

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