基于飞机产品结构更改的装配工装变型设计

◎宋爽

在飞机发展规模日益扩大的当下，飞机装配模式也发生了巨大改变，合理进行飞机产品结构的设计与计算可实现飞机产品结构装配工装的变形与升级。然而在此过程中，存在诸多设计问题，这会影响飞机行业装配工作的发展效果。基于此，本文将从飞机装配工装设计问题的表述入手，对变形设计方法进行分析，进而探讨具体的计算模式，以期实现装配工装的变型设计。

在飞机研制过程中，必须确保在产品设计的同时进行工装设计，并及时进行工装设备的合理化调整，然而这一工作任务繁重，无法确保设计质量。为了提升飞机产品结构调整的快速设计，提升设计效果。必须对飞机装配工装的设计问题进行详细描述，进而合理进行飞机装配工装变型设计模型的有效构建，并对设计工具集进行研究与应用效果的验证与分析。

一、飞机装配工装设计问题的具体描述

飞机行业日益发展的过程中必然要持续进行产品研发，然而飞机行业属于较为独特的行业，产品信息主体的传递属于单向传递模式，致使产品的研发过程中信息发展及反馈存在较大差异，如果出现信息未及时反馈的情况将会导致生产工期延长，或出现生产信息不正确而需返工生产的情况。科学技术的持续发展推动了飞机工业设计的发展，相关单位对飞机设计的流程、生产工艺予以了高度重视，并对数字化飞机工装装配技术的具体应用进行了深入探讨。然而在工艺装备设计时，必须运用工装工艺，需要在数字化产品定义的支持下合理进行变形方案的设计，并需对控制基线进行动态跟踪以及时进行工装工作中不合理之处的优化与完善，以此使产品符合改进设计的标准，并对飞机产品制造过程中设计更改需求的变化进行及时反馈。

所谓公理设计理论，是指对设计产品的用户域、功能域及物理域等区域之间的映射与迭代。在飞机装配工装设计过程中，因设计问题存在一定的特性，因此必须在统一的环境下实现各设计环节的同步耦合。

1.飞机需求方会结合自身所需的飞机装配工艺类型而进行飞机产品的订购，飞机生产企业应以订单为依据进行飞机产品的工装装配。基于此，飞机产品设计中的用户域是指装配工艺的具体内容。

2.飞机数字化产品定义是飞机产品装配工装功能的主要内容，其可对飞机产品进行合理优化，使之功能更加先进，结构更加合理。然而在飞机设计的物理域实现时，要分别向功能域及物理域进行映射。

3.飞机产吕装配工装的目的是定位飞机零件的具体位置并对其进行夹紧，以此促进装配工艺的提升，优化产品生产质量。定位夹紧功能向物理域映射在结构上表现产品协调特征、定位器工作件、定位器支撑件和骨架元件依次连接的过程。

二、飞机装配工装变型设计模型的建立分析

1.关联拷贝算法。控制几何主要是对机械产品模型的空间位置及形状进行描述的基本几何，其可对各个结构部门之间的拓扑关联关系进行反映。从本质上来讲，其是由上至下对工程参数进行控制而进行设计与实现对工程的修改。装配工装控制几何有两种定义方式，一是数字化标准工装，其属于源控制几何，二是工装概念几何，其属于衍生控制几何，并且其中除了衍生标工以外还有衍生概念几何。在工装设计及更改过程中应以控制几何作为基本依据。

在基于主几何的逐级关联拷贝算法的基础上才可完成产品协调特征向定位器工作件的几何映射过程，此算法的运用可完成装配工装以及飞机产品的几何协同，其可实现主几何中的重要协调特征向工装总装的关联拷贝，进而使之成为数字标工，进而再将得到的数字标工关联拷贝到工装零件当中，进而完成衍生标工的构建过程，这就是零件特征建模的基准。下级几何引用上级几何即为关联拷贝的本质内涵，其可实现下级与上级几何拓扑结构的统一，其位置姿态也可保持一致。一旦主几何出现变化，与之相对的数字标工首先会发生改变，之后衍生标工也会随之而出现变化，进而实现工装零件的自适应。

2.装配工装概念几何模型的建立。可运用逻辑构件概念及其形式对飞机装配工装概念的几何模型进行表达，还可根据其进行工装的设计。可在装配工装总装文件的基础上进行工装概念几何模型的建立，其可与数字标工进行组合而形成控制几何。在具体设计过程中，可将工装概念几何向工装零件进行关联拷贝，进而使之形成衍生概念几何，并以其为标准进行工装零件特征模型的建立。

3.骨架模型的建立。飞机类型、形状等方面均存在不同程度的差异性，因此飞机骨架实质上是由若干零件焊接组成。而在具体装配过程中，不仅需要对其零件的规格标准进行严格把关，同时也需要对其装配工艺进行监督，保证零件截面等在焊接过程中必须保持一致，以此来保证骨架的稳定性。将工装骨架变型设计建模细化为线框设计、型材构建和型材相贯3个部分。

4.定位器支撑件模型的建立。定位器支撑件是连接定位器工作件和骨架的桥梁，有标准和非标准两种结构形式。将标准支撑件封装在标准组合件库中，非标准支撑件封装在典型结构件库中。工装部件层中，定位器支撑件与工作件、骨架元件同时具有装配约束关系。鉴于变型设计过程中尺寸过约束极易发生冲突，设计了一种松紧结合的装配约束模式，即定位器支撑件与定位器工作件互为紧装配约束，与工装骨架互为松装配约束，紧装配约束与松装配约束均可分别表示为装配内部各组配对约束的并集，进而形成全约束，且紧装配约束与松装配约束的交集形成的自由度集合度的约束在产品更改前后保持不改变，则支撑件变型设计过程中无约束干涉。

以螺旋定位器为例，轴线Cl和端面C2为定位器工作件上的装配约束几何，轴线Ll、端面L2和L3为连接装置上的装配约束几何，端面Fl为骨架元件上的约束几何，符号“”表示贴合约束，“∥”表示平行约束。定位器变型设计约束冲突分析如图1所示：

图1 定位器变型设计约束冲突分析

通过公式计算得知在飞机产品结构更改之前与之后，其自由度约束并未发生变化的情况下，按照x、y、z三个方向进行平向移动时，螺旋定位器的变型设计并未出现约束冲突。

结语：本文提出的飞机装配工装变型设计建模方法是支持工装与产品协同设计的关键技术，将可能的飞机产品更改意图体现在工装设计过程中，从而建立了产品局部设计更改对工装设计模型快速传递机制。