面向航空复杂产品的装配工艺优化设计技术

梁作文

摘要：本文研究了复杂航空产品的综合组装技术。对复杂航空产品装配技术进行了前设计、装配过程监控和装配后优化三个领域的探讨，包括MBD产品设计技术、基于数模的装配仿真和优化设计技术、基于AR技术的智能装配技术、仿真技术对复杂航空产品装配全过程关键技术的研究，为复杂航空产品的设计模式和方法提供了创新，并为提高复杂航空产品开发质量提供了技术支持。

关键词：航空復杂产品;装配工艺优化;设计分析

前言

复杂航空产品子系统很多，空间布局紧凑，出现数万个组件，装配过程中存在许多问题，如组件干扰、装配顺序和路径规划困难，安装空间小。装配仿真技术是解决复杂航空产品装配问题的关键技术。它可以取代传统的实体检查组合模式，分析和最佳化在模拟期间发现的问题，例如组合干涉和作业空间的可存取性，并完成组合程序的检查以确保其效率。可视化虚拟仿真可以提高产品装配的成功率，并缩短设计更改和产品装配过程的计划时间。

一、面向航空复杂产品的装配工艺优化设计

航空产品设计复杂、标准化程度低、零部件丰富。在制造业中，技术专业人员种类很多，处理过程困难，制造过程冗长，零件匹配关系复杂，电子集成。随着航空工业市场需求和竞争的增加，航空产品的制造往往与设计、工艺和制造工艺密切协调，同时缩短开发周期，提高产品开发质量。随着新的MBD技术、双机数字技术、VR技术、大数据技术和人工智能技术的出现和广泛应用，迫切需要将这些新技术应用于航空产品开发，以满足产品设计和制造的特殊要求因此，有必要借鉴国内外发达飞机制造企业的成功事例和经验，将先进技术应用于航空产品开发，研究适合中国航空产品的数字装配技术。

安装前设计。在产品设计和装配工艺设计中应用MBD技术实现面向装配的产品设计，使产品设计更好地满足制造能力和制造能力的要求。同时，在3d模型上标注过程、制造和检验信息，以便在单个数据源下进行相关设计、制造和检验。工程师可以基于ASME 14.5M-1994和ISO1101要求，根据当前产品公差直接设计三维设计模型并计算产品成功率。根据数模技术，将实际装配条件加载到数字样机上，进行装配仿真，进行装配过程中的干涉检查和间隙检查，并根据检查结果优化装配设计。

智能监控和调整装配过程。以物联网技术和数字显示技术为基础，实时获取组装过程信息并实时显示。根据装配知识库中的数据，实时调整装配工艺参数以满足智能装配要求。在基于虚拟和增强现实技术的数字和实时环境中实时组装产品。随着装配环境的变化，它会智能地调整装配路径，以指导现场操作员快速装配部件并满足装配质量要求。装配后优化设计。获取装配产品时生成的不同数据。基于人工智能和大数据技术的装配几何建模、装配过程仿真模型和智能装配决策模型。根据航空复杂产品装配知识库，通过智能监控和通过数据分析、数据挖掘和机器学习调整装配过程，实现智能装配。

二、工艺组件的分类

1.工艺组件划分

在数字设计阶段，设计必须确定产品分解计划以及工艺和制造。设计阶段飞机故障的结果是设计清单（EBOM）。从上到下的组件、组件和零件阶层清单称为「产品爆炸结构」。但是，工程物料清单是根据功能和结构需求展开的，并且很难从下到上表示产品装配流程。在制造准备阶段，该流程涉及重新构建设计清单、形成EBOM流程以及管理制造目标。重新建置程序以组合树为基础，分割主要以组合连接关系为基础。根据相对独立的工作内容、特定的工作负载和组合程序进行分割。拆分流程元素的过程包括首先构建结构组件类型树，然后构建通过对象类型映射拆分流程元素的主体结构。随后，基于知识的办法制定了分配进程组成部分的初步计划。其次，使用模糊聚类方法计算剩馀技术元素与相邻技术元素之间的相关性，利用刚性、装配操作难度、装配对象的空间接近度等指标来判断技术元素。，然后确定技术元素的划分方案。

2.工艺组件分类与层次树

设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*集合决定了s集合的划分结构，s的划分问题可以细化为p，P={P1，P2，P3 … }。根据将零件分割成零件并将零件分割成几何形状的飞机组件特征，您可以先选取具有空气动力形状的物件作为处理组件的核心，然后使用物件之间的连接关系来加工其他组件物件。可根据组件类型并选取核心来确定工艺组件的主要切削和装配结构。

3.装配顺序规划流程

首先，创建产品组件模型，该模型必须包含生成组件序列所需的数据。适当的组合塑型直接影响后续的推理效率。第二个步骤是生成装配序列，它主要涉及如何从装配模型中导出无碰撞装配方向，从而可以导出物理上和几何上可行的装配序列。由于几何信息比非几何信息更容易建模，因此几何装配序列规划始终是装配序列规划的主要趋势。最后，表示装配顺序：要确定装配序列的原因，必须表示生成的不同装配序列。选择表示装配序列的方法时，请考虑以下几点：表示方法所需的存储空间。从组件模型中，直接导出组件序列表示的难度，以及将其自动转换为另一个表示的能力。是否可以表示组件任务之间的时间从属关系或不相关;隐含表示的准确性和完整性。

三、面向航空复杂产品的装配工艺优化设计的关键技术

1.基于MBD技术的面向装配的产品设计

（1）面向装配的产品设计

基于组件的设计旨在提高产品的整体性能，同时考虑到产品的外观、功能和可靠性。装配能力是指产品设计符合产品设计所需的装配技术，从而确保了装配效率、低装配缺陷率、低装配成本和高装配质量特性。使用面向装配的设计，设计者可以根据装配规则执行装配设计，并在产品设计过程中预先测试产品装配。通过分析影响产品装配的因素评估产品装配能力，并在此基础上提出优化装配设计的建议，以简化产品结构、提高装配性能和提高产品装配能力。

（2）基于MBD的装配产品设计

为了提高产品装配效率，实现技术数据的准确及时表达和装配信息的数字化管理，MBD技术的深度可以应用于装配工艺的设计。设计工程师使用MBD技术在产品模型上注释产品开发数据，包括设计信息、工艺信息、制造信息和检验信息，以形成完整的数字原型。工艺部门根据设计模型进行数字化过程设计、数字化仪器设计、数控编程设计、数控编程设计和数字化过程分析。MBD技术的应用为设计、工艺、处理和检验数据的一致性和相关性以及设计和制造的一体化提供了技术支持。

2.基于装配模型的装配工艺优化设计

整个过程的初始模拟。此阶段的模拟对象是产品的全局模型。其主要目的是根据装配计划和过程模拟整个产品装配过程，包括装配顺序仿真、简单装配路径仿真等。此时，可以忽略制造资源的使用。通过对整个过程进行初始仿真，可以对产品装配的关键零部件进行排序，准备下一个仿真，并验证当前过程的可行性。此阶段的模拟对象是产品中每个系统的模型。由于设计人员在装配仿真过程中继续优化产品模型的状态，随着产品模型状态的改善以及产品系统设计的完成，工程师必须对每个产品系统执行装配仿真分析，包括装配顺序仿真、装配路径仿真。基于最新产品模型状态的干涉检查和人工工程模拟，并结合车间人员的参与，针对各个模型进行仿真设计。

完成模拟。此阶段的模拟对象是产品的全局模型。必须先排序整个产品的最后一个参照模型，以确定正在模拟的模型状态是否为最后一个冻结状态。然后，根据每个系统的模拟和组件计划的确定来模拟整个产品模型过程。在模拟过程中，您可以简化组合路径模拟、略过组合干涉检查，并正常执行组合顺序模拟和人体工学模拟。此阶段是基于子系统的仿真，它可以验证最终装配过程的可行性，并为后续工厂的实际最终装配奠定基础。

3.基于数字孪生技术的装配仿真和优化设计

数码孪生充分利用物理模型、传感器更新、工作历史等数据，并整合了多学科、物理、多尺度和多概率模拟过程，以便在虚拟空间中进行映射，从而反映相应物理设备的整个生命周期。数字配对是一种具有多种物理特性、分辨率和概率的建筑系统的集成模拟，它通过数字索引实现，并使用最佳可用模型、感知信息和输入数据来映射和预测相应的双物理生命周期活动和性能。以数码孪生技术为基础，将物理空间数据转用于虚拟产品开发，不断分析、评价、验证和优化数字装配模型和物理模型，改进定量分析和确认，有效做出关键决策，开发时间和成本。

4.基于AR技术的装配现场模拟和智能装配

增强的现实技术以虚拟现实技术为基础，通过it系统提供的信息提高了用户对现实世界的认识。改进现实仿真系统是虚拟制造仿真系统的进一步发展。“增强现实”是一种实时计算相机图像位置和角度并添加相应技术的技术，其目的是将虚拟世界放置在屏幕上，并在现实世界中相互作用。目前，大多数改进都是通过复盖物理世界中已知的信息来实现的。虚拟制造由于现代生产的需要而成为现实应用AR技术实现产品可视化、技术说明、操作入门培训等。AR技术可以将虚拟操作指令复制为现场操作手册，在服务和维护过程中实时投影数字信息，从而根据特定环境中的当前流程操作任务提高现场操作效率。

5.基于大数据技术的装配分析仿真和优化设计

在复杂航空产品组装过程中，组装过程中的质量、检验、物流、设备和能耗等数据是根据传感器、物体互联网和CPS等技术以及影响组装质量、进度和成本的关键因素实时收集的通过研究这些关键因素的演变，查明装配过程中出现的问题，并采取具体措施解决这些问题，优化复杂航空产品装配过程的设计。时间优化设计：记录每个生产设备的每项操作的开始时间、完成时间和预计完成时间;它还计算流程的实际工作时间和延迟时间，并确定流程是否按时完成。对这些重要数据进行统计分析和计算，以分别计算每个工序的完成率、交货率和质量控制时间。流程指南在流程方法、流程计划、流程质量控制和操作员类别方面进行了优化。装配夹紧力优化设计：获得装配设备的力度和产品在各装配过程中的力度，分析装配设备夹紧力与产品装配压力/压力/力矩之间的关系，获得装配设备和产品的力度关系和变化趋势， 获得装配设备的最优力状态，实现装配夹紧力优化设计。

优化的运动类型设计和运动类型差：获得数据，例如运动类型中的运动类型上的运动类型和运动类型之间的运动类型差以及运动类型中运动类型面之间的最大和最小运动类型。并分析每个装配过程中装配工艺参数和装配集参数的变化趋势以及步长差异，以优化装配工艺参数，获得满足装配集和步长差異的工艺参数的最佳值。材料分布优化设计：分析不同材料的分布时间、不同材料分布对装配的影响、不同供应商材料的交付率。在整个组装过程中，材料的分配是以不同材料分配的准确性为基础的，以确保大型和紧急组装具有可靠的供应商材料，最大限度地保证组装材料的正常供应，并确保组装顺利进行。合理优化操作人员分配：根据不同操作数，计算不同技能操作人员执行操作的时间和质量，对操作人员进行分类和定义，根据装配操作的优先级分配不同级别的操作人员，最大限度地利用人力资源，确保以下各项的进展和质量。

结束语

综上所述，随着航空产品功能性能的提高，航空产品及其制造工艺变得越来越复杂，迫切需要在复杂航空产品的设计和制造中应用更多的新技术。因此，优化复杂航空产品组装过程的设计，需要加大研究重点，形成更多的研究成果，应用于航空产品开发，提高我国航空产品开发能力。

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