一种用于飞机装配工艺优化的容差分析方法技术

本发明专利技术为一种用于飞机装配工艺优化的容差分析方法。通过计算装配合格率、工艺能力指数、偏差源敏感度，实现了考虑多因素的装配工优化对象确定的目的，达到了有针对性的优化对象确定，从而提高了装配工艺优化的效率和准确性。通过公差优化数值计算，实现了优化对象的优化量的定量计算，解决了多次仿真确定优化量的繁琐，提高了装配工艺优化效率。基于容差分析的飞机装配工艺优化方法，同时考虑了飞机装配要求和现场装配能力，在满足装配要求的提前下降低了现场装配的难度。下降低了现场装配的难度。下降低了现场装配的难度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于飞机装配工艺优化的容差分析方法


[0001]本专利技术属于航空制造工程/飞机装配领域，涉及一种用于飞机装配工艺优化的容差分析方法。

技术介绍

[0002]装配工艺优化是提高飞机装配工艺可行性、保证飞机装配质量的关键手段。飞机装配工艺优化的主要目的是确保工艺能力指数处在合理的范围内，达到质量与成本的均衡。从装配容差分析角度出发，装配工艺优化主要包括两方面，一方面是对公差数值进行优化，另一方面是针对装配工艺中的定位基准、定位方法、装配顺序等过程参数进行优化。如何根据装配容差分析的结果，确定装配工艺优化的对象并给出优化方案，并确保飞机装配要求和现场装配能力的均衡，是装配工艺优化的关键所在。
[0003]目前的飞机装配工艺优化是针对不同的装配工艺能力水平等级和装配目标要求，根据经验对装配工艺及参数进行多次调给出粗略的装配工艺优化措施，需要依赖工程师的经验和大量的循环迭代来确定优化对象及优化对象的优化量。如在装配序列优化和规划方面，面向产品装配序列规划的智能优化算法库一文(敬石开,李连升,曾森)提出了一种用智能优化算法库解决装配序列规划问题的方法，该算法库主要由算法顾问和算法池构成，算法池包括改进的蚁群算法、模拟退火算法和遗传算法等三种智能优化算法。基于模糊粗糙集的并行装配序列规划方法(胡小梅,朱文华,俞涛)提出了一种基于模糊粗糙集的并行装配序列规划方法。在装配路径规划与优化方面，基于空间扫略的飞机产品装配路径规划技术一文(邱晞，魏生民，程晖)基于装配顺序构建了向导模型，以其为约束通过空间扫略方法获得了装配路径，并通过参数化分析方法对其优化，提高了装配路径规划的效率；复杂产品装配顺序评价的路径反馈方法(余剑峰，程晖，姚定)提出一种考虑制造资源影响的装配路径反馈方法，利用扫掠体闭包算法对装配过程链模型进行求解，得到了装配路径，并通过对其参数化分析来评估装配顺序的优劣，最终生成合理的装配路径。在基于质量控制的装配工艺优化方面，CAD/CAPP集成中公差的模糊优化设计一文(刘玉生,杨将新,吴昭同)提出了CAD/CAPP集成的并行公差模糊优化数学模型，虚拟装配环境下容差并行设计方法的研究中(姬舒平)提出了基于人工智能的公差优化方法，最后利用遗传算法对公差值进行多次迭代求解。基于统计容差和质量损失的容差设计一文(匡兵,黄美发,钟艳如)提出了并行公差设计方法，该方法同时考虑加工成本和质量损失。
[0004]飞机装配工艺优化影响因素众多，优化对象和优化量确定困难，同时在优化过程中需要将装配设计要求和现场装配能力的均衡，所以目前飞机装配工艺优化仍存在如下问题：
[0005]1)没有实现面向装配超差等问题的装配工艺优化。现阶段装配工艺优化相关的主要工作集中在如何缩短装配路径、优化装配顺序等，没有以装配质量控制为目标对装配工艺进行优化，不能实现在装配工艺准备阶段对最终装配精度的控制。
[0006]2)优化对象确定针对性差。飞机装配过程复杂，影响装配质量的因素众多，目前优
化对象的确定主要依靠工程师经验和反复仿真迭代，存在优化对象确定效率低、针对性差的问题。
[0007]3)公差数值的优化量计算。定量优化方法的研究。现有的装配工艺和质量优化主要通过控制零件的制造公差来实现，造成零件制造成本增加。但装配公差数量众多且相互耦合，公差优化量的确定缺乏定量的计算方法，影响装配工艺优化的效率和质量。
[0008]针对上述问题本专利提出了基于容差分析的飞机装配工艺优化方法，在考虑装配要求和装配现场工艺能力均衡的前提下，快速且有针对性地确定优化对象，同时能够对公差数值进行定量计算，提高飞机装配工艺优化的效率和质量。

技术实现思路

[0009]为了解决飞机装配工艺优化对象确定困难，以及公差优化量不能定量计算的问题，本专利技术提供一种基于容差分析的飞机装配工艺优化方法。该方法利用飞机装配容差仿真系统环境，确定关键特性，进行飞机装配容差仿真、装配合格率分析与工艺能力计算、装配工艺优化内容判断、公差数值优化与装配过程参数优化，实现装配公差优化数值的定量计算、快速确定优化对象，以及基于容差分析的飞机装配工艺优化，提升飞机装配工艺优化的效率和准确性。
[0010]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0011]一种用于飞机装配工艺优化的容差分析方法，步骤如下：
[0012]步骤1：关键特性确定；基于飞机装配要求，确定装配要求的关键特性。
[0013]步骤2：装配容差仿真；将飞机装配三维模型导入容差仿真软件环境，进行容差仿真建模，对步骤1确定的关键特性，进行装配容差仿真。
[0014]步骤3：装配容差分析，包括装配合格率、装配工艺能力指数、偏差源敏感度三项参数的计算；
[0015]所属步骤3是基于步骤2的飞机装配容差仿真结果，装配合格率、装配工艺能力指数、偏差源敏感度三项参数的计算。装配工艺能力指数如公式(1)所示。
[0016][0017]式中：
[0018]USL表示设计给定的公差上线；
[0019]LSL表示设计给定的公差下线；
[0020]σ表示功能要求的总体标准差。
[0021]采用Cp对装配工艺能力进行估计的前提是样本分布中心与公差中心重合，即样本的总体均值等于平均值，忽略了装配过程随机偏差对装配精度的影响。当考虑装配系统随机误差时，统计样本分布中心与公差中心出现偏离，此时采用Cp对装配工艺能力进行评估会导致错误的结果。所以，此时采用工艺能力指数Cpk，计算如公式(2)所示。
[0022][0023]式中：
[0024]μ为功能要求的总体均值，其它参数与式(1)相同。
[0025]其中装配合格率计算采用蒙特卡洛方法。偏差源敏感度计算采用对装配容差仿真模型求偏导的方法。这两项参数的计算方法不属于本专利技术包含对象，是实现本专利技术的必要步骤。
[0026]步骤4：超差关键特性确定；
[0027]步骤5：确定优化对象；
[0028]步骤6：基于CP的公差数值优化；
[0029]步骤7：装配过程参数优化；
[0030]步骤8：装配工艺方案确定。
[0031]所属步骤4超差关键特性确定是根据步骤3计算结果，确定超差关键特性。
[0032]所属步骤5确定优化对象是将超差的关键特性作为装配工艺优化对象。其中，优化对象除了超差的关键特性，还包括工艺能力指数大于1.0而小于1.67的关键特性，及超工艺能力指数范围的关键特性。在优化对象确定时，超差关键特性的优先级高于超工艺能力指数范围的关键特性。
[0033]所属步骤6基于CP的公差数值优化按公式(3)计算。
[0034][0035]式中：
[0036]T
j
表示设计给定的第j个偏差源公差；
[0037]T
j
'为优化后的公差；
[0038]Cp
min
为经济精度下工艺能力指数的下限，Cp
min
＝1.0；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于容差分析的飞机装配工艺优化方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：关键特性确定；基于飞机装配要求，确定装配要求的关键特性；步骤2：装配容差仿真；将飞机装配三维模型导入容差仿真软件环境，进行容差仿真建模，对步骤1确定的关键特性，进行装配容差仿真；步骤3：装配容差分析，包括装配合格率、装配工艺能力指数、偏差源敏感度三项参数的计算；所述步骤3是基于步骤2的飞机装配容差仿真结果，装配合格率、装配工艺能力指数、偏差源敏感度三项参数的计算；装配工艺能力指数如公式(1)所示；式中：USL表示设计给定的公差上线；LSL表示设计给定的公差下线；σ表示功能要求的总体标准差；采用工艺能力指数Cpk，计算如公式(2)所示；式中：μ为功能要求的总体均值，其它参数与式(1)相同；步骤4：超差关键特性确定；步骤5：确定优化对象；步骤6：基于CP的公差数值优化；所述步骤6基于CP的公差数值优化按公式(3)计算；式中：T
j
表示设计给定的第j个偏差源公差；T
j
'为优化后的公差；Cp
min
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，潘新，李梅平，薛江久，杜杰，
申请(专利权)人：沈阳飞机工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：