發(fā)布時間：2017-11-08 16:19

  本文關鍵詞：飛機非線性裝配偏差分析與容差協(xié)同分配方法研究

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【摘要】：數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)代表了飛機裝配協(xié)調(diào)技術的發(fā)展方向,對提高飛機裝配精度和成功率、縮短研制周期、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。當前,我國在數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術的基本原理和體系組成上已有較為廣泛的認識,但對于數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)中的偏差傳遞建模、分析和容差分配等基礎理論的理解和掌握尚需深入,不利于數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術的深度應用和功效的全面發(fā)揮。一方面,飛機產(chǎn)品結構和形狀復雜、零部件/工裝數(shù)量大、工藝流程長,裝配中產(chǎn)生的尺寸、位置和形狀等偏差之間具有高度非線性和交叉?zhèn)鬟f特性,使得裝配偏差傳遞建模和分析極為困難;另一方面,由于以三維模型為協(xié)調(diào)依據(jù),導致在模擬量裝配協(xié)調(diào)中積累的容差分配知識和經(jīng)驗不再適用,設計人員很難準確地依托三維模型完成容差分配。針對上述問題,本文以三維模型為基礎,以關鍵特性的產(chǎn)生和傳遞為線索,研究非線性裝配偏差傳遞建模、分析與容差分配方法,旨在豐富我國數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)理論和技術體系。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性工作如下:1)提出了非線性裝配偏差傳遞過程的加權圖樹表達方法。首先,分析了與裝配偏差傳遞建模相關的業(yè)務環(huán)節(jié)及信息,分別建立了層次關系樹、派生配合約束圖、特征公差圖、裝配順序表達方法及偏差表達方法;其次,提出了裝配偏差傳遞過程的加權圖樹模型及構建規(guī)則,實現(xiàn)了裝配偏差傳遞信息的集成表達,并建立了加權圖樹模型的實例化流程及方法;最后,建立了加權圖樹模型的非線性關系視圖,提取了裝配偏差傳遞中的非線性關系。上述方法解決了裝配偏差非線性、跨階交叉?zhèn)鬟f過程的表達問題,為飛機裝配偏差分析和容差分配提供了基礎模型。2)提出了關鍵特性量化和推理式識別方法。針對關鍵產(chǎn)品特性(KPC)識別:建立了拓展派生配合約束圖,以此為基礎提出了KPC備選特性搜索方法;引入田口質量損失理論,提出了KPC備選特性影響度評估方法,并依據(jù)KPC備選特性影響度的相對大小完成了KPC識別。針對關鍵控制特性(KCC)識別:分析了產(chǎn)品-零件-配合約束-KCC之間的層次結構及推理關系,給出其多色集合圍道矩陣表達方法;以圍道矩陣為基礎,提出了KCC推理式識別的算法流程。上述方法克服了現(xiàn)有關鍵特性識別方法依賴于工程經(jīng)驗且相關工藝知識不易表達的不足,將裝配偏差傳遞建模問題映射在一個由關鍵特性構成集合中。3)提出了裝配偏差的“Kriging-QMC”兩階段分析方法。首先,將裝配偏差分析歸納為配合約束向定位點約束轉化和零件定位模型求解兩個關鍵問題;然后,以幾何穩(wěn)定性為評價指標建立了定位點選取的理論方法,提出了面面配合約束、孔銷配合約束中的定位點耦合偏差計算方法;最后,以Kriging方法為理論基礎,建立了定位點耦合偏差與零件位姿偏差之間的近似關系,使裝配偏差分析過程由“隱式”轉變?yōu)椤帮@式”并降低非線性程度;以低差異序列抽樣替代蒙特卡洛法中的隨機抽樣,提出了基于擬蒙特卡洛法(QMC)的零件位姿參數(shù)統(tǒng)計分析方法,提高了裝配偏差統(tǒng)計分析的收斂效率。上述方法改進了蒙特卡洛法在多偏差、多分布、非線性裝配偏差分析時的低效率問題,同時繼承了蒙特卡洛法計算過程簡單、通用性好的優(yōu)點。4)提出了裝配容差協(xié)同分配模型及求解方法。首先,依托加權圖樹模型的非線性關系視圖,建立了裝配容差協(xié)同分配結構框架,將裝配容差分配問題轉化為一系列子問題;然后,分析了裝配容差協(xié)同分配中的數(shù)據(jù)流,以此為基礎建立了裝配容差協(xié)同分配模型;最后,采用增廣拉格朗日方程建立了裝配容差協(xié)同分配模型的協(xié)調(diào)策略,并建立了基于遺傳算法的子問題求解方法。上述方法改善了裝配容差多決策變量非線性優(yōu)化時,目標函數(shù)和約束條件不易建立的問題,同時有效利用了產(chǎn)品結構和裝配過程的層次組織帶來的“分治、協(xié)同、并行”特性。全文以某型飛機的登機門為實例,完成了登機門的加權圖樹模型構建、KPC量化識別、KCC推理式識別、裝配偏差分析、裝配容差分配。實例分析結果驗證了本文提出的飛機非線性裝配偏差分析與容差協(xié)同分配方法的有效性。
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V262.4

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本文編號：1157872