基于飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更改的裝配工裝變型設(shè)計(jì)

◎宋爽

在飛機(jī)發(fā)展規(guī)模日益擴(kuò)大的當(dāng)下，飛機(jī)裝配模式也發(fā)生了巨大改變，合理進(jìn)行飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)裝配工裝的變形與升級(jí)。然而在此過程中，存在諸多設(shè)計(jì)問題，這會(huì)影響飛機(jī)行業(yè)裝配工作的發(fā)展效果。基于此，本文將從飛機(jī)裝配工裝設(shè)計(jì)問題的表述入手，對變形設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，進(jìn)而探討具體的計(jì)算模式，以期實(shí)現(xiàn)裝配工裝的變型設(shè)計(jì)。

在飛機(jī)研制過程中，必須確保在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)，并及時(shí)進(jìn)行工裝設(shè)備的合理化調(diào)整，然而這一工作任務(wù)繁重，無法確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。為了提升飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的快速設(shè)計(jì)，提升設(shè)計(jì)效果。必須對飛機(jī)裝配工裝的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行詳細(xì)描述，進(jìn)而合理進(jìn)行飛機(jī)裝配工裝變型設(shè)計(jì)模型的有效構(gòu)建，并對設(shè)計(jì)工具集進(jìn)行研究與應(yīng)用效果的驗(yàn)證與分析。

一、飛機(jī)裝配工裝設(shè)計(jì)問題的具體描述

飛機(jī)行業(yè)日益發(fā)展的過程中必然要持續(xù)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，然而飛機(jī)行業(yè)屬于較為獨(dú)特的行業(yè)，產(chǎn)品信息主體的傳遞屬于單向傳遞模式，致使產(chǎn)品的研發(fā)過程中信息發(fā)展及反饋存在較大差異，如果出現(xiàn)信息未及時(shí)反饋的情況將會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)工期延長，或出現(xiàn)生產(chǎn)信息不正確而需返工生產(chǎn)的情況?？茖W(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展推動(dòng)了飛機(jī)工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展，相關(guān)單位對飛機(jī)設(shè)計(jì)的流程、生產(chǎn)工藝予以了高度重視，并對數(shù)字化飛機(jī)工裝裝配技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行了深入探討。然而在工藝裝備設(shè)計(jì)時(shí)，必須運(yùn)用工裝工藝，需要在數(shù)字化產(chǎn)品定義的支持下合理進(jìn)行變形方案的設(shè)計(jì)，并需對控制基線進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤以及時(shí)進(jìn)行工裝工作中不合理之處的優(yōu)化與完善，以此使產(chǎn)品符合改進(jìn)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，并對飛機(jī)產(chǎn)品制造過程中設(shè)計(jì)更改需求的變化進(jìn)行及時(shí)反饋。

所謂公理設(shè)計(jì)理論，是指對設(shè)計(jì)產(chǎn)品的用戶域、功能域及物理域等區(qū)域之間的映射與迭代。在飛機(jī)裝配工裝設(shè)計(jì)過程中，因設(shè)計(jì)問題存在一定的特性，因此必須在統(tǒng)一的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)各設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的同步耦合。

1.飛機(jī)需求方會(huì)結(jié)合自身所需的飛機(jī)裝配工藝類型而進(jìn)行飛機(jī)產(chǎn)品的訂購，飛機(jī)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)以訂單為依據(jù)進(jìn)行飛機(jī)產(chǎn)品的工裝裝配。基于此，飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的用戶域是指裝配工藝的具體內(nèi)容。

2.飛機(jī)數(shù)字化產(chǎn)品定義是飛機(jī)產(chǎn)品裝配工裝功能的主要內(nèi)容，其可對飛機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行合理優(yōu)化，使之功能更加先進(jìn)，結(jié)構(gòu)更加合理。然而在飛機(jī)設(shè)計(jì)的物理域?qū)崿F(xiàn)時(shí)，要分別向功能域及物理域進(jìn)行映射。

3.飛機(jī)產(chǎn)呂裝配工裝的目的是定位飛機(jī)零件的具體位置并對其進(jìn)行夾緊，以此促進(jìn)裝配工藝的提升，優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。定位夾緊功能向物理域映射在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)產(chǎn)品協(xié)調(diào)特征、定位器工作件、定位器支撐件和骨架元件依次連接的過程。

二、飛機(jī)裝配工裝變型設(shè)計(jì)模型的建立分析

1.關(guān)聯(lián)拷貝算法。控制幾何主要是對機(jī)械產(chǎn)品模型的空間位置及形狀進(jìn)行描述的基本幾何，其可對各個(gè)結(jié)構(gòu)部門之間的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行反映。從本質(zhì)上來講，其是由上至下對工程參數(shù)進(jìn)行控制而進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)對工程的修改。裝配工裝控制幾何有兩種定義方式，一是數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝，其屬于源控制幾何，二是工裝概念幾何，其屬于衍生控制幾何，并且其中除了衍生標(biāo)工以外還有衍生概念幾何。在工裝設(shè)計(jì)及更改過程中應(yīng)以控制幾何作為基本依據(jù)。

在基于主幾何的逐級(jí)關(guān)聯(lián)拷貝算法的基礎(chǔ)上才可完成產(chǎn)品協(xié)調(diào)特征向定位器工作件的幾何映射過程，此算法的運(yùn)用可完成裝配工裝以及飛機(jī)產(chǎn)品的幾何協(xié)同，其可實(shí)現(xiàn)主幾何中的重要協(xié)調(diào)特征向工裝總裝的關(guān)聯(lián)拷貝，進(jìn)而使之成為數(shù)字標(biāo)工，進(jìn)而再將得到的數(shù)字標(biāo)工關(guān)聯(lián)拷貝到工裝零件當(dāng)中，進(jìn)而完成衍生標(biāo)工的構(gòu)建過程，這就是零件特征建模的基準(zhǔn)。下級(jí)幾何引用上級(jí)幾何即為關(guān)聯(lián)拷貝的本質(zhì)內(nèi)涵，其可實(shí)現(xiàn)下級(jí)與上級(jí)幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，其位置姿態(tài)也可保持一致。一旦主幾何出現(xiàn)變化，與之相對的數(shù)字標(biāo)工首先會(huì)發(fā)生改變，之后衍生標(biāo)工也會(huì)隨之而出現(xiàn)變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工裝零件的自適應(yīng)。

2.裝配工裝概念幾何模型的建立?？蛇\(yùn)用邏輯構(gòu)件概念及其形式對飛機(jī)裝配工裝概念的幾何模型進(jìn)行表達(dá)，還可根據(jù)其進(jìn)行工裝的設(shè)計(jì)?？稍谘b配工裝總裝文件的基礎(chǔ)上進(jìn)行工裝概念幾何模型的建立，其可與數(shù)字標(biāo)工進(jìn)行組合而形成控制幾何。在具體設(shè)計(jì)過程中，可將工裝概念幾何向工裝零件進(jìn)行關(guān)聯(lián)拷貝，進(jìn)而使之形成衍生概念幾何，并以其為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工裝零件特征模型的建立。

3.骨架模型的建立。飛機(jī)類型、形狀等方面均存在不同程度的差異性，因此飛機(jī)骨架實(shí)質(zhì)上是由若干零件焊接組成。而在具體裝配過程中，不僅需要對其零件的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，同時(shí)也需要對其裝配工藝進(jìn)行監(jiān)督，保證零件截面等在焊接過程中必須保持一致，以此來保證骨架的穩(wěn)定性。將工裝骨架變型設(shè)計(jì)建模細(xì)化為線框設(shè)計(jì)、型材構(gòu)建和型材相貫3個(gè)部分。

4.定位器支撐件模型的建立。定位器支撐件是連接定位器工作件和骨架的橋梁，有標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)兩種結(jié)構(gòu)形式。將標(biāo)準(zhǔn)支撐件封裝在標(biāo)準(zhǔn)組合件庫中，非標(biāo)準(zhǔn)支撐件封裝在典型結(jié)構(gòu)件庫中。工裝部件層中，定位器支撐件與工作件、骨架元件同時(shí)具有裝配約束關(guān)系。鑒于變型設(shè)計(jì)過程中尺寸過約束極易發(fā)生沖突，設(shè)計(jì)了一種松緊結(jié)合的裝配約束模式，即定位器支撐件與定位器工作件互為緊裝配約束，與工裝骨架互為松裝配約束，緊裝配約束與松裝配約束均可分別表示為裝配內(nèi)部各組配對約束的并集，進(jìn)而形成全約束，且緊裝配約束與松裝配約束的交集形成的自由度集合度的約束在產(chǎn)品更改前后保持不改變，則支撐件變型設(shè)計(jì)過程中無約束干涉。

以螺旋定位器為例，軸線Cl和端面C2為定位器工作件上的裝配約束幾何，軸線Ll、端面L2和L3為連接裝置上的裝配約束幾何，端面Fl為骨架元件上的約束幾何，符號(hào)“”表示貼合約束，“∥”表示平行約束。定位器變型設(shè)計(jì)約束沖突分析如圖1所示：

圖1 定位器變型設(shè)計(jì)約束沖突分析

通過公式計(jì)算得知在飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更改之前與之后，其自由度約束并未發(fā)生變化的情況下，按照x、y、z三個(gè)方向進(jìn)行平向移動(dòng)時(shí)，螺旋定位器的變型設(shè)計(jì)并未出現(xiàn)約束沖突。

結(jié)語：本文提出的飛機(jī)裝配工裝變型設(shè)計(jì)建模方法是支持工裝與產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，將可能的飛機(jī)產(chǎn)品更改意圖體現(xiàn)在工裝設(shè)計(jì)過程中，從而建立了產(chǎn)品局部設(shè)計(jì)更改對工裝設(shè)計(jì)模型快速傳遞機(jī)制。