计算机辅助飞机制造容差优化设计技术研究

论文摘要

互换协调是飞机制造工艺规划的中心问题,而合理的容差设计是实现互换协调的重要保证,直接影响飞机产品的制造质量、装配成功率和制造成本。目前我国飞机制造业普遍采用的传统容差设计手段存在效率低、可靠性差等突出问题,已无法满足现代飞机制造的发展要求,成为制约飞机制造质量进一步提升的瓶颈问题。本文结合现代航空制造技术的发展需求,在国家自然科学基金和江苏省博士后基金等支持下,对计算机辅助飞机制造容差优化设计技术进行了研究,主要研究工作和研究成果如下:结合飞机制造工艺特点,提出了基于规范化尺寸协调关系定义的容差表示模型。该模型集成了各结构单元制造过程中各尺寸协调传递环节的信息和容差信息,实现了基于树结构和邻接矩阵的尺寸协调关系的计算机表示模型,设计实现了具有良好结构性和准确性特点的尺寸协调工艺文件作为容差的外部表示模型。提出了基于规范化尺寸协调关系定义的制造协调路线图的自动生成算法。研究了飞机典型部件制造协调准确度分析技术。将飞机制造中具有相似协调特点的问题归纳为外形协调和交点协调两类,基于容差服从正态分布的假设,建立了制造协调的准确度模型。基于概率模型推导了装配协调累积误差和成功率的计算公式。研究了基于蒙特卡罗法的尺寸链分析技术。结合实际生产中组成环尺寸呈现多种概率分布的特点,建立了尺寸链仿真和装配质量的数学模型,提出了双凸峰分布、三角分布等分布类型的尺寸随机抽样算法。研究了基于K-S检验的封闭环尺寸分布类型的自动判断及装配成功率、贡献率等装配质量性能的定量分析方法。提出了基于混合公差—成本模型的容差优化分配技术。采用多项式函数表示组成环公差带宽和不同加工方法相对成本的关系,求解尺寸链总体的相对加工成本,以此作为容差优化分配时的最小化成本目标,以产品装配要求作为约束条件,最后用遗传算法求解优化的组成环公差。在理论研究的基础上,本文开发了飞机制造容差分配决策系统,该系统已在某航空企业得到应用,大大提高了容差设计效率和正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究内容
• 第二章 基于规范化尺寸协调关系定义的容差表示模型
• 2.1 引言
• 2.2 容差的计算机表示模型
• 2.2.1 尺寸协调关系的规范化定义
• 2.2.2 尺寸协调关系的计算机表示
• 2.3 容差的外部表示模型
• 2.4 制造协调路线图的自动生成
• 2.4.1 图符库
• 2.4.2 图符布局算法
• 2.5 本章小结
• 第三章 飞机典型部件制造协调准确度分析
• 3.1 引言
• 3.2 尺寸链累积误差解析计算方法
• 3.2.1 采用极值法计算累积误差
• 3.2.2 采用概率法计算累积误差
• 3.3 外形协调准确度分析
• 3.4 交点协调准确度分析
• 3.5 协调成功概率的计算方法
• 3.5.1 外形协调成功率计算
• 3.5.2 交点协调成功概率计算
• 3.6 实例分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于蒙特卡罗法的尺寸链分析技术
• 4.1 引言
• 4.2 蒙特卡罗法概述
• 4.3 尺寸链蒙特卡罗法模拟的数学模型
• 4.4 组成环尺寸的随机抽样
• 4.5 封闭环误差概率分布的确定
• 4.6 蒙特卡罗法的误差估计
• 4.7 实例分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 基于混合公差—成本模型的容差优化分配技术
• 5.1 引言
• 5.2 混合公差－成本建模
• 5.3 基于混合公差—成本模型的容差优化分配
• 5.3.1 容差优化分配数学模型
• 5.3.2 容差优化分配模型的遗传算法求解
• 5.4 实例分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 飞机制造容差分配决策系统的开发
• 6.1 引言
• 6.2 系统的设计与开发
• 6.2.1 系统体系结构
• 6.2.2 系统功能
• 6.2.3 系统运行流程
• 6.3 系统功能的实例验证
• 6.3.1 系统界面
• 6.3.2 某型机前发排气舱活动罩与主减前防火墙整流罩外形协调实例验证
• 6.3.3 某型机防弹玻璃安装实例验证
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录 K-S 检验标准 D 统计量表