飞机装配工装智能设计关键技术研究与系统开发

论文摘要

飞机装配工装设计受到上游飞机产品设计,下游工装工艺、制造和使用的制约,是飞机快速生产准备的瓶颈环节。提高装配工装设计效率和对飞机结构更改的响应性,减少设计与制造的迭代已成为亟待解决的问题。首先,装配工装设计要求与飞机设计并行,频繁的飞机设计更改活动造成装配工装设计反复修改,工作量巨大;其次,装配工装设计要求与制造并行,部分元件的提前设计制造导致其余元件结构复杂,甚至工装返修;再次,装配工装设计缺乏任务规划和知识驱动设计方法与工具的支持,设计过程中反复大范围迭代,试凑环节多,设计质量和效率过度依赖设计者的经验。本文就上述复杂难点问题进行了研究,采用智能化手段突破相关关键技术,覆盖任务规划、概念设计、详细设计和更改设计等装配工装设计主要环节。本文创新点和成果如下:1)利用设计结构矩阵与多色集合的优势互补特性,提出了一种基于加权有向图向设计结构矩阵与多色集合同步映射的设计过程模型,将装配工装设计规划过程所需信息集成在一个模型中进行综合运算,实现设计过程分析、重组与设计任务分配、调度并行作业,克服了模型不一致造成的反复迭代、规划效率低等问题。2)建立了装配工装概念设计模型,提出了一种基于逻辑构件的分级演进求解布局设计算法,即依次通过定位点级、元件级和工装级骨架轴位域的演进求解获取骨架元件轴线的合理位置。算法充分考虑到可定位性、刚度要求、开敞性和人机工程等因素,避免了装配工装设计与制造的大范围迭代。3)针对装配工装设计知识约束多样性与复杂性特点导致的约束求解困难等问题,建立了一种新的知识约束分类策略,提出了一种支持混合约束类型的知识约束方程组求解算法,通过方程组简化与标准化处理,将非线性问题转化为线性规划问题求解,大大减少人机交互和对设计经验的依赖。4)提出了一种基于控制几何的装配工装变型设计模型,通过主几何层、源控制几何层、衍生控制几何层、部件层和基础库层之间自顶向下和自底而上相结合的综合运算实现装配工装变型设计,从而建立局部飞机结构更改对工装设计模型高效传递的机制,提高了装配工装设计的快速响应和应变能力。5)在上述研究成果基础上开发了飞机装配工装智能设计系统,系统覆盖到装配工装设计主体环节,在三类主要飞机装配工装设计中应用验证,很大程度上满足装配工装快速和智能设计的需求,取得了显著的技术经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外相关研究综述
• 1.2.1 飞机装配工装技术研究现状与发展
• 1.2.2 机械产品智能设计技术研究综述
• 1.2.3 飞机装配工装智能设计技术研究现状分析
• 1.3 研究内容和创新点
• 1.4 研究方法
• 1.5 论文结构与章节安排
• 第二章 基于有向图同步映射的装配工装设计过程规划技术
• 2.1 基于加权有向图的设计过程描述
• 2.2 加权有向图向设计结构矩阵与多色集合同步映射
• 2.2.1 加权有向图向设计结构矩阵映射
• 2.2.2 加权有向图向多色集合映射
• 2.3 设计过程重组算法
• 2.3.1 设计结构矩阵分解算法
• 2.3.2 设计结构矩阵撕裂算法
• 2.3.3 设计过程级别划分
• 2.4 设计任务分配与调度方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于概念设计模型的装配工装布局设计技术
• 3.1 飞机装配工装概念设计模型
• 3.1.1 概念设计语义模型
• 3.1.2 概念设计几何模型
• 3.1.3 概念设计装配模型
• 3.2 装配工装布局设计方法
• 3.2.1 装配工装布局设计描述
• 3.2.2 骨架轴位域的分级演进求解
• 3.2.3 人机域求解
• 3.2.4 基于逻辑构件的分级演进求解布局设计算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于知识驱动的装配工装详细设计技术
• 4.1 基于知识约束求解的接头定位器设计
• 4.1.1 设计知识约束的分类与表达
• 4.1.2 知识约束方程组简化与标准化
• 4.1.3 知识约束方程组求解与解的优化
• 4.1.4 基于约束方程组求解的接头定位器设计方法
• 4.2 基于邻接矩阵扩展的外形定位器设计流程导航
• 4.2.1 建模过程有向图及其邻接矩阵表示
• 4.2.2 有向图邻接矩阵的扩展
• 4.2.3 基于有向图邻接矩阵扩展的设计流程导航机制
• 4.3 基于几何与规则混合推理的定位器数字靶标设计
• 4.3.1 基于几何与规则混合推理的设计方法
• 4.3.2 几何推理中的设计特征识别
• 4.3.3 定位器数字靶标产生式规则表示
• 4.4 本章小结
• 第五章 面向飞机结构更改的装配工装变型设计技术
• 5.1 飞机装配工装设计问题描述
• 5.2 基于主几何的逐级关联拷贝算法
• 5.3 飞机装配工装变型设计模型
• 5.4 支持变型设计的装配工装CAD 建模
• 5.4.1 支持变型设计的定位器工作件建模
• 5.4.2 支持变型设计的骨架建模
• 5.4.3 支持变型设计的定位器支撑件建模
• 5.5 本章小结
• 第六章 飞机装配工装智能设计系统实现
• 6.1 系统框架与功能描述
• 6.2 装配工装设计任务规划工具
• 6.3 装配工装概念设计工具集
• 6.3.1 概念设计实例库管理工具
• 6.3.2 装配工装布局设计工具
• 6.4 装配工装详细设计工具集
• 6.4.1 接头定位器约束驱动设计工具
• 6.4.2 外形定位器设计流程导航工具
• 6.4.3 定位器数字靶标混合推理设计工具
• 6.5 装配工装变型设计工具集
• 6.5.1 工装与产品几何相关性设计工具
• 6.5.2 定位器支撑件实例化工具
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 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