基于孔特征约束的飞机部件位姿优化方法

为了实现飞机大部件的最佳位姿装配、保证装配精度,提出一种基于制造准确度与对接深孔协调准确度的大部件位姿优化算法。以制造特征点的三维相对偏差和协调深孔的位置相对偏差的加权组合为变量,建立部件装配误差评价目标函数;以最小的装配误差为优化目标,将装配过程中对应对接深孔之间轴线的相对偏差为约束条件,建立飞机大部件数字化装配姿态评价的最优化数学模型。对于模型的求解,以奇异值分解算法计算结果作为初值,采用Lagrange法结合粒子群算法进行求解,得到部件的最优位姿,使部件在满足制造准确度的同时对接深孔孔轴方向的偏差最小,满足装配的要求。通过在飞机数字化装配中的运用并与奇异值分解算法进行比较,验证了该算法的有效性。     

飞机装配准确度快速评价方法及典型应用

飞机大部件数字化对接中的装配准确度是指部件气动力外形准确度、部件内部组合件及零件的位置准确度和部件间相对位置的准确度。数字化测量模型的构建及数据的准确分析为装配准确度的评价提供了高效、可靠的新方法。在数字化测量环境下,通过构建飞机测量模型,将飞机装配相对位置准确度评价转化为计算飞机装配特征点之间的相对位置关系,从而实现孔、槽、型面、边缘等相对位置准确度关系评价。同时,基于工程实际对该方法的应用进行了分析。     

飞机部件精准对接技术研究

为提高飞机部件对接的装配质量,针对部件对接的主要问题,提出了应用测量辅助装配法来提高装配准确度并基于该工艺方法的测量、定位基准体系,分析飞机部件精准对接系统的主要组成和工艺过程。归纳阐述了部件精准对接系统的技术要点：部件最佳对接位置的分析方法、大部件空间姿态调整方法。     

基于关键特征的飞机大部件对接位姿调整技术

为实现飞机大部件姿态的自动调整,必须先获得大部件的空间姿态表达,进而确定具有6个自由度的调整向量.为此,针对大部件外形面装配误差累积,采用以大部件外形面测量点作为对接基准点进行姿态拟合的传统对接方法难以获得正确对接位置的问题,提出基于关键特征的大部件对接位姿调整方法.该方法首先确定对接大部件的关键特征,获得大部件的对接向量,然后通过优化协调尺寸误差分配建立满足装配质量要求的最优对接矩阵,确定对接过程中的大部件位姿,以提高对接精度与效率.通过在飞机平垂尾对接中的运用,并与一般位姿计算方法比较,验证了该方法的有效性.     

飞机大部件自动化对接集成系统关键技术研究

为提高飞机总装部件对接的装配效率和装配质量,针对飞机部件自动化对接装配集成系统的特点和结构,重点研究了实现自动化对接的3项关键技术:柔性定位技术、虚拟装配技术和最佳匹配技术.并针对技术难点,提出了相应的解决方法.     

基于BP-AdaBoost算法的复杂产品装配制造成熟度等级评估方法

现有复杂产品装配制造成熟度等级评估依赖专家凭经验确定指标权重和指标评分，存在主观性较强、工作量大、耗时长、无法传承评价实例所蕴含的知识等问题。为了提高复杂产品装配制造成熟度等级评估的效率以及客观性，利用成熟度等级评价实例数据，研究基于BP人工神经网络和AdaBoost算法的制造成熟度等级评估方法。构建复杂产品装配制造成熟度评价指标体系，给出基于模糊评价法和隶属函数的评价指标及成熟度等级达成度量化方法，建立基于BP神经网络的复杂产品装配制造成熟度等级评估模型，并使用AdaBoost算法优化成熟度等级评估BP神经网络模型。采用复杂产品分系统装配制造成熟度评价数据集对评估模型进行训练和实验，分析BP-AdaBoost的评估结果，获得最优评价模型。实验结果表明，基于BP-AdaBoost算法的复杂产品装配制造成熟度等级评估方法具有较好的可靠性与准确度。     

飞机自动化对接中装配准确度的小样本分析

为实现装配质最信息的及时反馈,提出了某飞机大部件自动对接系统的装配准确度分析方法.利用激光跟踪仪的测量数据,实现了装配准确度的小样本数据挖掘.通过单测点单约束的超差、相对偏差和偏差方向分析,给出了各统计特征参数的计算方法.在层次分析法配置权重的基础上,导出了装配准确度的评价模型,以此反映对接装配质量.基于主成分分析的特异样本判别方法和正态假设下偏差的显著性校验方法,实现了装配准确度的校验.应用实例的结果表明,该方法能够从历史数据得到统计推断性结论,目标是改进装配工艺,指导容差分配,形成装配知识,提高飞机装配的准确度.     

基于距离加权误差的曲面体位姿调整优化算法

针对大型曲面体装配对接中存在的误差优化,研究了位姿调整中控制点匹配问题和测量误差最小化算法。提出了一种由对接基准面位置决定的距离加权误差计算新模型,研究不同的位姿控制点与基准面的位置关系对制造误差的权重赋值,并对控制点的理论坐标进行预处理,用非线性最小二乘法和高斯—牛顿迭代法求解坐标系转换的七参数最优解。通过实验验证,相比预处理前,该算法有效提高了对接准确度,为机床定位器调姿提供了一种新方法。     

飞机自动化对接装配系统的故障维修决策

为保证飞机大部件自动化对接装配的安全性、可靠性和经济性,提出了面向装配系统现场设备的故障维修策略。在分析维修目标的基础上,构建了维修决策的数据模型。通过层次分析法、残缺判断矩阵处理机制和相容矩阵分析法,实现了设备故障实例各准则和指标权重的合理配置。基于数据标准化技术,由失效模式与影响分析故障描述,导出了故障风险度的评价模型。针对不同类别设备可靠性设计的差异性,引入综合维修模式,采用灰色聚类实现维修决策。该决策已应用在飞机大部件自动化对接装配系统中,提高了系统稳定性,降低了设备故障风险,同时控制了维修费用,并形成了维修策略知识库。     

基于某型机大部件数字化对接技术的研究及应用

飞机装配在飞机制造过程中占有重要的地位,大部件对接的质量对飞机的最终质量和周期有很大程度的影响,传统的飞机多应用刚性工装对接大部件,该方法对接精度较低,数字化对接技术的成熟可以提高部件的对接精度,缩短部件的对接时间。本文以某型机机身上下半部及客舱地板的对接为对象,从部件对接系统初始位置的设定、测量环境的构建、柔性机构的调姿、部件位置的跟踪测量、部件自动对接等方面进行研究,对飞机大部件数字化对接系统的功能和组成进行了介绍。     

基于田口质量观的机械产品选配方法

为减少选配后的机械产品由于功能波动而造成的损失,将田口博士提出的质量损失函数运用到机械产品选配活动中。分析Artiles多变量损失函数的局限性,提出基于信噪比(sNR)的多元质量特性损失函数来定量表达零部件多个质量特性的损失权重及损失成本,以及把配合偏差的质量损失函数作为衡量配合精度的有效指标。在综合考虑机械产品多处配合精度与各零部件多元质量特性下,利用整数规划思想,建立面向选配的产品质量损失成本模型(P-QLC),在保证产品质量损失成本最小化的情况下,达到最优选配组合的目的。实例验证该方法的有效性。     

云制造下设计任务与知识资源双边匹配方法

设计任务与知识资源的匹配大多是以业务流程为基础的单向匹配,为解决研发设计任务与知识资源之间的双边匹配问题,提出面向云制造模式的研发设计任务与知识资源双边匹配总体框架,该框架包括双边匹配满意度评价指标体系构建、多指标满意度评价信息处理和多目标双边匹配决策模型构建与求解等关键步骤。以卫星产品研制工艺知识为例,验证了所提方法在解决设计任务和知识资源双边匹配,以及提升产品设计任务执行效率与质量方面的有效性。     

基于人因仿真分析的装配序列评价模型及应用

为减少装配作业疲劳,降低动作强度,提高装配质量和效率,提出了一种基于人因工程仿真分析的装配序列综合评价模型。以装配序列的人因性能优劣为目标,创建了包含定量与定性指标在内的综合评价指标体系;提出了装配序列人因工程仿真分析模型,通过虚拟仿真技术与人因分析方法获取人因性能的基础指标属性值。采用客观自适应熵权法和改进模糊层次分析法分别确定各定量指标和定性指标的权重,利用三角模糊数定量化定性评价值,基于Topsis框架得到适合人体作业的最优装配序列。最后结合Tecnomatix数字化仿真平台将该评价模型应用于某航天产品减速器可行装配序列的优选,验证了方法的有效性。     

Virtual assembly planning and assembly-oriented quantitative evaluation of product assemblability

Assembly motion navigation and assemblability evaluation play key roles in assembly design, assembly operation analysis, and assembly planning. The accurate positioning of parts and realistic simulation of the assembly process are the premise of the evaluation and optimization of product design. The product assemblability evaluation is needed during the initial design stage in order to identify potential assembly problems. This paper presents a motion navigation method based on force guidance, which achieves a realistic simulation of the assembly process. A novel approach to assemblability and assembly sequence analysis and evaluation is developed. The calculation methods of assembly force, contact force, and assembly torque under the influences of part properties, visual, and human factors etc. are given. Quantitative evaluation of component assemblability (CA) according to the assembly time and assembly trial times is developed. Then, from an overall perspective, a product assemblability (PA) evaluation system is established on the basis of assemblability of each component and the assembly sequence is optimized according to the PA evaluation results. This algorithm has been applied to a self-developed desktop virtual assembly prototype system. An example is illustrated, and the results prove that this algorithm provides a realistic and accurate assembly motion navigation in virtual space and gives a correct and appropriate quantitative evaluation of the product assemblability.     

Optimal control of inventory accumulation in selective assembly processes

Assembly is a type of production process in which a number of components are combined to yield a final product. Although the concept of interchangeable parts has long been known as the fundamental principle of assembly processes, randomly picking some bulked components with dimensions varying in predefined tolerances may not be a valid approach to obtain special final products with considerably tighter tolerances. Therefore, each of the components needs to be measured and classified into dimensional groups in advance so that quality products can be obtained by matching components from suitable groups. This assembly scheme is called as “selective assembly.” In this work, we consider an assembly case with a pair of components in which one is manufactured on a given number of parallel processes whose settings can be changed to affect the dimensional distribution of the yield while the other component with a slightly bigger tolerance is manufactured on a single process with constant settings. In order to minimize the number of components which could not have been matched with their counterparts, we develop a nonlinear mathematical model to determine the optimal machine settings corresponding to the nominal mean of the component dimension which follows a normal distribution when it is machined. The solution of the mathematical model not only provides the individual settings for the parallel processes producing the same type of component but also the optimal batch sizes at each trial. We have finally used a simulation model of the whole production system, in order to prove that the solution of the mathematical model is able to provide the machine settings which minimize the number of unmatched parts at each trial.     

视觉与力觉结合的卫星部件机器人装配

针对卫星特殊部件的装配需求,为了使机器人具有适用不同工况的柔性并在卫星多变的装配工况中获得较高的应用效率,本文研究视觉引导与力反馈控制下的机器人装配技术,给出一种视觉与力觉结合的机器人装配方案:在装配孔位安装辅助销钉,通过视觉引导将部件引导至销钉的锥面导向范围内,而后在销钉导向下对机器人采用力反馈控制,实现工件的准确装配到位。采用红外相机结合合作靶标的方式实现稳定地视觉识别与目标定位,设计了探针式测量工具,并给出测量方法,实现了目标点位的柔性便捷测量。给出了一种已知空间对应点对条件下,求位姿变换矩阵及机器人目标位姿的计算方法。采用力/位混合控制方法实现柔顺销钉导向控制。实验结果表明:装配对应孔位的测量匹配误差在2.9 mm以内,机器人在视觉引导下,可以将工件运送至销钉的导向范围内,并在销钉导向及力反馈控制下将工件准确装配到位,力控制阈值为30 N。证明了本文所采用的技术可以满足卫星部件装配的工程实施要求。     

基于激光测距的大部件对接方法及误差分析

针对基于大尺寸测量引导的大部件对接模式成本较高,且精度易受温度等环境因素干扰,提出一种新型的基于激光测距的大部件对接方法,并对其误差因素进行综合分析。给出基于激光测距的对接系统组成及基本原理,采用奇异值分解法对部件当前位姿进行解算,运用几何分析法和小旋量模型构建基于激光测距的大部件对接目标位姿解算模型,依据调姿平台运动学计算各定位器调姿运动量。考虑方法及系统的主要误差来源,采用蒙特卡洛仿真方法分析了误差源对调姿量精度的影响规律。采用大部件对接实验系统对所提方法的有效性及精度进行验证,表明实际对接精度优于0.05 mm。     

A value-based maintenance optimization method for failure prevention based on reliability modeling of a hybrid assembly system

The effective maintenance policy for the fixtures of the assembly system will guarantee good process capability and product quality to a great extent. Traditional maintenance schedules for the assembly system, such as a constant reliability index as the maintenance trigger, are always based on the fixed maintenance threshold in engineering practice. It always results in down time of the process, unqualified products or the excessive maintenance costs. The aim of this paper is to present a method to optimize the maintenance schedules for a serial-parallel hybrid assembly system. Based on the production chain definition of the hybrid system, a reliability evaluation method by integrating the process performance of the hybrid assembly system and product qualities is proposed. On the basis of the reliability method, a value-based preventive maintenance optimization policy for the fixture components is presented to prevent system failures. Compared with the traditional reliability threshold method for maintenance, the proposed maintenance method generates more value on the premise that the system status and product quality are guaranteed. A case study is used to illustrate the proposed method and validate the effectiveness and advantages.     

基于熵权与模糊集的产品可装配性综合评价方法

将产品的可装配性评价指标分成产品级、装配暖和零件级3层；从信息论的观点出发，利用指标评价值的变异程度来获取各评价指标的熵权，形成基于熵权与模糊集的综合评价方法，对产品的可装配性进行评价。评价方法不仅能给出最优评价结果，还能提供各评价指标的客观熵权，设计者可以据此有针对性地进行设计修改，从而达到提高零件、装配体直至整个产品可装配性的目标。最后以实例验证说明该方法是一个合理可行且具有工程实际意义的方法。     

基于数字孪生的航天器装配质量监控与预测技术

鉴于航天器装配过程中不确定因素多,无法准确有效地预测和评估航天器的实际性能,装配过程中因进行大量复杂的性能试验来验证产品性能指标的符合性而极大影响了装配效率,提出一种基于数字孪生的航天器装配质量在线监控与预测方法。分析了航天器装配执行层面总体流程的特点,在此基础上给出面向航天器装配质量的数字孪生建模方法,以及面向数字孪生构建的产品监控与数据管理方法,最后提出一种基于灰度关联的装配过程质量综合预测方法,可用于航天器装配质量预测。以空间站某泵组件产品为实例,验证了所提方法的正确性。