基于组合基元法的非理想模型装配偏差预测算法研究

基于模型定义(model-based definition,MBD)体系的装配偏差算法适用于赛博空间中理想数模的装配场景,但不适用于物理空间中非理想状态的装配场景,导致现场产生大量修配工作。针对这一问题,文章模拟真实的装配场景,基于零件的非理想状态,并将配合特征之间的拓扑关系考虑在内,对装配偏差的传递与累积过程展开研究,给出一种装配偏差预测算法。首先,针对孔轴配合与槽轴配合,将装配约束转化为定位点约束,依据最大实体原则,构造柱面点云的最小包围圆,确定接触状态,给出串行装配偏差算法,并将以上两种配合定义为两种基元,对应的装配偏差算法定义为两种独立基元算法。其次,基于平面贴合、孔轴配合与槽轴配合给出并行装配偏差算法,并将其定义为组合基元算法。最后,基于非理想模拟数据进行实例验证,达到了准确预测装配偏差的目标,为后续在赛博空间基于实测数据的装配偏差计算提供理论依据,以促进高精度装配。

数字孪生驱动的转静子装配间隙动态预测与调控

多级转静子装配间隙是影响航空发动机性能和安全的重要因素,传统装配方法难以精确预测和精准控制装配间隙,针对该问题,提出一种数字孪生驱动的转静子装配间隙动态预测与调控方法。在分析转静子装配工艺的基础上,建立了重点体现时变性的转静子装配间隙控制数字孪生模型,通过实测数据驱动服务模型实现装配间隙在线预测和装配工艺动态调控,研究了孪生数据类型与融合迭代过程,构建了实现数据融合迭代的4类服务模型,并通过某压气机装配验证了该方法的可行性与有效性;所表征的转静子装配数字孪生模型在时间维度的演化特性,为实现转静子装配间隙的在线预测与动态调控提供了基础。

基于偏差有向图和D-H方法的产品装配精度预测技术

装配精度预测对于产品装配精度保证具有重要意义。综合产品偏差源和偏差统一模型表达,提出偏差的旋量映射方法;在零件配合、双配合偏差传递分析的基础上,给出装配偏差有向图(Directed deviation graph,DDG)模型,并提出产品装配偏差有向图的构建流程。基于DDG模型,进一步研究用于装配精度累积的最小偏差路及其Dijkstra求解算法。在最小偏差路基础上,针对一维线性方向的装配精度预测,给出刚性零件装配偏差统计量的求解方法;针对多维空间方向的装配精度预测,提出借鉴并联机器人末端位姿计算的D-H(Denavit-hartenberg,D-H)方法,进行刚性零件装配偏差统计量的求解流程。基于装配偏差统计量,进一步给出产品装配精度评价指标,以及产品装配精度预测方法。以某产品的装配为例,介绍装配偏差统计量的求解及其装配精度预测过程。

基于三维模型的航天器装配精度预测方法

针对航天器的装配精度准确预测问题,提出一种基于三维模型的航天器装配精度预测方法。分析了航天器结构的装配连接特点,建立了包括装配体模型、零件模型、结构模型和公差模型四个层次的航天器装配精度信息模型;构建了三维模型坐标系,分析了航天器装配关键节点的公差作用影响以及不同几何坐标系下的装配公差作用转化机理;利用最小偏差传递路径原理搜索得到了航天器的装配公差传递路径,并采用极值法实现了装配精度预测。以航天器的舱段对接和设备安装为例,对所提方法和算法进行了验证。

基于支持向量机的船用柴油机装配质量预测

针对船用柴油机整机装配工序复杂、零部件种类多、多工序并行作业难度大,导致装配质量稳定性与一致性差等问题。基于粒子群-支持向量机建模原理,提出一种船用柴油机装配质量预测方法,以提高船用柴油机装配质量。通过对船用柴油机装配质量特性影响因素分析,结合灰色关联和主成分分析原理,筛选出关键装配质量参数作为支持向量机输入变量,利用粒子群优化算法对支持向量机预测模型关键参数进行优化,并结合实际装配参数,对预测模型进行了验证。结果表明,基于粒子群优化支持向量机的装配质量预测方法能够提高预测精度,缩短预测时间,为装配过程控制和异常诊断提供技术支持。

航空发动机转子装配工艺仿真与预测研究

转子装配是航空发动机装配过程中的关键环节,如果转子装配不当或平衡欠缺会导致误差累积成倍增大,传统的装配性能预测是基于刚性转子的高低点错位匹配的,会造成初始不平衡量,以及转子系统的初弯问题。本文基于转子"装配变形补偿和修正"技术,通过高精度的大数据采集,建立装配仿真与预测方法,确定每级转子组件实际转动中心线的最佳匹配堆叠,在此基础上计算并确定每级盘的最佳装配角度与位置。根据计算出的中心线偏差、双平面偏差和每级盘相对于整个转子总成的实际转动中心线的角度位置来获得每级盘的中心线偏差和角度,最终形成最优化的转子堆叠装配方案和预测结果,能够有效提高装配性能预测精度。

考虑多维误差的复杂装配过程数字孪生建模方法

针对多维误差耦合作用下大型固体火箭发动机等复杂产品装配过程中装配精度难以预测的问题,引入数字孪生概念,揭示制造误差、装配变形与定位误差耦合的装配偏差传递机理,据此提出一种复杂装配过程多维度高保真数字孪生模型构建及其驱动的装配精度在线分析方法。首先,从制造误差和装配变形耦合的角度,提出面向装配精度在线分析的数字孪生框架。其次,研究复杂装配过程数据感知模型、点云几何模型和装配变形机理模型的构建与融合方法,形成复杂装配过程多维度高保真数字孪生模型。在此基础上以装配特征为节点,基于雅可比矩阵和非理想表面模型,通过接入装配现场数据实现复杂装配过程装配精度在线分析与预测。最后,以大型固体火箭发动机喷管智能装配平台为对象,验证所提技术、方法与模型的正确性和有效性。

采用模糊区间分析的柔性航空结构件装配偏差预测

在仅知偏差源区间的条件下,将偏差源分布描述为离散模糊数;基于弹性力学原理,通过有限元仿真分析,建立柔性航空结构件的装配偏差模型;以离散模糊数表达的偏差源作为装配偏差模型的输入,结合模糊区间分析得到装配偏差的模糊分布;通过模拟翼盒骨架装配试验验证建立的装配偏差模型以及提出的装配偏差预测方法的有效性.试验结果表明:基于模糊区间分析的装配偏差分析方法预测的装配偏差区间包含了实测的装配偏差,可解决偏差源信息匮乏时的装配偏差预测问题,并给出了不同置信水平下的装配偏差区间,是传统基于蒙特卡洛模拟(MCS)的装配偏差分析方法的一种补充.

考虑多公差耦合的几何要素误差建模及产品装配精度预测

为了准确有效地实现零件几何要素误差建模,提出了一种基于多公差耦合作用下的几何要素误差建模方法。该方法采用小位移旋量(SDT,small displacement torsor)描述公差,针对平动公差与固定公差耦合建立几何要素误差模型,通过利用约束方程的不合格率p,推导各个误差分量参数的实际的分布规律,建立几何要素误差模型。采用雅可比旋量模型将该方法扩展应用于复杂装配体的装配误差建模中,实现了装配精度的预测。以顶尖尾座装配精度预测为例,验证了该方法的合理性及可行性。

机械装配偏差源及其偏差传递机理分析

产品装配偏差源和偏差传递机理分析,是装配精度预测的前项工作。综合影响装配功能的尺寸和形位精度、装夹定位精度信息,将刚性零件装配的偏差源分为几何位置偏差、几何形状偏差和装配位置偏差三类;进一步建立面向三类偏差源统一表达和评价的多元统计学模型,及其相对装配功能的正负累积性判断方法。基于偏差源统一表达,分析偏差在零件间、零件内两特征间的偏差传递和相互作用,提出偏差传递的三种偏差流;根据装配过程中是否存在装配间隙,将偏差流分为连续流和断续流两种。基于偏差有向图,对三种偏差流和配合偏差流进行表达;并建立面向整个产品偏差传递及装配功能表达的装配偏差有向图模型。结合某航天器装配为例,验证偏差源表达和偏差传递模型的有效性。

复杂机械产品装配过程质量门监控系统与关键技术

为及时甄别出复杂机械产品装配过程中的质量问题,提出一种质量门监控系统。分析了复杂机械产品装配流程及特点,提出装配过程质量门控制方法,并定义了质量门的内涵。研究了装配过程质量主动控制的体系架构,构建了一套使能装配过程质量控制的系统和关键技术,包括质量门资源标识和主动感知技术、质量门监控和数据采集技术、基于分层推理的专家知识系统、基于状态空间模型的装配误差分析技术、动态工序能力分析、基于粒子群优化算法的误差逆传播神经网络的分层装配性能预测、基于机器视觉的防误技术。应用J2EE构架开发了某型发动机的装配过程质量门监控系统,验证了该方法的可行性和有效性。

孔轴配合的精度预测与公差优化设计

以圆柱形孔轴配合的结合面为研究对象,研究了新一代GPS标准体系下多公差项的孔轴配合实际误差模型.以圆柱度为例,结合GPS标准中圆柱面形状误差的评定方法,采用蒙特卡洛法模拟误差的随机性,建立了孔轴圆柱面体外拟合尺寸实际变动区间求解模型,并分析实际误差对配合性质的影响.分析了包括方向公差(或位置公差)在内的三类公差耦合作用下孔轴结合面误差的形成机理,建立了不同配合性质下的圆柱形孔轴结合面的实际误差模型,获得了结合面误差分量的实际变动区间以及实际的配合性质.实现了在设计阶段对孔轴实际装配精度的预测.以实际的孔轴结合面精度与配合性质要求为约束,孔轴加工成本为目标,进行了孔轴零件的公差优化设计.最后以一孔轴配合的装配误差分析与公差优化为例,验证了该方法的可行性与实用性.

变速箱装配质量控制方法研究

为提高变速箱装配质量,保证整机性能满足设计要求,在综合分析变速箱装配工艺和特点的基础上,提出了变速箱装配质量动态控制与预测系统(AQDCFS),并对控制系统的体系结构和功能模型进行了介绍。详细分析了基于公差带的质量数据标准化技术、PSO-BP神经网络技术等关键使能技术。在以上理论的基础上开发了原型系统,并以某变速箱生产车间为应用背景,验证系统的实用性和可靠性。

基于装配约束的偏差传递路径矢量环构建方法

有效构建装配偏差传递路径是实现快速可靠的装配精度预测的基础,为此提出了一种基于装配约束的偏差传递路径矢量环构建方法。首先论述了六种主要的装配约束关系及其自由度;其次定义了基准参考结构、参考路径、装配连接点等参数,以此为基础建立了有装配约束关系的两个零件之间的偏差传递参考路径矢量图;最后根据装配顺序,将偏差传递参考路径矢量首尾相连,形成装配矢量环,并以此为依据构建矢量方程。以某机翼内襟翼摇臂装配体为例,建立了完整的装配偏差传递矢量环和矢量方程。

机械装配偏差源及其偏差传递机理研究

分析和研究机械装配偏差源和偏差传递机理用于机械装配精度的预测,机械装备的偏差源按照装尺寸、形位精度、定位精度等影响装配功能的因素可以大致分为三类,即装配位置偏差、几何位偏差和几何形状偏差,建立偏差源的统一表达形式,分析机械装配中零件之间和零件内部的偏差传递机理以及相互作用,明确机械装配中偏差传递的偏差流类型,偏差流可通过偏差向图来进行表达,通过建立机械装配偏差有向图来表达偏差传递和装配功能之间的关系。本文就机械装配精度预测进行简单的说明,着重介绍了机械装配偏差源及其类型,并对机械装配偏差源偏差的传递机理进行了研究。

飞机装配质量主动实时控制技术研究现状与发展趋势

当前普遍使用的飞机装配质量控制方法实时性较差,常在发生质量问题后才能改正,无法达到高效率高质量飞机装配的要求。针对此问题,分析飞机装配质量主动实时控制的系统化等技术特点,建立了质量问题在装配设计阶段主动发现预防与过程阶段实时反馈调整的技术体系框架。在主动预防方面,对适用于装配质量预测的预测模型进行分析,阐述机理预测建模与数据预测建模的研究现状,并分析二者结合预测的效果与优势。在实时反馈方面,对质量过程控制中控制基础层面的柔性工装与钻铆装备、数字化测量技术,装配分析层面的虚拟装配、质量评价,系统管理层面的质量控制系统、过程质量控制方法等主要方向进行研究论述,分析技术现状与存在问题。在此基础上,指出飞机装配质量控制在多物理量装配、数据融合质量评价、质量控制系统平台应用等方面的发展方向。

基于实测数据的航空发动机转子叶尖装配间隙预测

以多级转静子装配过程为研究对象,基于空间几何变换理论及形位公差理论,提出了一种多级转子叶尖间隙预测方法。具体是将转静子系统分为转子、静子、支承等3个子系统,分别针对子系统建立装配偏差子模型,进一步将各模型进行坐标统一,以配合面的实测偏差数据作为输入量,计算同一轴向位置处的转子叶尖坐标及机匣坐标,从而计算出转子叶尖间隙。试验结果表明,采用所述间隙预测模型,可准确预测转子叶尖间隙,预测最大相对误差为11%,从而为装配质量分析提供了参考依据。

融合实测数据的航空结构件修配量迭代寻优及评价方法

针对航空大型结构件一次装配成功率低、装配偏差难以预测、修配量无法精准预知等问题,提出了一种融合实测数据的修配量迭代寻优及综合评价方法。以提高修配质量为目标,融合装配过程实测数据重构模型,提出了修配方案逐步优化的总体方案,并根据修配工艺要求提出了基于改进粒子群算法的修配仿真优化方法,进行修配仿真与装配精度预测,确保装配精度首先满足要求;根据模糊数学隶属度理论对修配成本、难度等定性因素进行综合量化评价,实现了多组修配方案的最终优化。以某型中央翼盒总装站位的肋缘条位置偏差控制为例,开发修配方案生成软件工具,开展实际装配作业前的精度预测与修配仿真优化工作。现场应用表明:所提方法可精确预测装配误差,事先准确确定修配方案,切实提高装配质量及效率。