民机机身壁板结构装配偏差的数字化协调方法研究

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1、学校代码：10248学号：0020602053上海交通大学博士学位论文民机机身壁板结构装配偏差的数字化协调方法研究研究生：陈伟导师：林忠钦教授金隼教授学科：机械工程专业：车辆工程上海交通大学机械与动力工程学院二零一四年四月万方数据万方数据UniversityCode:10248StudentNo:0020602053AdissertationsubmittedforthedegreeofDoctorofEngineeringScienceRESEARCHOFDIGITALCOORDINATEDAPPROACHTOTHECIVILAIRCRAFTFUSELAG

2、EPANELASSEMBLYPROCESSDESIGNCandidate:ChenWeiTutor:Prof.LinZhongqinProf.JinSunSubject:MechanicalEngineeringMajor:VehicleEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityApril,2014万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据摘要民机机身壁板结构装配偏差的数字化协调方法研究摘要大型民机自主研制是我国建设创新型国家的标志性重大任务，技术难度高、研制任务

3、艰巨。壁板结构组件是大型民机机身的主要承载件，其装配精度对于飞机结构强度、可靠性、空气动力性能等设计指标有重要影响。壁板结构装配工艺开发的首要任务是确定合理的协调方案，如协调路线、定位基准、控制特性、容差分配等，以保障装配后关键尺寸的准确度。由于壁板结构组件装配零件数量众多、约束关系复杂、偏差传递与协调困难，其协调方案主要沿袭成熟机型案例和工程经验积累，并在工程试制阶段进行反复修正。为了缩短研制周期、提高装配精度和降低制造风险，波音、空客等航空制造企业自上个世纪80年代开始逐步采用三维数字化协调技术，取得了显著效益；而我国航空制造业尚未脱离传统以实物标工为主

4、的机身装配偏差协调方法，难以适应大型民机自主开发和国际航空工业激烈竞争的需求。针对机身壁板结构装配协调的难题，根据我国民机设计与制造的特点，结合多年企业工程实践，研究了机身装配工艺流程与协调路线、协调方案多属性有向图表达、装配工艺数字化协调等理论方法，构建机身壁板结构装配数字化协调的理论体系、方法和软件工具，在我国大型民机自主研制机型的典型装配工艺开发中进行工程应用，形成相关设计与制造技术规范。本文的主要研究工作与创新如下：1.总结归纳民机机身装配的主要工艺流程、尺寸质量控制规范和准确度协调方法。通过机身典型结构装配协调过程分析，总结了影响装配偏差的主要因素

5、，如协调路线、基准传递、典型协调方式等。将影响装配协调准确度的工艺特征归类为三类：定位基准、几何公差与测量特性，以支撑协调方案中各类工艺信息的规范化表达。最后重点研究了机身壁板组件装配过程中基准设计类型及其对装配协调方案的影响。2.提出基于多属性有向图的机身壁板结构装配协调方案的数学表达方法，将相关装配单元的设计功能需求转化为有向图结点对应的连接关系；再通过定位基准、几何公差、测量特性等工艺特征要素的三类数据集定义，构造了综合表达装配关系、协调顺序及关键工艺特征信息的多属性有向图模型，实现对机身装配协调方案的数学表达；进一步将装配协调方案转化为图-矩阵映射形

6、式，研究了协调顺序规划方法，为协调方案数字化设计提供了理论基础。I万方数据上海交通大学博士学位论文3.开发了机身壁板装配偏差分析软件AVA-A，以某型号机身产品的壁板组件为例进行计算分析验证。通过壁板组件装配质量要求与零部件制造工艺特征分析，构建了壁板组件装配协调的多属性有向图模型，获得了考虑不同基准设计的各种可行协调方案。再通过AVA-A计算装配协调准确度，根据壁板组件装配质量的多目标综合需求，进行了协调方案的选优；最后将仿真分析与工程测量数据结果进行了比对，验证了本文研究方法的有效性。4.以某民机机型的机身等直段部装和对接装配为对象，开展了大部段壁板结构

7、装配协调方案的数字化动态调试。构建面向机身装配制造的工艺分离面、装配单元、定位基准及偏差预测的成套分析方法，开发了装配工艺约束及其关键质量特征的综合测量方案；通过构建中机身舱段大部件装配协调的多属性有向图模型，获得定位基准-公差分配不同组合的可行协调方案；进一步对可行协调方案进行装配偏预测，实现协调方案的数字化调试与优选，并形成了相应设计与制造规范。本文将机身装配准确度协调问题与装配关联有向图理论相结合，构建了机身壁板结构装配偏差的数字化协调方案设计与优化方法，在自主研制民机机身壁板装配与舱段对接等工艺开发中得到了成功应用，形成了相应工艺设计与制造技术规范，

8、对提高我国民机机身装配质量、缩短研制周期、提高数字化