大型飞机数字化装配体系构建及对接协调精度保障技术研究

大型飞机数字化装配技术研究是我国大飞机研制及后续批生产的战略急需，本项目选择数字化装配体系构建、装配精度保障技术、容差分配策略等数字化装配的核心科学问题进行研究，以理论分析和计算为基础，辅以仿真分析和试验验证，使研究成果具有真正的工程应用价值。通过对飞机数学模型引入机制的研究，建立数字量装配基准；通过数字量装配精度场的建立，构建统一的装配坐标系，作为数字化装配的基础；通过对数字量传递和协调算法的研究，实现对机身姿态评价及机身姿态调整对定位器路径的映射；通过对工艺过程数据的后续分析，优化装配工艺，最终构建完备的数字化装配体系。以数字化模型温度变形补偿技术和定位器空间定位精度误差补偿技术为切入点，进行数字化装配的精度保障技术研究。在此基础上，通过对数字化装配工艺过程及仪器设备精度分析的基础上，建立由对接协调精度容差反解各关键工艺环节容差的工艺策略。

项目紧密结合国家重大战略需求，围绕大型飞机数字化装配问题展开研究，重点关注于数字化装配体系构建、装配精度保障以及数字化装配过程容差分配等关键技术，主要研究成果有：①、从数字量基准确立、装配精度场建立、装配位姿评价与调整等方面展开研究，建立了一套适用于飞机调姿、定位的数字化装配体系。提出一种以基准测量点、协调测量点、定位测量点和轮廓测量点等关键特性点名义数据为数字量传递源的产品数模引入方法，确立数字化装配基准；根据空间包容性原则和数量冗余性原则，给出一种基于激光跟踪仪的数字化测量精度场建立方法，实现对装配系统数控装备与装配对象的坐标系统一；提出一种基于对称性、平面度等工程约束的关键特性点匹配优化模型，根据实测坐标与名义坐标，利用牛顿非线性最优化方法求解部件在装配坐标系下的最佳姿态；根据刚体不变性假设，研究飞机部件调姿路径规划方法，以数控定位器行程及调姿动力学特性为约束插值生成部件调姿路径，并基于PID控制策略对数控定位器组进行多轴协同运动控制，实现飞机部件的姿态调整和装配协调。②、准确定位是保证飞机装配质量和品质的重要技术环节，项目从精确入位、定位器定位误差模型和装配偏差协调三个方面展开研究。提出一种基于力-位移多信息融合的主动入位机构和自适应控制方法，单轴入位精度可控制在0.05mm以内，实现无应力或少许应力入位，保证部件入位精度；针对大型飞机重载支撑的特点，设计了一种高精度重载三坐标数控定位器，利用有限元方法分析并计算定位器各部件在支撑状态下的变形和刚度参数，建立了重载三坐标定位器的空间定位误差模型，保证部件调姿定位的精度；提出一种基于三维热变形补偿的飞机大部件装配偏差分配方法，以物体温度变形理论修正关键特性点名义数据，以装配误差综合评价指标最小为目标，以关键特性点三维容差为约束，建立飞机大部件关键特性点误差分配优化模型，实现对飞机姿态的协调评价，有效地抑制了热变形对装配偏差评价的影响。③、从工程角度出发对飞机数字化调姿对接过程中检测设备和执行设备的准确度进行分析，识别影响装配误差的关键因素，给出数字化调姿对接过程容差分配方案。④、研究数字化调姿定位装配的核心工艺流程，制定标准化流程规范，建立装配任务管理模型，融合飞机数字化装配核心技术，设计并开发装配数据库和数字化装配工艺集成管理系统，利用网络通讯及数据集成技术，实现基于任务驱动管理的飞机数字化装配系统集成。