基于MBD技术的复杂装备精度优化分配方法研究

The optimization process in accuracy distribution of complex equipment has the features of multi-data coupling, design process iteration, etc. Traditional method is hard to efficiently complete the work mainly because the coupling relationship and accuracy distribution plan are established with artificial experience so that it is difficult to guarantee the reliability of precision design results and there is no theoretical basis for design process. With the achievement of our preliminary study on unified product information modeling theory and techniques, the specific objective of optimization in accuracy distribution for high precision CNC grinder is proposed and the research on optimization in accuracy distribution of complex equipment with MBD is conducted. It includes MBD-supported unified product information modeling theory, error modeling method for complex equipment, reliability-oriented optimization in accuracy distribution of complex equipment, software implementation techniques of optimization in accuracy distribution of complex equipment, etc. scientific problems focused on solving include MBD-supported unified product information modeling theory and implementation techniques, the mathematical model on GD&T information coupled relationship, the model on the mapping relationship between complex equipment assembly constraints and geometric characteristics, the model on the mapping relationship among error characteristics in GD&T information and error propagation model, etc. The application has important theoretical significance and outstanding value.

复杂装备精度优化分配过程具有多数据耦合、设计过程迭代等特点。采用传统方法难以高效的完成此项工作，主要表现为设计数据间的耦合关系及精度分配方案凭借人工经验建立，以至于精度设计结果的可靠性难以保证，设计过程缺乏理论依据。以申请者前期研究取得的统一产品信息建模理论和实现技术等成果为基础，提出针对高精度数控磨床精度优化分配具体目标，研究基于MBD技术的复杂装备精度优化分配方法。包括支持MBD技术的统一产品信息建模理论、复杂装备综合误差建模方法、面向可靠性的复杂装备精度优化分配方法、复杂装备精度优化分配软件实现技术研究等。重点解决的科学问题包括支持MBD技术的统一产品信息模型理论与实现技术、GD&T信息耦合关系的数学模型的建立、复杂装备装配约束与几何特征映射关系模型的建立、GD&T信息与综合误差传递模型中误差特征之间映射关系模型的建立等。申请项目的研究具有重要的理论意义和突出的应用价值。

复杂装备精度优化分配过程具有多数据耦合、设计过程迭代等特点。采用传统方法难以高效的完成此项工作，主要表现为设计数据间的耦合关系及精度分配方案凭借人工经验建立，以至于精度设计结果的可靠性难以保证，设计过程缺乏理论依据。以申请者前期研究取得的统一产品信息建模理论和实现技术等成果为基础，提出针对高精度数控磨床精度优化分配具体目标，研究基于MBD技术的复杂装备精度优化分配方法。包括支持MBD技术的统一产品信息建模理论、复杂装备综合误差建模方法、面向可靠性的复杂装备精度优化分配方法、复杂装备精度优化分配软件实现技术研究等。重点解决的科学问题包括支持MBD技术的统一产品信息模型理论与实现技术、GD&T信息耦合关系的数学模型的建立、复杂装备装配约束与几何特征映射关系模型的建立、GD&T信息与综合误差传递模型中误差特征之间映射关系模型的建立等。申请项目的研究具有重要的理论意义和突出的应用价值。.我们针对复杂装备的误差形成、误差累积传递机理、误差传递路径的搜索、可靠性分析等展开了一系列研究。项目结合了蒙特卡洛法与响应面法在建模上的优点，构建了几何要素的实际误差与公差间的显式函数关系。根据多色集合理论在关系描述与问题建模上的优点以及装配误差问题求解的需要，改进了多色集合矩阵的取值空间，提出了结合面符号（JSS，Joint Surface Symbols）矩阵，在此基础上给出了搜索装配体主导误差传递路径的方法。基于多体运动学理论建立了复杂装备的整体误差模型，并采用精度可靠度作为评判复杂装备精度性能的依据，给出了装配精度可靠度的求解方法。该方法在设计阶段就可以对装配精度进行预测，用于公差优化分配和热误差补偿，为装配工艺设计与装配精度控制提供指导，是一种提高产品的装配成功率、整体精度和加工经济性的有效方法。