数据驱动的飞机智能化装配工艺设计技术

数据驱动的飞机智能化装配工艺设计技术摘要：从飞机制造的各个方面来看，飞机装配是主要的核心和关键技术，在很大程度上决定了飞机的最终质量、制造成本和周期。飞机装配技术的发展也基本遵循工业革命的发展规律，从第一代和第二代飞机的手动装配到第二代和第三代飞机的机械化装配。当前，国外发达国家基本实现了第三和第四代飞机的数字自动装配，正朝着智能化装配的方向迈进。当前我国飞机装配技术正处于全面推进数字化自动化应用的阶段，因此对新一代智能装配技术进行前期研究具有重要意义。关键词：数据驱动；飞机智能化；装配工艺；设计技术引言装配工艺设计是从飞机设计到生产制造的关键环节，智能装配工艺设计是实现从飞机数字化装配到智能化装配的支撑基础，随着设计端向基于MBSE（ModelBasedSystemsEngineering，模型的系统工程）的研发模式、生产制造向适度智能化的方向发展，装配工艺设计需充分利用设计MBD（ModelBasedDefinition，模型定义）模型信息、工艺知识和现场实测数据开展工艺设计及工艺优化工作，使装配工艺设计充分融合于飞机部总装协同脉动生产线智能管控及集成技术体系中，这对实现设计制造数据的交互流通、保障飞机制造可靠性等方面具有极其重要的意义。1飞机智能装配的内涵NIST指出，智能装配侧重于开发和集成传感器、无线网络、机器人、智能控制等智能工具，以满足当今产品多种变化的强烈需求以及后续制造的复杂性。智能装配是通过虚拟现实的方法整合生产过程、人员、设备和信息，可以大大提高生产效率、交货时间和生产灵活性。飞机智能装配是飞机装配过程中零件、装置、机器、设备、物流、人员、系统等的深度集成。按照人体神经系统的高度智能原理，将智能装配系统模型集成到相应的物理信息融合系统中。建立自动化成品单位、装配线/车间、智能检测与监控系统、信息采集与集成、信息处理与决策、知识积累与自适应控制等技术，形成飞机智能装配系统，其特点是成品单位自动化、装配过程数字化、信息传输网络、智能流程控制和精确质量监控，从而实现飞机装配质量的高可靠性和整个生命周期的可追溯性。飞机的智能装配技术包括许多先进技术，如b.飞机设计、智能装配工艺设计、虚拟装配、智能装配制造和执行等。它是一种融合了机械、电子、控制、计算机和人工智能等诸多学科的新的高技术。飞机智能装配技术框架主要包括飞机智能装配支持技术、飞机智能装配关键技术以及飞机智能装配应用系统。其中，飞机智能装配支持技术是指通用的智能制造装配技术，而飞机智能装配的关键技术是飞机智能装配的特殊技术。2飞机智能化装配技术特征飞机装配的第一步是确保装配精度。影响飞机装配精度的主要因素是装配产品的主体、工具和设备的状况、物流和销售以及环境信息。智能飞机装配旨在通过捕获每个影响因素的实时状态并作出准确反应来确保装配精度，从而提高装配质量和效率。智能飞机装配是数字自动装配发展到更高水平的必然结果。它是一种新的高科技技术，融合了数字技术、自动化技术、传感技术和网络技术等许多学科。其技术特点主要包括以下几点。1）智能感知。基于计算机技术、传感器技术、射频识别（RFID）技术和智能传感器技术，结合激光跟踪器和iGPS技术，通过配置各种传感器和无线网络，可以充分认识到现场人员、设备、工具、材料和仪表等各种制造要素，实现装配过程中人员和资源之间的深度网络化，从而确保装配过程中多来源信息的实时、准确和可靠采集。2）实时分析。对装配过程中的制造数据、智能刀具数据和生产环境数据进行实时检测、传输和处理，然后将这些多源分散的装配数据转换为可视数据，可用于精确执行和智能决策。3）独立决策。“智力”是知识和智力的总和，知识是智力的基础，智力是获取和应用知识解决问题的能力。智能装配不仅利用现有的知识库来控制装配行为，而且具有自学的功能，可以在装配过程中不断丰富本体知识库。4）准确实施。采用大数据和云计算实时分析传感器、RFID等采集的装配过程实时数据，然后通过最终驱动智能装配工艺设备实现装配调度自主性的独立决策机制，实现了完全精确的执行。安装过程的准确执行是使安装过程处于最佳效率状态的保证，是实现智能安装的重要实施例。3数据驱动的智能装配工艺设计技术3.1基于MBD的三维模型数据读取和模型轻量化技术研究针对CATIA基于MBD的三维模型数据读取和模型轻量化技术，包括几何信息和标准信息的读取，实现对CATIA模型内装配特征的识别、MBD数据的提取，特别是装配PMI（ProductManufacturingInformation，产品制造信息）数据的完整读取。将CATIA原始设计模型转化为轻量化模型，为大装配模型的快速传输、装配动作定义、装配过程仿真、生产现场可视化呈现提供基础。飞机的装配关系主要包括紧固关系、连接关系、套合关系等等，紧固关系包括物理紧固、弹簧紧固和其它紧固；连接关系包括铆接、螺栓连接等。在对装配模型进行分析时，首先对MBD数模的note节点进行解析，根据孔位信息、制造要求信息等进行匹配识别，识别出紧固关系、连接关系特征，结合零件形状信息和基于BREP（BoundaryRepresentation，边界表示）的装配特征识别技术识别套合关系，为后续装配工艺设计推理提供基础数据。3.2基于知识的三维可视化详细装配工艺设计利用三维设计模型、装配工艺数据建立包括几何信息、约束信息等的装配信息模型，采用可视化方法实现装配路径定义，利用包围盒法等实现装配位置的十涉验证，基于装配工艺知识推理分析获得优化建议。通过装配过程仿真，实现装配顺序、装配干涉碰撞、产品和制造资源的仿真，分析与优化装配顺序，检验工装、工具使用者的可达性、装配空间的开敞性，并基于装配工艺过程数据自动生成装配工艺指令、MBOM（ManufacturingBillofMaterial，制造物料清单）、可视化装配工艺文件等，以指导现场操作人员，实现可视化装配。在详细装配工艺设计中，以推送方式快速获取和引用装配工艺知识库中的工艺知识，包括标准工序、操作方法、工艺参数等内容，高效完成装配工艺的详细定义，包含每个工步的具体描述，同时建立与三维装配过程动画和三维过程模型链接。3.3面向装配的一体化三维设计技术包括知识产品设计、工艺设计、工具设计等，将用户对产品的需求和研发人员的产品设计融入信息生理集成系统的虚拟产品模型，并在产品模块化设计中考虑产品装配过程的分型面。以模型和知识为基础，对产品进行功能性能仿真分析和优化，确保产品的功能性能能够满足用户的要求，使用户能够参与整个过程，降低技术风险。3.4专用智能装配工艺装备的设计制造技术飞机装配不同于其他机械产品的装配，其特点是精度高，结构复杂。装配过程的自动化和智能化必须通过定制的专用智能工艺设备来实现。为了实现装配工艺设备从“数值控制层代”到“智能层代”的发展，有必要赶上自行研制的柔性装配工艺设备的课程。第一，必须充分实现装配过程的机械化和自动化，大量智能机器人或设备被用来代替人们的重复操作。在此基础上，通过为智能装配奠定基础的嵌入式系统实现了系统与设备、设备、设备和人员之间的连接。结束语综上所述，通过对以数据作为支撑和推动手段的智能装配工艺设计技术研究，包括基于MBD的三维模型数据读取和模型轻量化技术、基于知识的三维可视化详细装配工艺设计等进行了详尽的分析和实施规划。为飞机由自动化、数字化装配向智能化装配过渡及转型提供了具体可实施的技术参考，极大推动了飞机智能化装配工艺技术的发展。参考文献姚艳彬，邹方，刘华东.飞机智能装配技术[J].航空制造技术，2020(Z2):57-59.郭洪杰，杜宝瑞,赵建国，张辉.飞机智能化装配关键技术[J].航空