面向飞机装配精准定位的状态感知技术

状态感知、实时分析、自主决策、精准执行是航空智能制造的特征。总结影响飞机部件装配单元定位精度的多种因素,并结合感知技术发展,深入分析部件装配单元的可感知因素及其获取方式,确定了部件装配单元可感知的关键要素:装配现场温度、定位器所受载荷、定位器位移、产品位姿。结合飞机机翼装配单元,设计感知信息获取方式。通过模糊优选方法,构建传感器型号优选模型,完成部件装配单元传感器选型。通过传感器测量偏差平均化的方法,构建多种类、多数量的传感器布局模型,确定部件装配单元传感器的数目与位置,完成了传感器布局设计。基于多传感器信息融合方法,设计多传感器信息融合模型,对感知的多源异构信息进行融合处理,并通过构建状态感知模型,实现对部件装配单元定位状态的直观表达。     

飞机框式部件柔性装配型架的研究

飞机框式部件柔性装配是实现飞机柔性装配的关键性技术之一,是数字化技术贯穿于飞机装配的全过程。通过对飞机框式部件的工艺及装配型架制造过程的分析,结合飞机数字化制造技术和自动化技术,提出了飞机框式部件柔性装配型架的设计方法。利用孔定位的方式,确定了飞机框上零件的定位分布位置及柔性布局,为飞机框式部件装配提供了柔性化、自动化和敏捷化的制造思路。     

飞机智能装配单元构建技术研究

智能装配单元是实现飞机智能装配的基本生产单元,可以有效提高飞机装配质量。结合智能制造的理念,提出了飞机智能装配单元的组成和内涵;研究了飞机智能装配过程中实现状态感知、实时分析、自主决策、精准执行的关键技术;并构建了面向飞机壁板组件的智能装配单元。     

大型飞机机身调姿与对接试验系统

为实现飞机大部件装配过程的数字化、自动化和柔性化,研制了大型飞机机身调姿与对接试验系统.阐述了该系统的工作原理,通过激光跟踪仪测量试验机身上的检测点,集成管理系统计算试验机身的位姿,控制系统驱动多个三坐标数控定位器协同运动,实现试验机身的调姿与对接.建立了位姿调整机构的运动学模型,针对构建的硬件平台完成了包括集成管理系...     

飞机装配中柔性工装定位单元位姿的实时获取方法

在某些飞机部件装配过程中,柔性工装定位单元(简称工装单元)是由一个并联机构组成的,并联机构动平台的位姿决定了飞机部件的位姿,因此实时得到工装单元的动平台位姿的目的是实时计算其各个机构杆长与目标的差距,指导工装单元快速调整到装配所需的目标位姿,从而使飞机部件达到目标位姿。提出了一种通过激光跟踪仪与跟踪仪的STS六维传感器配件(简称6D设备)配合,实时获取工装单元动平台位姿的方法。对工装单元与6D设备配合工作的原理进行研究,通过软件接口获得6D设备的位姿,通过数学计算得到6D设备的位姿矩阵和工装单元动平台位姿矩阵。设计了试验方案并通过试验验证了算法的正确性。     

基于模块服役状态的盒式连接可重构型架稳定性评估方法

盒式连接可重构型架的稳定性对飞机部件的装配质量有着重要影响。为了解决当前稳定性评估方法在实施成本及有效性上的不足,从型架模块化特征出发提出基于模块服役状态的盒式连接可重构型架稳定性评估方法。首先,分析了盒式连接可重构型架服役过程,指出该过程是由作业期与空置期交替组合而成,并给出了服役稳定性及服役稳定度定义;然后,构建了基于型架关键测量特性的服役状态评价模型,实现了盒式连接可重构型架服役状态退化过程的描述及利用实测数据的空置期服役状态评估;同时,针对作业期内难以甚至无法获取测量数据的问题,提出基于多源稳定性影响因素分析并利用稳定性熵来表征服役状态退化程度的策略;最终融合空置期与作业期的评估结果构建了型架稳定性综合评价模型,相比传统的定检方法能够更简捷、有效地完成某一时间段内型架服役稳定性评估。最后,以某型垂尾盒式连接可重构装配型架后梁定位器模块为实验对象,验证了所提出方法的有效性。     

柔性薄壁大部件数字化装配调姿算法研究

采用定位器托架混合调姿定位平台,提出了一种飞机薄壁柔性大部件数字化调姿方法。首先,采用奇异值分解法(SVD)计算机翼位姿,通过运动学逆解得到定位器各轴的运动状态。其次,根据飞机大部件易变形的特点,提出了一种消除位姿计算误差的建立飞机部件坐标系的方法,实现快速高精度调姿。最后,将该方法应用于飞机机翼的调姿,经测量调姿精度满足装配要求。     

飞机装配进度三维可视化技术研究

为了将飞机装配进度以一种直观、可视化的方式展现出来,提出用三维简化模型展示飞机装配进度的方法.首先研究了三维设计模型的简化方法;其次将生产信息与三维简化模型关联起来,建立了飞机装配进度信息模型;再次研究了在信息模型支持下的组件装配状态信息提取技术;最后通过某飞机制造企业的应用实例,验证了方法的可行性和有效性.     

飞机部件柔性装配技术应用及工艺设计

随着飞机产品种类的不断丰富以及客户需求的变化,传统的"硬性"飞机部件装配方式已越来越不能适应新机多品种、小批量的研制、生产需求.选用适当的柔性装配技术,进行适应性强的装配工艺设计,可以大大减少研制成本、加快研制进度,以适应多品种、多状态飞机的研制.     

部件自动对接过程中的运动规划及精度控制

本文针对飞机大部件自动对接的装配过程,建立了部件运动的数学模型,完成了部件的运动规划,并将其转换为定位器的运动。同时,分析了实际过程中误差产生的原因,并提出相应的补偿方法。该方法已应用于某型号飞机的对接装配中,结果表明,该补偿方法能够非常有效地提高对接精度。     

飞机装配型架接头定位器的自动设计

接头定位器是现代飞机装配型架上最为常用的定位元件。为了简化接头定位器的设计过程,提高设计质量和效率,在FixCAD系统研制的基础上提出并开展了接头定位器自动设计技术的研究和开发。内容包括:(1)在分析接头定位器结构及其设计特点的基础上,提出并建立接头定位器的结构模型和设计模型;(2)研究接头定位器设计的知识和经验细节,建立可计算的推理原则和参数关系式;(3)基于接头定位器的结构模型、设计模型和设计知识,构建接头定位器的自动设计算法,以及应用该算法开发"典型接头定位器自动设计"模块。     

一种无公共基准点的飞机水平调整方法

针对当前飞机数字化水平调整中广泛采用公共基准点建立全局坐标系,基准点维护频繁、成本高等问题,提出一种新的无公共基准点的飞机水平调整方法。构建了无公共基准点的水平坐标系数学模型,通过高精度可移动式双轴倾角传感器及其安装底座建立水平坐标系,以此为基准,进行飞机水平姿态的解算,然后由数控定位器协同运动实现飞机水平状态的调整。构建了飞机水平调整试验系统,并在某型飞机装配现场进行了应用试验。结果表明试验系统的水平调整精度优于0.4mm,建立的水平坐标系可为整个调整过程提供准确的调整基准,该方法可有效完成飞机水平调整过程,提高了测量、调整的效率和精度。     

基于MBSE的飞机大部件智能装配能力建设方法

飞机大部件智能装配能力建设涉及领域多、范围广,多学科、多专业交叉融合特点显著,是一项复杂的系统工程。近年来,飞机智能装配能力建设已实现相当程度的单点技术突破与应用,但并未达到全局最优,亟需采用科学的方法对智能装配体系能力建设进行整体规划与全局优化。提出采用基于模型的系统工程(Model-Based Systems Engineering,MBSE),科学开展飞机大部件智能装配体系能力建设的方法研究,逐级明确、细化智能装配能力建设需求与技术方案,构建相对应的数字模型并采用仿真技术进行不断验证、迭代优化,最终实现智能装配能力效能的最大化。     

基于MBSE的飞机大部件智能装配能力建设方法

飞机大部件智能装配能力建设涉及领域多、范围广,多学科、多专业交叉融合特点显著,是一项复杂的系统工程。近年来,飞机智能装配能力建设已实现相当程度的单点技术突破与应用,但并未达到全局最优,亟需采用科学的方法对智能装配体系能力建设进行整体规划与全局优化。提出采用基于模型的系统工程(Model-Based Systems Engineering,MBSE),科学开展飞机大部件智能装配体系能力建设的方法研究,逐级明确、细化智能装配能力建设需求与技术方案,构建相对应的数字模型并采用仿真技术进行不断验证、迭代优化,最终实现智能装配能力效能的最大化。     

基于数字孪生的飞机型架可视化装配工艺设计

装配型架是飞机机翼、机身等部件装配普遍采用的装配工艺装备,具有远高于其他所装配飞机部件的装配精度要求。本文以某型号飞机部件装配型架为研究对象,面向装配工艺装备精确安装需要,应用数字孪生技术的相关技术理念,构建基于数字孪生的装配过程模型,综合考虑与型架装配过程关联的人员、工具、标准、检验要求等相关构成元素,规划型架装配过程并进行仿真验证,以可视化装配工艺指令指导实际装配过程,并通过建立数字空间与物理空间的关联实现信息交互与反馈。     

飞机大部件数字化对接关键问题及应用分析

飞机制造过程的重要环节是飞机装配.大部件数字化对接是基于数字量的装配协调方法,借助由数控定位器、激光测量系统和集成控制系统组成的数字化对接系统,按照设计技术要求,将大部件支撑、调姿、定位并连接成更高一级装配件或整机的过程.图1显示了大部件数字化对接的数字量协调原理.     

基于MBD技术的三维工艺研究

本文用集成的三维实体模型完整地表达卫星产品定义信息,即将设计和工艺信息共同定义到卫星产品的三维数字化模型中。通过将卫星产品进行装配单元规划,在一定的产品功能和装配关系下,将产品划分为若干零部件、直属件等信息的集合,构建功能单元模型,融合知识工程、过程模拟和产品标准规范等,将抽象、分散的知识更加形象和集中,实现卫星产品装配工艺设计的数字化和可视化。     

一种改进点线特征融合的双目视觉惯性定位算法

在复杂产品装配过程中,对增强现实设备定位是实现虚拟引导信息与装配现场实时融合的核心。传统基于标签或预先构建离线装配基体模型的定位方式,存在装配任务与视觉定位兼容性低,单一视觉定位鲁棒性和稳定性差的问题。利用多传感器融合的视觉惯性导航方式进行定位,可提高定位的精度和鲁棒性,有效提高复杂产品装配质量和效率。本文提出了一种基于点线特征融合的双目视觉惯性定位算法,对双目相机和惯性测量单元（Inertial measurement unit,IMU）进行联合标定,并通过ORB和LSD线端融合的点线特征提取匹配,采取视觉和IMU紧耦合的方式,建立基于点线特征的视觉惯性融合的位姿误差融合模型。对比VINS-Fusion、PL-VIO和本文改进IPLVIO算法,结果表明IPL-VIO算法在结构化场景下的绝对位移和旋转误差比原算法误差更小,同时结构化场景信息更加丰富,能够应用在弱纹理的AR装配现场中,为增强现实辅助装配平台提供稳定可靠的位姿数据。     

多传感器监测飞机部件非线性退化评估

飞机部件一般采用多传感器进行状态监控,针对退化过程具有非线性特征的民机典型部件剩余寿命（RUL）预测及评估问题,首先建立了部件性能参数的一般非线性Wiener退化过程,推导出基于多传感器监测数据的剩余寿命预测框架和概率密度函数,随后利用状态空间模型进行隐退化状态估计并同时利用最大期望算法（EM）实现参数递推估计,最后形成了飞机部件多传感器监测下的剩余寿命非线性退化评估方法。通过数值仿真案例和民航发动机剩余寿命预测案例,对比线性退化模型和基于单一传感器监测数据的非线性退化模型,验证了所提方法在提高剩余寿命预测精度的有效性,可为飞机及其部件的剩余使用寿命预测和视情维护决策提供技术支撑。     

工艺模型驱动的物料动态精准配送技术

针对飞机装配车间传统“领料式”物料配送存在的弊端,提出了一种工艺模型驱动的物料动态精准配送方法,构建了飞机装配车间物料精准配送管理系统,阐述了系统构建涉及的关键技术难点,采用基于模型的三维可视化消耗式BOM重构方式,建立与设计了模型动态同步精准的MBOM工艺模型,利用RFID技术的优点实时获取物料信息,通过iGPS系统引导AGV物料运输平台来实现装配站位物料的高精度配送。