飞机制造公差稳健性设计与多交点装配离散公差优化技术

摘要

公差设计是飞机制造工艺规划的重要内容，合理的公差设计是实现飞机互换协调的重要保证，直接影响飞机产品的制造质量、装配成功率和制造成本。传统公差设计没有考虑制造过程中公差等设计参数存在变差情况的影响，可能导致成本、装配性能存在较大波动，甚至装配功能的丧失。此外，多交点装配是飞机制造中广泛采用的连接形式，由于多交点装配协调准确度与交点的结构型式、交点的位置关系、各交点孔轴的公差配合选用等多种因素相关，其公差设计的难度极大。在国家自然科学基金和航空科学基金等支持下，对飞机制造公差稳健性设计，以及飞机多交点装配协调中的离散公差优化技术进行了研究，主要研究工作和研究成果如下：
　　研究飞机制造公差稳健性设计的方法，考虑了公差设计变量发生变异的情况，并且综合最小灵敏度法和容差模型法建立了公差可行敏感稳健设计模型。针对不同加工方法加工零件时其成本不同的特点，采用了混合公差－成本建模方法。考虑公差成本函数、装配功能函数灵敏度和成本函数灵敏度同时最小化的多目标优化问题，采用宽容分层序列法建立多目标优化求解模型，最后用格雷码编码和二进制解码的遗传算法求解，并采用罚函数法处理约束函数。通过和一般优化结果相比较，得出优化结果具有很好的稳健性。
　　基于抽象连杆机构分析了飞机多交点装配的典型制造协调尺寸链误差模型，得出同轴度和共面度误差的尺寸链方程，通过概率法求解综合累积误差半带宽。建立了飞机多交点装配离散公差优化模型，该模型同时考虑公差带宽度和公差带中点值对装配功能要求的影响。采用分枝定界法解决这类整数规划问题。首先建立包含所有可选配合的离散公差值的枚举树，枚举树的每个结点包含公差成本函数和装配功能函数的信息，采用分枝定界和剪枝算法优化了离散公差模型的解空间，解决了公差连续优化容易导致圆整后的结果不可行的问题。
　　基于CATIAV5二次开发CAA平台在飞机制造公差分配决策系统上开发了飞机制造公差稳健性设计模块和飞机多交点装配离散公差优化模块，并通过实例验证了其可行性和有效性。

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注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 公差的稳健性设计

1.3 公差离散优化设计

1.4 飞机制造公差设计系统

1.5 本文课题来源以及研究内容

第二章 飞机制造公差的稳健性设计

2.1 引言

2.2 公差稳健设计模型

2.3 宽容分层序列法的公差稳健性优化求解模型

2.4 求解公差优化模型的遗传算法

2.5 实例分析

2.6 本章小结

第三章 飞机多交点装配离散公差优化设计

3.1 引言

3.2 飞机多交点装配同轴度误差模型

3.3 飞机多交点装配共面度误差模型

3.4 飞机多交点装配离散公差模型建立以及优化求解

3.5 实例分析

3.6 本章小结

第四章 飞机制造公差优化模块的开发

4.1 引言

4.2 系统的设计与开发

4.3 系统功能的实例验证

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录一 孔轴孔配合交点中心距工艺公差分配的试定标准