论飞机装配型架特点与控制

装配型架关键特性的定义及特点

装配型架关键特性是保证飞机装配零部件间互换协调的重要特性，同时装配型架关键特性也是关键特性的一种。尤其是在装配产品样本很少的情况下，识别和控制装配型架的关键特性就显得格外重要。根据文献[1~4]所描述的KC的概念，作者认为装配型架关键特性是指在飞机产品装配过程中，装配型架的某些结构、外形、定位特性对被装配产品的质量影响最严重的几何特性；在飞机柔性装配型架中还包括自动测控系统控制机械随动定位机构精确定位。当装配型架关键特性处于临界值或超出临界值时必须对其进行控制，否则会严重影响产品装配质量和零部件的互换协调，甚至产品的报废。

飞机装配型架关键特性具有一般关键特性的特点，同时结合飞机柔性装配型架与数字化测控制系统在飞机装配中的应用，飞机装配型架关键特性还具有一些独特的特点：

1）在装配型架设计阶段，根据用户需求与被装配产品特点，结合当前企业拥有的加工、制造等能力，设计产品装配型架。在设计过程中主要涉及为保证飞机产品主要尺寸和位置的定位器设计、保证产品外形准确度的定位面的设计等，初步把这些主要尺寸作为关键特性进行控制。装配型架关键特性与一般关键特性一样根据关键特性的可测量性和可控制性沿制造树逐级向下传递，形成关键特性树，同时上级关键特性由下级关键特性保证，如图1所示（图略）为某机型壁板预装配柔性工装系统型架关键特性树。2）在装配型架安装阶段，把设计阶段定义的保证产品主要尺寸和外形准确度等定位特征作为关键特性，在主要定位结构上设置靶标点（OpticalToolingPoints，OTP），把测量靶标点的坐标与理论坐标相比较，进行实时反馈和补偿，精确安装各种定位器。3）在产品装配阶段，控制系统控制随动定位器运动到理论位置以精确定位产品，把这类通过控制系统控制的随动定位器或定位机构的精确定位也作为关键特性进行控制。

装配型架关键特性的识别与控制

为保证飞机装配零部件间的互换协调问题，对装配型架中影响被装配产品质量最大的尺寸、形状、定位特征等关键特性采用合理的方式加以控制。

1.装配型架关键特性的识别与管理

关键特性经过多年的研究应用已经有了比较完善的识别方法：1）利用相似产品的历史数据和知识；2）专家调成法——德尔菲法（DelphiMethod，DM），从该领域装夹或有经验人员那里搜集有用的信息；3）风险分析法：即确定每个特性的风险优先数（RiskPriorityNumber，RPN）通过确定RPN的值来确定关键特性，RPN值越大，特性值越重要。本文采用由日本质量管理专家田口玄一提出的损失函数[5]的波动引起经济损失的方法来确定装配型架的关键特性，该方法定量的描述了特性偏离目标值时造成的损失。当某个关键特性y偏离目标值m时，即y≠m时，产生质量损失，且ym越大，质量损失越严重[6]，其质量损失为:22Lk()（1）2()2AkTUTL（2）式中：k为关键特性y的质量损失常数，A为关键特性y失效时造成的损失，TU，TL分别为公差上限和下限；2为y的方差；2为均值偏
差，，为y的测量值，为y的目标值。参考文献[7]中对质量损失常数进行了标准化，即当质量特性超出公差要求时，其质量损失假定为单位损失，则24()kTUTL，带入式（1），可得到标准化后的影响度的计算公式：2224()()LTUTL(3)在型架设计阶段把初步确定的关键特性利用式（3）计算其质量损失L的大小以判断是否作为关键特性进行控制。同时装配型架关键特性的识别应与飞机产品的特点结合起来，分析被装配产品的结构特点来设计装配型架，结合制造单位的设计制造条件、测控水平等来识别、控制柔性装配型架的关键特性，整个装配型架关键特性的识别与管理如下：1）用户需求：结合用户需求初步确定保证飞机装配零部件质量的型架关键特性有哪些；2）设计分析：为保证飞机零部件间的互换协调，把装配型架上对应于飞机产品的重要尺寸作为关键特性进行控制；3）制造和安装：根据设计数模进行型架的制造和安装，尺寸关键特性通过尺寸链来保证，同时把机械随动定位装置（定位器）的控制定位精度作为关键特性进行控制；4）生产和检测：根据设计数模调整装配型架安装到位、结合机械随动定位器定位产品，完成产品装配后检测产品主要尺寸与外形准确度；5）管理与维护：装配型架要定期进行维护，防止型架变形和控制失准等问题。

2.装配型架关键特性的控制

通过选择合理的控制图，确定测量方案对关键特性进行实时监控，当关键特性超出控制范围时，立刻寻找波动源并确定解决方案。装配型架关键特性的控制方法与一般关键特性的控制方法思路相似，通过实时监控测量点位置坐标，当实测值超过误差允许范围时，找出波动源立刻进行控制。为保证飞机产品的重要尺寸，采用装配尺寸链把型架上对应的定位器之间的尺寸作为关键特性进行控制，对设计靶标点采用激光跟踪仪实时测量，当被测点测量坐标值与理论值的偏差在公差范围外时，综合考虑型架尺寸关键特性的可测量性和可控制性是否沿制造树向下分解的特点，找到波动源，进行控制。图3（图略）是某机型壁板预装配柔性工装系统中两个三脚架安装误差控制图。其中零线表示装配三脚架距离坐标原点的理论值，当测量点落在在±△间表示在公差范围内，不需要进行控制；当测量点落在±2△范围或大于±2△时，需要对三脚架距坐标原点的位置进行控制。对于柔性装配型架的关键特性，如控制机械随动定位器的精度定位，利用激光跟踪仪实时跟踪测量，把测量靶标点的坐标值与测量点的理论坐标值进行比较，得出坐标差值，把这个差值传递给控制系统，控制系统控制随动定位器进行调整，最后达到公差要求范围。把这一类通过测控系统控制的随动定位器的定位精度也作为关键特性进行控制，通过实时监测，调控随动定位器精确定位。

实例分析

以某机型壁板预装配柔性工装系统为例，采用上述方法对装配型架关键特性进行识别并加以控制。为保证预装配壁板组件的装配质量，设计的某机型壁板预装配柔性工装系统包括基座、两个三脚架、小围框、两个移动立柱等，每个移动立柱包含八个Z型长桁夹持器，移动立柱由电机带动可沿X向移动、长桁夹持器由电机带动可沿Y、Z移动，长桁夹持头通过气缸控制实现长桁夹持，结合激光跟踪仪实现精确定位。以三脚架安装为例，并把三脚架间距L0作为关键特性进行管理与控制，如图4所示，B点为设计坐标系零点，A、C分别代表两个三脚架，定位精度为±0.05mm。安装三脚架时，在保证L1、L2都能满足公差要求的同时L0也可能超差，从而导致关键特性L0难以保证。实际安装中测得AB、BC在X方向距零点的距离误差如表1所示，带入损失函数公式(3)得到0.114ABL，0.097BCL，则所选关键特性的质量损失0.211ABBCLLL，其质量损失L超出了公差上限的111%，根据田口损失函数法则在三脚架安装过程中把AC距离作为关键进行控制。在某机型壁板预装配柔性工装系统工作过程中，为满足壁板装配的质量，把Z型长桁夹持器精确移动定位作为关键特性进行控制。型架定位精度为±0.05mm，重复定位精度为±0.02mm，为保证高精度定位设定各轴最大运行速度为0.05m/s，最大加速度为0.05m/s2，工作时结合激光跟踪仪实时测量，以实现长桁夹持器的精确定位，控制软件如图5所示（图略）。图5中控制软件控制长桁夹持器精确定位时，把激光跟踪仪经数据处理系统处理后的坐标差值传递给控制系统，控制系统控制相应的电机带动长桁夹持器移动，达到Z向定位；控制软件继续控制夹持头向前移动，当力传感器值不为零时，停止运动，完成定位。开发的壁板柔性预装配控制系统，通过信息数据集成处理，实现各种系统平稳运行，同时留有与其它系统的数据接口，实现数据信息采集和控制，保证产品的质装配量。