CN105488623A - 一种飞机质量特性数据处理方法 - Google Patents

Abstract

一种飞机质量特性数据处理方法，涉及飞机总体设计领域中重量研究方向，用于飞机设计及生产制造过程中工艺重组的质量特性数据的变化，包括S1，确定飞机设计阶段的飞机设计模型；S2，计算飞机设计阶段的飞机设计模型的质量特性；S3，根据飞机设计阶段与飞机制造过程阶段的数据变化确定数据变化内容；S4，确定数据变化流程；S5，根据S4中的数据变化流程建立飞机制造过程模型；S6，对S5中的飞机制造过程模型进行质量特性计算；S7，对比S2中飞机设计模型的质量特性与S5飞机制造过程模型并进行质量特性计算。本发明提供的飞机质量特性数据处理方法。本发明提供的飞机质量特性数据处理方法为飞机产品在生产制造过程提供了精准的质量特性数据。

Description

一种飞机质量特性数据处理方法

技术领域

本发明属于飞机总体设计领域中重量研究方向，具体而言，涉及一种飞机质量特性数据处理方法。

背景技术

飞机的重量、重心、转动惯量统称为飞机的质量特性。飞机的质量特性，是飞机设计的重要原始数据与设计参数，不仅影响飞机的载荷、性能、操稳、颤振等多个领域的设计工作，也直接影响飞机的成本、使用及维修特性。如何进行设计、管理和控制飞机质量特性是关系到飞机设计成败的关键。一架超重或重心超出许用范围的飞机会严重降低作战效能，影响飞行安全。因此，保证一架飞机重量、重心在合理的范围之内，不但是设计人员、也是制造人员的责任。

在飞机生产制造过程中，飞机零件、工艺组件、工艺大部件的质量特性数据是加工装配的直接依据。飞机产品从设计领域向生产制造领域进行重组的过程中，整个飞机产品的数据结构和状态组成发生较大的变化，生产制造过程的产品质量特性数据与设计阶段有较大差异，目前国内的飞机生产制造领域的质量特性数据是根据设计领域理论计算数据为参考，导致产品在生产制造过程缺少有效的质量特性参考依据，必须开展制造领域的质量特性计算研究。

现在亟需解决的技术问题是如何设计一种飞机生产制造领域的质量特性数据设计方法，以克服现有技术中的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种简单合理的飞机质量特性数据处理方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种飞机质量特性数据处理方法，用于飞机设计及生产制造过程中工艺重组的质量特性数据的变化，包括如下步骤：

S1，确定飞机设计阶段的飞机设计模型；

S2，计算飞机设计阶段的飞机设计模型的质量特性；

S3，飞机设计阶段与飞机制造过程阶段的数据变化确定数据变化内容；

S4，根据S1中的变化内容确定数据变化流程；

S5，根据S2中的数据变化流程建立飞机制造过程模型；

S6，对S3中的飞机制造过程模型进行质量特性计算；

S7，对比S3、S7中飞机设计模型的质量特性与飞机制造过程模型进行质量特性，

通过上述S1-S7为飞机产品在生产制造过程提供精准的质量特性数据。

上述方案中优选的是，上述S3中，数据变化的内容包括：

a)产品的装配需求；

b)设计分离面与工艺分离面的差异；

c)工艺装配整合需求。

上述任一方案中优选的是，S4中数据包括：设计数据集、工艺数据集。

上述任一方案中优选的是，设计数据集的工作步骤包括：

G1，依据设计细目表录入全机设计组件的单层装配关系；

G2，提取全机零件并录入零件的属性信息。

上述任一方案中优选的是，工艺数据集的工作步骤包括：

Y1，依据工艺的装配关系录入全机组件的单层装配关系；

Y2,提取全机零件并录入零件的制造单位属性。

上述任一方案中优选的是，S5中，飞机制造过程模型包括：设计模型、制造模型，制造模型与设计模型的相比的变化包括：

a)钣金零件的工艺模型的变化；

b)机械加工零件增加的工装及零件表面数控划线的变化；

c)用于蒙皮类零件拉形工艺制造的变化。

上述任一方案中优选的是，全机零件包括飞机组件、飞机标准件、飞机成品。

本发明所提供的飞机质量特性数据处理方法的有益效果在于，在飞机的生产制造过程中，采用本发明的飞机质量特性数据处理方法进行了生产制造过程飞机产品的质量特性数据的计算工作，为飞机产品在生产制造过程提供了精准的质量特性数据。本发明提供的飞机质量特性数据处理方法同样适用于航天飞行器的生产制造过程，具有广阔的军事应用和民机应用前景。

附图说明

图1是按照本发明的飞机质量特性数据处理方法的一优选实施例的流程示意图；

图2是按照本发明的飞机质量特性数据处理方法的图1所示实施例的质量特性的计算流程示意图。

具体实施方式

为了更好地理解按照本发明方案的飞机质量特性数据处理方法，下面结合附图对本发明的飞机质量特性数据处理方法的一优选实施例作进一步阐述说明。

如图1-图2所示，本发明提供的一种飞机质量特性数据处理方法，用于飞机设计及生产制造过程中工艺重组的质量特性数据的变化，包括如下步骤：

S1，确定飞机设计阶段的飞机设计模型；

S2，计算飞机设计阶段的飞机设计模型的质量特性；

S3，飞机设计阶段与飞机制造过程阶段的数据变化确定数据变化内容；

S4，根据S3中的变化内容确定数据变化流程；

S5，根据S4中的数据变化流程建立飞机制造过程模型；

S6，对S5中的飞机制造过程模型进行质量特性计算；

S7，对比S2中飞机设计模型的质量特性与S5飞机制造过程模型并进行质量特性计算，

通过上述S1-S7为飞机产品在生产制造过程提供精准的质量特性数据。

在上述S1-S7中，S3中，数据变化的内容包括：a)产品的装配需求；b)设计分离面与工艺分离面的差异；c)工艺装配整合需求。S4中数据包括：设计数据集、工艺数据集。设计数据集的工作步骤包括：G1，依据设计细目表录入全机设计组件的单层装配关系；G2，提取全机零件，录入零件的属性信息。工艺数据集的工作步骤包括：Y1，依据工艺的装配关系录入全机组件的单层装配关系；Y2,提取全机零件，并录入零件的制造单位属性，其中，全机零件包括组件、标准件、成品件。S5中，飞机制造过程模型包括：设计模型、制造模型，制造模型与设计模型的相比的变化包括：a)钣金零件的工艺模型的变化；b)机械加工零件增加的工装及零件表面数控划线的变化；c)用于蒙皮类零件拉形工艺制造的变化。

下面以某机型的生产制造过程为例阐述本发明提供的飞机质量特性数据处理方法的具体实施过程。

首先，建立某飞机产品工艺重组数学模型。其中，定义：按照飞机设计领域的产品数据为EBOM；生产制造领域的产品数据确定为PBOM。

EBOM下全机质量特性数据可以表示为：

X＝[X₁X₂...X_m]^T

其中X代表全机质量特性数据集合，为m×4维矩阵。X₁，X₂，...，X_m为零组件的质量特性数据，包括重量、重心和转动惯量，即X_i＝[m_eix_eiy_eiz_ei]，i＝1...m。

PBOM下全机质量特性数据可以表示为：

Y＝[Y₁Y₂...Y_n]^T

其中Y代表全机质量特性数据集合，为n×4维矩阵。Y₁，Y₂，...，Y_m为零组件的质量特性数据，包括重量、重心和转动惯量，即

EBOM与PBOM之间的匹配过程就是工艺重组，因此两个数据集可以用如下函数关系表示：

Y＝ξ(X)

ξ表示EBOM与PBOM之间函数关系，将上式继续展开，则有：

$\left[\begin{array}{c}{Y}_1\\ Y_2\\ .\\ .\\ .\\ Y_n\end{array}\right]=\mathrm{\ξ}\left(\left[\begin{array}{c}{X}_1\\ X_2\\ .\\ .\\ .\\ X_m\end{array}\right]\right)$

由于EBOM与PBOM之间是交叉叶节点映射，则存在下式：

${\left[\begin{array}{c}{Y}_1\\ Y_2\\ .\\ .\\ .\\ Y_n\end{array}\right]}_{n\×4}=\mathrm{\ξ}\left(\left[\begin{array}{c}{X}_1\\ X_2\\ .\\ .\\ .\\ X_m\end{array}\right]\right)=A_{n\×m}{\left[\begin{array}{c}{X}_1\\ X_2\\ .\\ .\\ .\\ X_m\end{array}\right]}_{m\×4}$

其中，A_n×m表达式为：

$A_{n\×m}={\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1m}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2m}\\ .& .& .& .\\ \mathrm{..}& .& .& .\\ .& .& .& .\\ a_{n1}& a_{n2}& ...& a_{nm}\end{array}\right]}_{n\×m}$

可见，EBOM与PBOM之间的匹配过程，就是确定矩阵A_n×m的过程。

其次，建立PBOM产品数据结构，对产品工艺分工路线进行解析，制定生产制造领域的需要开展质量特性计算的产品项目。

再次，确定产品PBOM下的质量特性计算内容，确认工艺组合件项目、工艺余量项目。

最后，建立PBOM下的产品质量特性数据库，进行生产制造领域的产品质量特性数据计算，其计算流程如图2所示。

飞机产品在从设计向制造移交的过程需要进行产品的工艺重组，由于考虑到工艺的可实现性、设计分离面与工艺分离面的差异化，部分产品的尺寸、组成和质量特性发生变化，最主要的变化突出表现在：

产品装配余量需求：产品由于装配公差需求，需要预先保留余量，这直接需要更改产品的尺寸，产品的质量特性数据也发生变化；

例如某飞机结构的多数蒙皮，考虑装配需求，设计外廓尺寸在工艺重组后考虑余量，蒙皮的重量普遍较设计时增加15％。

设计分离面与工艺分离面的差异化：设计分离面是基于设计领域建立的各自领域基准面，基本以机体结构、功能系统划分；工艺分离面基于制造装配需求建立的基准面，需要将设计分离面重新划分，部分机体机构和系统设计面重新划分。某飞机设计阶段的机翼仅仅是机体结构外翼结构，重量700kg,但是在制造阶段的机翼除了包括机体结构外，还包括机体内液压、燃油等系统，重量已经到1000kg.

工艺装配整合需求：某飞机垂尾翼尖处需要安装天线，在设计节点垂尾翼尖属于机体结构，在产品结构中仅包括结构装配树节点，天线属于飞机系统，其产品结构安装在系统节点下；二者分属于不同节点。

但是产品在生产制造时，需要考虑实际装配需要天线节点安装在翼尖节点，不仅产品结构发生变化，而其产品过程的尺寸、质量特性均发生改变。

S4中，设计数据集也称工程数据集工作步骤如下：

依据设计细目表录入全机设计组件的单层装配关系；

提取全机零件(包括组件、标准件、成品)，录入零件的属性信息。

将零件的属性信息表与单层关系表导入到产品数据管理系统中，所有的零件视图为设计工程视图。管理系统通过零件的单层装配关系及有效性形成单架份工程数据集。

工艺数据集是工艺计划人员以设计数据集为基础，加入一些工艺组合件与虚拟件，并填加零件的“制造单位”属性，以此重构设计数据集。工作步骤如下：

依据新的装配关系录入全机组件的单层装配关系；

提取全机零件(包括组件、标准件、成品)，录入零件的“制造单位”属性。

将零件的属性信息表与单层关系表导入到产品数据管理系统中，所有的零件视图为工艺数据集视图。产品数据管理系统通过零件的单层装配关系及有效性形成单架份工艺数据集。

在飞机设计与制造、零件加工与检验、部件装配与成品验收等飞机制造各领域，零件的几何信息与制造工艺信息成为制造、检验的主要依据。

设计在工程设计时不能在三维模型上全部表达工厂的制造工艺信息，大部分制造信息由工厂工艺人员完成。制造数据集就是由制造单位在设计数据集基础上设计完成的，成为生产制造单位内部工艺设计、零件加工与检验、装配的主要依据。

制造模型与设计模型的主要变化如下：

(a)钣金零件的工艺模型变化

钣金零件考虑余量以及定位信息，其产品信息较设计模型增加余量线和定位信息。

(b)机械加工零件增加的工装及零件表面数控划线：

机械加工零件(如化铣零件)表面进行划线、切割。工艺模型需要增加切割路线。

(c)用于蒙皮类零件拉形工艺制造：

用制造数据集蒙皮的拉形模胎，工艺模型除了考虑余量信息外，还需要增加模胎信息。

本发明根据飞机生产制造阶段质量特性数据需求，从工艺分工路线解析、产品数据结构重构分析，提出了一种飞机生产制造领域的质量特性计算方法，并且根据此方法完成了某飞机的生产制造过程的全部零件、组件、部件的质量特性数据计算工作。解决了现有技术中针对飞机生产制造过程工艺重组后缺少参考的质量特性数据的问题，以某飞机为例进行了生产制造过程飞机产品的质量特性数据的计算工作，为飞机产品在生产制造过程提供了精准的质量特性数据。

以上结合本发明的飞机质量特性数据处理方法具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明的技术范围，还需要说明的是，按照本发明的飞机质量特性数据处理方法技术方案的范畴包括上述各部分之间的任意组合。

Claims (7)

1.一种飞机质量特性数据处理方法，用于飞机设计及生产制造过程中工艺重组的质量特性数据的变化，其特征在于，包括如下步骤：

S1，确定飞机设计阶段的飞机设计模型；

S2，计算飞机设计阶段的飞机设计模型的质量特性；

S3，根据飞机设计阶段与飞机制造过程阶段的数据变化确定数据变化内容；

S4，根据S3中所述数据变化内容确定数据变化流程；

S5，根据S4中所述数据变化流程建立飞机制造过程模型；

S6，对S5中所述飞机制造过程模型进行质量特性计算；

S7，对比S2中飞机设计模型的质量特性与S5飞机制造过程模型并进行质量特性计算。

2.如权利要求1所述的飞机质量特性数据处理方法，其特征在于，所述S3中，数据变化的内容包括：a)产品的装配需求；b)设计分离面与工艺分离面的差异；c)工艺装配整合需求。

3.如权利要求1所述的飞机质量特性数据处理方法，其特征在于，所述S4中数据包括：设计数据集、工艺数据集。

4.如权利要求3所述的飞机质量特性数据处理方法，其特征在于，所述设计数据集的工作步骤包括：

G1，依据设计细目表录入全机设计组件的单层装配关系；

G2，提取全机零件并录入零件的属性信息。

5.如权利要求3所述的飞机质量特性数据处理方法，其特征在于，所述工艺数据集的工作步骤包括：

Y1，依据工艺的装配关系录入全机组件的单层装配关系；

Y2,提取全机零件并录入零件的制造单位属性。

6.如权利要求1所述的飞机质量特性数据处理方法，其特征在于，S5中，飞机制造过程模型包括：设计模型、制造模型，制造模型与设计模型的相比的变化包括：a)钣金零件的工艺模型的变化；b)机械加工零件增加的工装及零件表面数控划线的变化；c)用于蒙皮类零件拉形工艺制造的变化。

7.如权利要求4或5所述的飞机质量特性数据处理方法，其特征在于，全机零件包括包括飞机组件、飞机标准件、飞机成品。