CN111859708A - 基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法 - Google Patents

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许良
李大阳
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Abstract

基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法属于航空制造技术领域，本发明涉及一种基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法。本发明提供一种提升生产效率，提高一次装配成功率的飞机结构件数字孪生模型的建模方法。本发明的特征在于：包括以下步骤：a）以工艺理论模型为基准，加工出零件实物；b）提取理论模型尺寸数据；c）对加工完成的零件实物进行测量，获得到实际零件点位坐标，生成报告；d）运用测量软件将获取的零件关键尺寸的实测值与理论值进行换算获得差值。

Description

基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法
技术领域
本发明属于航空制造技术领域，本发明涉及一种基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法。
背景技术
民机研制工作技术难度高、专业化分工复杂，对安全性、维修性及持续适航要求严格，体现了一个国家科学技术和综合国力的发展。
民用飞机零部件结构尺寸大、精度要求高、协调关系复杂，虽然我国民机企业近年来通过数字化加工、装配和检测手段有效提升了技术能力，但依然存在如下突出问题：1）零部件制造过程中质量检测和变形控制难，难以满足交接状态要求。当前，由于零部件结构复杂、检测手段受限，致使检测数据无法客观和全面的反映零部件状态，进而无法对变形补偿和控制方法提供有效的输入，并将相关的质量问题带入了下游装配环节。
2）大型结构件装配误差积累严重，现场缺乏依据实际工况调整工艺的有效手段，一次装配成功率低。由于制造和协调准确度不满足要求的零部件流入下游装配环节，致使大型结构件的装配误差积累严重，从而引发了让步接受和交付滞后等问题。由于现有的装配协调与容差分配体系主要以产品理论模型为依据，无法依据现场的实际工况对控制方案进行有效调整，从而导致装配超差现象严重。
3）零部件制造过程数据采集、监测和分析手段匮乏，工艺优化能力弱，生产效率低。当前，民机零部件数据数据采集手段有限，加工和装配作业在线补偿能力弱，效率低下。由于未形成准确记录零部件实物状态变迁和演化的历史数据档案，因此难以采用数据挖掘等先进方法来有针对性的优化制造工艺过程，致使整体制造水平难以有效提升。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种提升生产效率，提高一次装配成功率的飞机结构件数字孪生模型的建模方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明的特征在于：包括以下步骤：a）以工艺理论模型为基准，加工出零件实物。
b）提取理论模型尺寸数据。
c）对加工完成的零件实物进行测量，获得到实际零件点位坐标，生成报告。
d）运用测量软件将获取的零件关键尺寸的实测值（MEAS）与理论值（NOMINAL）进行换算获得差值（DEV）Xd=Xm-Xn、Yd=Ym-Yn和Zd=Zm-Zn，其中Xd为X点位的偏差，Yd为Y点位的偏差，Zd为Z点位的偏差。
e）将通过测量获得到的实际零件点位坐标生成点云图，再导入建模软件中。
f）运用建模软件以生成点云图为基准进行逆向建模，完成实体的逆向过程，形成数字孪生模型。
g）把逆向建模的模型和运用建模软件生成的数字孪生模型导入建模软件中，通过把模型重合对比、测量进行分析。
本发明的特点及有益效果：本发明涉及基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法，通过测量的方式构建表征实物状态的数字孪生模型，以理论模型为基准，通过模拟分析增强零部件制造的控形能力，提升零部件的加工和装配精度，是满足民机高质量及适航取证需求的前提。
本发明实现基于数字孪生模型的零部件制造工况在线感知，提高一次装配成功率；显著提升零部件制造质量和精度，满足国际适航认证要求；提升生产效率、降低成本，大幅增强产品的国际竞争力。
本发明主要适用于所有飞机结构件，同种零件不同种数字孪生模型，同时提高了装配的成功率，本发明能提升零部件的加工和装配精度，提高一次装配成功率。
附图说明
图1为本发明飞机结构件FRAME, AFT, BM 45, AFT SVCE DR 框，后部，梁45，后服务门的理论模型。
图2为本发明飞机结构件FRAME, AFT, BM 45, AFT SVCE DR 框，后部，梁45，后服务门的零件实物。
图3为本发明飞机结构件FRAME, AFT, BM 45, AFT SVCE DR 框，后部，梁45，后服务门的点云图。
图4为本发明飞机结构件FRAME, AFT, BM 45, AFT SVCE DR 框，后部，梁45，后服务门的数字孪生模型。
具体实施方式
本发明基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法的特征在于：包括以下步骤：a）以工艺理论模型为基准，加工出零件实物。
b）提取理论模型尺寸数据。
c）对加工完成的零件实物进行测量，获得到实际零件点位坐标，生成报告。
d）运用测量软件将获取的零件关键尺寸的实测值（MEAS）与理论值（NOMINAL）进行换算获得差值（DEV）Xd=Xm-Xn、Yd=Ym-Yn和Zd=Zm-Zn，其中Xd为X点位的偏差，Yd为Y点位的偏差，Zd为Z点位的偏差。
e）将通过测量获得到的实际零件点位坐标生成点云图，再导入建模软件中。
f）运用建模软件以生成点云图为基准进行逆向建模，完成实体的逆向过程，形成数字孪生模型。
g）把逆向建模的模型和运用建模软件生成的数字孪生模型导入建模软件中，通过把模型重合对比、测量进行分析。
所述步骤a中，可通过数控加工机床等设备加工出零件实物。
所述步骤c中，将加工完成的零件实物根据需要确定关键部位尺寸，选取相对应的尺寸建立测量点，再对测量点进行编程，编程后，由三坐标测量机自动完成测量，获得实际零件点位坐标。
所述步骤e中，点云为在逆向工程中通过测量得到的产品外观表面的点数据的集合。
所述步骤e中，建模软件为适配的机械建模软件有Rhino、Solidworks、UG、PROE、CATIA等。
实施例：以飞机结构件FRAME, AFT, BM 45, AFT SVCE DR 框，后部，梁45，的数字孪生模型的建模方法包括如下步骤：
a)如图1所示的理论模型为基准，利用卧式加工中心五坐标机床进行加工，加工出零件实物如图2所示。
b)在理论模型提取关键尺寸数据①腹板厚度2.286mm、②腹板厚度2.286mm、③筋条高度32.595mm、④腹板厚度2.286mm、⑤筋条高度20.098mm、⑥筋条高度10.82mm、⑦筋条高度24.04mm、⑧腹板厚度1.6mm如图1所示。
c)将加工完成的零件实物按照检验规范进行编程，通过对理论模型进行取点，运用三坐标测量机进行测量，获得到实际零件点位坐标，测量的数据生成报告如图4所示。
d)运用测量软件将获取的零件关键尺寸的实测值（MEAS）与理论值（NOMINAL）进行换算获得差值（DEV）Xd=Xm-Xn、Yd=Ym-Yn和Zd=Zm-Zn，其中Xd为X点位的偏差，Yd为Y点位的偏差，Zd为Z点位的偏差。
e)将通过三坐标测量机获得到的实际零件点位位坐标生成点云图，如图3所示，再利用三坐标测量机软件生成文件导入CATIA软件中。
f)运用CATIA建模软件以如图3所示的点云图为基准，利用CATIA建模软件逆向模块的DSE(Digitized Shape Editor数字编辑器模块)模块、QSR(Quick SurfaceReconstruction快速曲面重构)模块、GSD(Generative Shape Design通用曲面造型)模块的基础命令进行逆向建模，完成实体的逆向过程，形成数字孪生模型如图4所示。
g)把逆向建模的模型和运用CATIA建模软件生成的数字孪生模型导入CATIA软件中，通过把模型重合对比、测量进行分析得到如图4所示实测的关键尺寸①腹板厚度2.306mm、②腹板厚度2.306mm、③筋条高度32.662mm、④腹板厚度2.306mm、⑤筋条高度20.075mm、⑥筋条高度10.85mm、⑦筋条高度41.551mm、⑧腹板厚度1.55mm。
本发明所揭示的一种基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法，通过先进的测量技术，并配合建模软件提升零部件的加工和装配精度，提高一次装配成功。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法，其特征在于：包括以下步骤：
a）以工艺理论模型为基准，加工出零件实物；
b）提取理论模型尺寸数据；
c）对加工完成的零件实物进行测量，获得到实际零件点位坐标，生成报告；
d）运用测量软件将获取的零件关键尺寸的实测值与理论值进行换算获得差值Xd=Xm-Xn、Yd=Ym-Yn和Zd=Zm-Zn，其中Xd为X点位的偏差，Yd为Y点位的偏差，Zd为Z点位的偏差；
e）将通过测量获得到的实际零件点位坐标生成点云图，再导入建模软件中；
f）运用建模软件以生成点云图为基准进行逆向建模，完成实体的逆向过程，形成数字孪生模型；
g）把逆向建模的模型和运用建模软件生成的数字孪生模型导入建模软件中，通过把模型重合对比、测量进行分析。
2.根据权利要求1所述的基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法，其特征在于：所述步骤a中，可通过数控加工机床等设备加工出零件实物。
3.根据权利要求1所述的基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法，其特征在于：所述步骤c中，将加工完成的零件实物根据需要确定关键部位尺寸，选取相对应的尺寸建立测量点，再对测量点进行编程，编程后，由三坐标测量机自动完成测量，获得实际零件点位坐标。
4.根据权利要求1所述的基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法，其特征在于：所述步骤e中，点云为在逆向工程中通过测量得到的产品外观表面的点数据的集合。
5.根据权利要求1所述的基于飞机结构件数字孪生模型的建模方法，其特征在于：所述步骤e中，建模软件为适配的机械建模软件有Rhino、Solidworks、UG、PROE、CATIA等。
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