CN114240847B - 基于动态工艺模型的制造符合性保证远程检查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于动态工艺模型的制造符合性保证远程检查方法，基于模型远程进行制造符合性保证检查，针对机身大部件对接过程工艺复杂、准确度保障困难、效率低等问题，提出一种通过实时测量数据进行试装配的仿真模型；针对飞机结构件装配检验效率低等问题，建立一种装配与检验模型；针对制造符合性检查活动和数据无法动态管理和系统监督，制造过程无法实时监测追踪等问题，开发基于动态工艺模型的制造符合性保证辅助工具系统。本发明集成装配过程仿真、装配工艺及结构件检验、辅助制造符合性检查三方面，大幅度提高飞机生产制造活动效率以及提升装配准确度，具有广阔的工程应用价值。
Description
技术领域
本发明属于航空技术领域，具体涉及一种制造符合性保证远程检查方法。
背景技术
飞机装配对飞机整体的生产流程、总体装配质量和生命周期有着重要影响。飞机装配过程中最关键的技术环节是机身装配，但是其装配工艺流程繁多，装配环境复杂。尤其在机身大部件插入式对接过程中更存在对接端面不可见、不可测的固有难题，更易导致插接过程中干涉或间隙不均匀问题的出现，最终导致反复试装和连接质量一致性的下降，影响装配效率和局部结构的疲劳特性。随着数字孪生概念的提出以及现代先进测量技术的发展，可通过三维数字化测量设备获得较高精度的零件表面数据，构建能够一一映射零件的真实状态信息的数字孪生模型，以数学分析的方法预测实际工况下的零件装配完成后的关键特征点的精度，这在一定程度上节约了成本和时间，对提高飞机的装配准确度以及指导后续的装配工作具有重要的意义。但基于数字孪生技术的应用仍停留在概念的描述层面，现还没有文献研究数字孪生在实际装配体偏差预测方面实现的技术方法。
同时，现代飞机对轻质、经济、安全和长寿命的追求，对飞机制造、安装精度提出了更高的要求，而飞机零部件装配精度在很大程度上决定了飞机的最终质量，因此，飞机装配过程中以及装配完成后的测量检验非常重要。在传统的飞机装配中，检验人员根据数模、设计技术文件、AO等文件，对装配过程中设计和工艺提出检验要求的特性进行检验，确定检验顺序、检验方法/工具等信息。这就要求现场检验人员必须通过翻阅设计技术文件、AO、质量要求、检验规范等多种文件才能确定检验项目和检验方法。而当现场检验人员更换时又需要重新熟悉上述文件，才能确定检验工作内容，检验工作过于依赖检验人员个人的经验知识，无法保证装配检验工作的效率。为了形象化的表示装配检验经验知识，需要借助三维模型结合装配检验信息，作为指导现场检验人员的文件。目前，虽然飞机研制实现了三维CAD/CAM为核心的数字化技术，但是在产品设计过程中创建的只是产品几何模型，产品检测数据未在产品制造过程中有效表达，尚未创建适用于产品检测的数字化模型，也在一定程度上阻碍了数字化测量技术的推广和应用。为提高装配现场的检验工作效率，定义三维装配件检验模型，将产品的检验检测信息完整的表达在三维模型中，给现场检验人员提供直观的检验数据，需要开发必要的专用建模工具、制定建模规范。
在制造符合性检查方面，制造符合性检查工作是民机适航管理工作的一个重要环节，涉及到民机产品的设计、制造、工艺、试验等多个方面。制造符合性检查的实施原则是完整性、充分性和可追溯性，按照AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型号合格审定程序》，制造符合性检查的过程和要点为：(1)文件评审，其内容主要包括对零部件图纸、材料规范、工艺文件、制造大纲、构型清单等以及与之相关的偏离处理文件的检查，通过文件评审掌握零部件的构型和状态，为现场检查提供依据；(2)现场检查，其内容主要包括检查零部件外观、尺寸、公差及各种关键特性和重要特性，以及人员资质、设备工装的状态等，现场检查还包括对特种工艺过程或验证试验的目击检查。现场检查完成后，需要撰写检查记录表及试验观察报告等，并对检查中存在的问题进行记录和汇报，并跟踪处理偏离项或不满意项。现阶段，国内尚缺乏针对制造符合性检查活动和数据如何进行动态管理和系统监督的管理方法，无法实现对民机研制过程中的制造过程进行时时跟踪，不具备对检查节点的动态控制能力。适航工序的确定、适航检查提请、适航资料的归档汇总、适航资料的传递等工作缺少信息化手段支撑，依托人工编发收集、传递项目清单文件，不能和现有的信息化平台实现有效对接，未能体现信息化的优越性。同时适航工序在指令上确定由工艺人员完成，容易发生适航工序的漏项或错项。目前，飞机在制造符合性检查业务方面缺少可以使用的相关信息化方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于动态工艺模型的制造符合性保证远程检查方法，基于模型远程进行制造符合性保证检查，针对机身大部件对接过程工艺复杂、准确度保障困难、效率低等问题，提出一种通过实时测量数据进行试装配的仿真模型；针对飞机结构件装配检验效率低等问题，建立一种装配与检验模型；针对制造符合性检查活动和数据无法动态管理和系统监督，制造过程无法实时监测追踪等问题，开发基于动态工艺模型的制造符合性保证辅助工具系统。本发明集成装配过程仿真、装配工艺及结构件检验、辅助制造符合性检查三方面，大幅度提高飞机生产制造活动效率以及提升装配准确度，具有广阔的工程应用价值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
步骤1：搭建基于动态工艺模型的仿真验证实验环境；
步骤1-1：以飞机前机身和中机身的比例试验件为验证对象，搭建硬件与软件集成系统；
所述集成系统的硬件部分包括照相测量部分和筒段支撑调姿部分；所述照相测量部分包括两组相机和相机支撑架，相机安装在相机支撑架上，用于获取机身部件上关键特征点的位置信息，实现机身筒段位姿数据实时测量；所述机身筒段支撑调姿部分包括六自由度运动平台、保型工装托架和静支撑台，所述六自由度运动平台用于控制机身筒段的六个方向自由度，所述静支撑台和六自由度运动平台上各自装有保型工装托架，用于固定支撑筒段样件，以实现对接部件的位置和姿态的准确控制；
所述集成系统的软件部分包括测量模块、姿态调整模块、预装配试装仿真模块和数据通讯模块；所述测量模块完成机身筒段的空间位姿数据测量、装配环境中的各坐标系变换统一；所述姿态调整模块通过上位控制软件接收测量数据信息，驱动运动平台搭载中机身筒段试验件完成空间的横滚、俯仰、偏转和平移的姿态变化，完成中机身与前机身筒段试验件的插入式对接；所述预装配试装仿真模块通过使用手持式3D 扫描仪对机身筒段试验件对接端面进行扫描，获取基于现场实测的三维点云数据；所述数据通讯模块用于上面三个模块之间的通讯；
步骤1-2：对机身筒段比例试验件进行定位安装
前机身筒段比例试验件放置于静支撑台，中机身筒段比例试验件放置于六自由度运动控制平台；
步骤1-3：机身部件特征点位姿数据动态测量
测量前将两个相机推至测量区域前方2m远，两台相机距离设定为3m；调节相机角度放置在相机支撑架上，高度为1.7m；在两段筒段对接面端面、外形轮廓面均匀布设摄影码标志点，在对接和测量过程中监测静端筒段和动端筒段的位置姿态关系；启动照相测量部分，在通过标定相机进行照相测量部分位置标定定向后，进行实时动态的机身部件位姿信息测量获取；
步骤1-4：六自由度运动平台对动筒段进行调姿；
六自由度运动平台中的集成控制系统对照相测量部分获取的数据进行解算，将其转换成能被六自由度运动平台读取的格式，得出调姿运动的数据参数，然后六自由度运动平台进行调姿运动；
步骤1-5：照相测量部分进行偏差验证；
调姿结束后，再次通过照相测量部分获取机身筒段位姿信息，查验此次调姿是否满足对接设计偏差，如果不满足，则重复步骤1-3和步骤1-4；
步骤1-6：预装配仿真验证；
通过使用手持式3D扫描使用采用三维点云数据进行建模，在虚拟环境进行一次装配仿真，在每一次实际对接之前，在PC机上先进行一次试装配，验证调姿是否满足对接要求；
步骤1-7：对接完成；
上述验证均通过则进行最后的插入式对接，完成对接；
步骤2：建立装配和检验工艺模型；
步骤2-1：装配体检验模型几何集定义；
提取装配件工艺模型的总工序模型完成装配件检验对象模型的建立；当不存在对应的装配件工艺模型时，采用如下方法建立检验对象模型：
步骤2-1-1：获取装配件检验模型类型；
在DPM环境下，使用MBOM编辑器提取零组件模型，包括待装、参装、装配单元产品零组件及工装零组件四部分，其中待装零组件、参装零组件、装配单元零组件属于产品模型，使用MA建立；工装零组件属于资源模型，使用MK建立；获取装配件检验模型类型，以便使用与其相对应的格式建立模型；
步骤2-1-2：建立待装零组件；
进入DELMIA DPM模块，导入产品模型，打开MBOM编辑器；点击创建，弹出对话框，在结构树或模型区选取待装零组件；建立待装零组件；
步骤2-1-3：建立参装零组件；
进入DELMIA DPM模块，导入产品模型，打开MBOM编辑器；点击创建，弹出对话框，在结构树或模型区选取待装零组件；建立参装零组件；
步骤2-1-4：提取新建的装配体检验模型并命名；
将待装零组件、参装零组件另存为新的Product文件，命名为“XXX”，生成XXX-Manufacturing assemblies.Product文件，完成待装零组件与参装零组件的定义；
步骤2-1-5：新建安装要求模型；
从产品设计安装要求模型.Part文件中提取所需的几何集与属性信息，建立安装要求模型-JY.Part文件；在装配件检验模型中，定义安装要求模型有两种情况：
第一种情况：需要安装要求模型中的全部信息，以加载产品零组件的方式加载一个或多个安装要求模型，其中的全部信息都作为装配件检验模型的信息；
第二种情况：只需要安装要求模型中的部分信息，通过提取安装要求模型的几何集和属性集，选择装配件检验模型中需要定义的紧固件、密封信息，形成针对装配件检验模型的安装要求模型，减少模型的数据量；
步骤2-1-6：加载工装零组件，完成几何集定义；
导入工装零组件，完成待装零组件、参装零组件与工装零组件的定义；若需要安装要求检验模型.Part文件，在Product节点下导入该文件，完成几何集定义。
步骤2-2：属性信息集定义；
步骤2-2-1：激活步骤2-1所建立的装配件检验模型；
步骤2-2-2：定义模型属性信息；
在CATIA软件中采用几何图形集Geometrical Set组织的文本字符串参数来表达模型基本属性、通用注释、装配注释等信息；即创建几何图形集Geometrical Set，分别命名为模型基本属性、通用注释、装配注释；
步骤2-2-3：定义其他文本属性参数；
添加文本字符串参数，分别命名为AO编号、检验模型编号、检验模型名称、模型版次、更改说明及其他，并输入属性值；组织文本字符串参数，将字符串参数从参数剪切复制到模型基本属性几何图形节点下；
步骤2-3：标注集定义；
在Product Functional Tolerancing&Annotation模块下，通过尺寸标注、形状公差标注、旗注/注释等方式，将需要检验的特性标注在三维模型显示区域，使现场检验人员直观的了解检验项目的位置和检验要求，定义的流程为：创建检验项目—尺寸标注/形位公差标注/粗糙度标注/标记—捕获检验任务；
步骤2-3-1：创建检验项目；
创建检验项目应首先激活视图，该视图应保证标注信息清晰显示，然后定义其为标注平面；以feature name区分不同的检验项目，检验项目编号与feature name相同；
步骤2-3-2：检验项目/特性标注；
选择检验项目/特性的类型—选取特征—标注信息编辑—生成以检验项目名称为特征名称/以对象标注类型.序号为特征名称的TEXT文本；当一个检验项目中存在多个标注信息时，除文本标注以外的其他标注以“检验任务编号-检验项目编号.标注编号”命名；
步骤2-3-3：捕获检验任务；
检验项目定义过程中检验项目编号采用的通用格式为：验任务编号-检验项目号，根据检验任务编号确定一个检验任务内所需检验的所有项目，并捕获到一个视图中；建立捕获的流程为：创建捕获并重命名—过滤器公差可视化—用户定义视图管理—选择捕获视图定义当前视图；
步骤2-4：装配和检验工艺模型创建完成；
步骤3：基于动态工艺模型的制造符合性保证辅助工具系统；
所述辅助工具系统开发于网页端，包括四个界面：管理端界面、工艺端界面、生产端界面和检查端界面；
工作人员根据所登入的账户不同，所进入的系统端不同：超级管理员账户进入管理端，管理端功能有角色管理和用户管理；工艺人员账户进入工艺端，工艺端功能为管理所要进行检查的项目、并分配检查人员和现场工人进行检查；检查人员账户进入检查端；现场工人账户进入生产端；生产端界面与检验端界面的功能为：检验流程、数据采集与处理、视频监控；生产端发送工艺规程、工序卡片及stp轻量化模型，检验端读取现有的制造符合性检查请求单，及制造符合性检查项目清单，制造符合性检查记录表，通过接收到的工艺规程、工序卡片、STP轻量化模型、图纸，实现远程进行制造符合性检查；
辅助工具系统检查流程具体过程如下：
步骤3-1：检查前准备；
超级管理员与工艺人员分别进入辅助工具系统管理端和工艺端；超级管理员对工作人员信息进行管理、授权，工艺人员提交检查项目的相关文件至辅助工具系统，并对工作人员进行分配；
步骤3-2：检查申请；
现场工人与检查人员进入辅助工具系统，工人进入生产端，检查方进入检查端；当现场工人在生产现场准备进行各项检查时，点击开始检查按钮发起检查申请，等待检查人员点击确认后检查开始；生产端和检查端的所有交互，均需要检查端确认才能继续进行；
步骤3-3：现场工人第一视角录像；
现场工人在进行各项检查时，头上戴着头戴式摄像头，使得检查人员能够以第一视角来对检查过程进行观察，检查人员通过检查端对所述头戴式摄像头进行远程控制，在检查端界面中点击第一视角录像按钮，开始进行全程录像；
步骤3-4：开始检查；
现场工人按照系统检查项逐项进行检查，每进行一项检查，都需要检查人员进行确认，如果该项检查没有问题，检查人员点击相应的确认按钮，这一项检查结束，进行下一项检查；如果检查人员发现工人检查操作不规范或者其他方面导致检查结果有误，检查人员对此项检查进行驳回，现场工人可以在工人端看到此项检查不通过，重新进行检查；工人-检查人员依次对系统检查项进行检查，直至全部检查通过，则此次检查完毕；检查人员点击第一视角结束录像按钮完成录像；
步骤3-5：数据归档；
检查结束后，检查人员点击结束归档按钮，上传检查视频，完成检查数据归档，点击查看历史按钮查看历史检查过的申请单；
步骤3-6：检查完成。
优选地，所述相机为M20高精度实时测量相机。
优选地，所述检验项目/特性的类型包括定位质量检验、制孔质量检验、波纹度偏差、阶差、间隙。
本发明的有益效果如下：
本发明基于模型远程进行制造符合性保证检查，针对机身大部件对接过程工艺复杂、准确度保障困难、效率低等问题，搭建一种基于动态工艺模型的仿真验证实验环境，提出一种通过实时测量数据进行试装配的仿真模型；针对飞机结构件装配检验效率低等问题，建立一种装配与检验模型，该模型是在装配件MBD数据集和工装数据集的基础上，增加装配件装配过程中定位、制孔、连接等工序检验要求或阶差、间隙、气密等装配完成质量的检验要求等信息后形成的数字模型；针对制造符合性检查活动和数据无法动态管理和系统监督，制造过程无法实时监测追踪等问题，开发基于动态工艺模型的制造符合性保证辅助工具系统。本发明集成装配过程仿真、装配工艺及结构件检验、辅助制造符合性检查三方面，大幅度提高飞机生产制造活动效率以及提升装配准确度，具有广阔的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明大部件筒段对接实验台工作流程图。
图2是本发明装配件检验模型内容。
图3是本发明装配件检验模型建模步骤。
图4是本发明辅助工具系统检查流程。
图5是本发明大部件筒段对接实验台示意图。
图6是本发明集成系统功能模块图。
图7是辅助工具系统主要角色及权限划分示意图。
图中：1-相机；2-相机支撑架；3-六自由度运动平台；4-保型工装托架；5-静支撑台；6-筒段样件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种基于动态工艺模型的制造符合性保证远程检查方法，包括如下步骤：
该方法主要包括3部分内容：实测数据建模与试装配仿真、装配和检验工艺模型建立、基于动态工艺模型的制造符合性保证辅助工具系统。
第1部分：实测数据建模与试装配仿真；
为了验证基于动态工艺模型的制造符合性保证远程检查技术方法的可行性，搭建一种基于动态工艺模型的仿真验证实验环境。
所述实验环境以飞机前机身和中机身的比例试验件为验证对象，搭建一套完整的硬件与软件集成系统。集成系统由四大模块组成：测量模块、姿态调整模块、预装配试装仿真模块和数据通讯模块。在硬件搭建上包括以双相机摄影系统为核心布设的测量场，使用手持式3D扫描仪获取机身筒段试验件对接端面的点云数据，同时搭配高精度光学平台、六自由度运动平台等；在软件搭建上，对四大模块的数据交互进行系统集成，完成机身装配数据流的闭环执行。
硬件集成系统如图5，主要由照相测量部分、筒段支撑调姿部分、等比缩小的筒段样件组成；照相测量部分用于获取部件上关键特征点的位置信息，实现筒段位姿数据实时测量；筒段支撑调姿部分用于准确控制对接部件的位置和姿态；所述照相测量部分由M20高精度实时测量相机1和相机支撑架2等组成，进行正式照相测量前，首先需要对M20高精度实时测量相机1的亮度、对比度、采集控制等参数进行设置。照相测量部分采用两个相机进行照相测量，根据投影变换等转换理论对两个M20高精度实时测量相机1进行标定修正；相机1安装于相机支撑架2上，相机支撑架距离筒段2m 处放置，为了保证相机视场范围满足要求，两台相机1相距3m放置，支撑架2高度可通过自身的伸缩杆进行调节，支撑架2调整高度为1.7m。支撑架2还带有俯仰和偏转功能装置，能够使得测量系统实现不同角度下的测量，最大限度保证测量系统的环境适用性。所述筒段支撑调姿部分包含一个六自由度运动平台3、保型工装托架4和静支撑台5，六自由度运动平台3用于控制筒段6的六个方向自由度，以实现对接部件的位置和姿态的准确控制。静支撑台5和六自由度运动平台3上各自装有保型工装托架4，用于固定支撑两段等比缩小的筒段样件6(统一简称为筒段)。
软件集成系统的主要模块有测量模块、姿态调整模块、预装配试装仿真模块和数据通讯模块。四大主要模块的功能实现如图6所示。所述测量模块主要功能是完成两个机身筒段的空间位姿数据测量、装配环境中的各坐标系变换统一等。更具体地，双相机在完成装配试验现场的位置布局后，在两机身筒段试验件轮廓外表面贴点，建立测量基准，进行两筒段对接的坐标系变换统一和位姿解算。对运动平台进行平移运动，双相机拍摄测量得到运动调姿平台的坐标系将其纳入整体测量坐标系中。所述姿态调整模块主要是通过上位控制软件接收测量数据信息，驱动运动平台搭载中机身筒段试验件完成空间的横滚、俯仰、偏转和平移的姿态变化，完成中机身与前机身筒段试验件的插入式对接。所述预装配试装仿真模块通过使用手持式3D扫描仪对机身筒段试验件对接端面进行扫描，获取基于现场实测的三维点云数据。利用单相机拍摄获得粘贴在机身筒段试验件轮廓表面定位标点三维坐标信息，将此数据信息导入到扫描仪自带的软件系统中，最后扫描仪实时扫描的点云数据三维坐标信息将纳入到双相机摄影测量系统的统一坐标系中。驱动点云数据模型进行试装配仿真，获取对接端面关键点的偏差数据，验证是否完成机身筒段试验件的插入式对接装配。
实验环境工作流程如图1所示：
1、对机身筒段比例试验件进行定位安装
前机身筒段比例试验件放置于静支撑台，中机身筒段比例试验件放置于六自由度运动控制平台。
2、机身部件特征点位姿数据动态测量
测量前将双相机推至测量区域前方2m远，两台相机距离设定为3m。调节相机角度放置在相机支撑架上，高度为1.7m；在两段筒段对接面端面、外形轮廓面均匀布设摄影码标志点方便在对接和测量过程中监测静端筒段和动端筒段的位置姿态关系。之后启动双相机摄影测量系统，在通过标定相机进行了双相机系统位置标定定向后，开始进行实时动态的机身部件位姿信息测量获取。
3、运动平台对动筒段进行调姿
六自由度运动平台中的集成控制系统对双相机摄影测量系统获取的数据进行解算，将其转换成可被六自由度运动平台读取的格式，得出调姿运动的数据参数，然后六自由度运动平台进行调姿运动。
4、双相机摄影系统进行偏差验证
调姿结束后，再次通过双相机摄影测量系统获取机身筒段位姿信息，查验此次调姿是否满足对接设计偏差，如果不满足，则重复第2步到第3步。
5、预装配仿真验证
通过步骤2中获取的实测点云数据进行建模，在虚拟环境进行一次装配仿真，在每一次实际对接之前，在PC机上先进行一次试装配，验证调姿是否满足对接要求。
6、对接完成
上述验证均通过则进行最后的插入式对接，完成对接。
第2部分：建立装配和检验工艺模型；
为了满足飞机结构件装配检验的需求，建立装配和检验工艺模型，所述检验模型是在装配件MBD数据集和工装数据集的基础上，增加装配件装配过程中定位、制孔、连接等工序检验要求或阶差、间隙、气密等装配完成质量的检验要求等信息后形成的数字模型，其中包括检验对象模型、验特性标记、检验要求等信息，主要用于指导装配现场的检验检测工作。
所述装配件检验模型应包含产品、装配资源形成的检验对象模型，定位、制孔、紧固件连接、密封等典型工艺过程的检验信息，以及装配完成形成装配体的最终检验要求信息，如图2所示。
所述装配和检验工艺模型的建立采用与建立产品数模完全相同版本的软件平台，使用CATIA V5 R18版本软件。是在设计模型的基础上，调取待装零组件、参装零组件，形成装配件检验模型中的产品模型，同时根据需要调取部分工装模型，形成装配件检验模型中的资源模型。在此几何模型的基础上，以标注和属性的形式定义装配检验信息。所述装配体检验模型包含产品、装配资源形成的检验对象模型，定位、制孔、紧固件连接、密封等典型工艺过程的检验信息，以及装配完成形成装配体的最终检验要求信息。所述检验对象模型包括待装配零组件、安装要求模型及与装配件的位置要求、配合要求，对装配质量直接影响的产品零组件和工装零组件的几何信息，以及装配件检验模型的基本属性信息。所述工艺过程检验信息(即工序的检验信息)包括定位质量检验、制孔质量检验、铆接质量检验、螺接质量检验和密封质量检验五类。所述装配体的最终检验要求信息也称为特性信息检验，主要有外形、表面质量、功能性试验三种类型。外形方面主要包括型值偏差、波纹度偏差、阶差偏差；表面质量方面主要包括间隙、连接件凸凹量、外表面损失；功能性试验方面主要包括气密试验和油密试验。
装配件检验模型在设计模型、工装模型的基础上定义检验信息，并按照模型组织方式建立面向AO和面向装配单元的装配件检验模型，其建模步骤如图3所示。
1、装配体检验模型几何集定义
为了避免重复工作，可通过提取装配件工艺模型的总工序模型完成装配件检验对象模型的建立。当不存在对应的装配件工艺模型时，采用如下方法建立检验对象模型。
1.1、获取装配件检验模型类型
在DPM环境下，使用MBOM编辑器提取零组件模型，包括待装、参装、装配单元产品零组件及工装零组件四部分，其中待装零组件、参装零组件、装配单元零组件属于产品模型，使用MA建立；工装零组件属于资源模型，使用MK建立。获取装配件检验模型类型，以便使用与其相对应的格式建立模型。
1.2、建立待装零组件
以建立待装零组件.MA为例，其一般步骤为：①进入DELMIA DPM模块，导入产品模型，打开MBOM编辑器；②点击Create Manufacturing Assembly，弹出 ManufacturingProduct对话框，在结构树或模型区选取待装零组件；③建立MA。
以建立工装零组件.MK为例，其一般步骤为：①进入DELMIA DPM模块，导入工装模型Resource，并打开MBOM编辑器；②点击Create Manufacturing Kit，弹出 ManufacturingKit对话框，在结构树或模型区选择工装零组件，③建立MK。
1.3、建立参装零组件
建立参装零组件步骤同待装零组件。
1.4、提取新建的装配体检验模型并命名
将待装零组件、参装零组件另存为新的Product文件，命名为“XXX”，生成XXX-Manufacturing assemblies.Product文件，完成待装零组件与参装零组件的定义。
1.5、新建安装要求模型
从产品设计安装要求模型.Part文件中提取所需的几何集与属性信息，建立安装要求模型-JY.Part文件。在装配件检验模型中，定义安装要求模型有两种情况：
第一种情况：需要安装要求模型中的全部信息，以加载产品零组件的方式加载一个或多个安装要求模型，其中的全部信息都作为装配件检验模型的信息。
第二种情况：只需要安装要求模型中的部分信息，通过提取安装要求模型的几何集和属性集，选择装配件检验模型中需要定义的紧固件、密封等信息，形成针对装配件检验模型的安装要求模型，可减少模型的数据量。
1.6、加载工装零组件，完成几何集定义
导入工装零组件，完成待装零组件、参装零组件与工装零组件的定义。若需要安装要求检验模型.Part文件，在Product节点下导入该文件，完成几何集定义。
2、属性信息集定义
2.1、激活步骤1所建立的装配件检验模型(ARM-JY模型)
2.2、定义模型属性信息
在CATIA软件中采用几何图形集Geometrical Set组织的文本字符串参数来表达模型基本属性、通用注释、装配注释等信息；即创建几何图形集Geometrical Set，分别命名为模型基本属性、通用注释、装配注释等。
2.3、定义其他文本属性参数
添加文本字符串参数，分别命名为AO编号、检验模型编号、检验模型名称、模型版次、更改说明及其他，并输入属性值；组织文本字符串参数，将字符串参数从参数剪切复制到模型基本属性几何图形节点下。
3、标注集定义
在Product Functional Tolerancing&Annotation模块下，通过尺寸标注、形状公差标注、旗注/注释等方式，将需要检验的特性标注在三维模型显示区域，使现场检验人员直观的了解检验项目的位置和检验要求，定义的一般流程为：创建检验项目—尺寸标注/形位公差标注/粗糙度标注/标记—捕获检验任务。
3.1、创建检验项目
创建检验项目应首先激活视图，该视图应保证标注信息清晰显示，然后定义其为标注平面。以feature name区分不同的检验项目，检验项目编号与feature name相同。
3.2、检验项目/特性标注
选择检验项目/特性的类型(如定位质量检验、制孔质量检验、波纹度偏差、阶差、间隙等)—选取特征—标注信息编辑—生成以检验项目名称为特征名称/以对象标注类型.序号为特征名称的TEXT文本。当一个检验项目中存在多个标注信息时，除文本标注以外的其他标注以“检验任务编号-检验项目编号.标注编号”命名。
3.3、捕获检验任务
检验项目定义过程中检验项目编号采用的通用格式为“检验任务编号-检验项目号”，根据检验任务编号确定一个检验任务内所需检验的所有项目，并捕获到一个视图中。建立捕获的一般流程为：创建捕获并重命名—过滤器公差可视化—用户定义视图管理—选择捕获视图定义当前视图。
4、装配和检验工艺模型创建完成
第三部分：基于动态工艺模型的制造符合性保证辅助工具系统
面向装配现场工艺状态与过程无法在远程或计算机端动态可视化，没有便于设计制造符合性检查的有力工具的问题。开展基于动态工艺模型的工艺状态纪实性仿真研究，提供一种可以在计算机端进行监控和制造符合性检查的可行辅助工具系统。
所述基于动态工艺模型的制造符合性保证辅助工具系统(简称辅助工具系统)，集成相关技术方法，结合实验验证环境下的符合性检查、动态建模和数据交互验证，实现了制造现场零组件装配过程和有无状态数据的动态获取、显示和关键工艺状态信息的状态映射仿真。
所述辅助工具系统开发于网页端，其主要界面有四个：管理端界面、工艺端界面、生产端界面、检查端界面。工作人员根据所登入的账户不同，所进入的系统端不同，超级管理员账户进入管理端，管理端功能有角色管理和用户管理；工艺人员账户进入工艺端，工艺端功能为管理所要进行检查的项目、并分配检查人员和现场工人进行检查等；检查人员账户进入检查端，现场工人账户进入生产端，生产端界面与检验端界面主要的功能为：检验流程、数据采集与处理、视频监控。更具体地，生产端发送工艺规程、工序卡片及stp轻量化模型，检验端读取现有的制造符合性检查请求单，及制造符合性检查项目清单，制造符合性检查记录表，通过接收到的工艺规程、工序卡片、 STP轻量化模型、图纸(资料均需数据结构格式化)等，实现远程进行制造符合性检查。
辅助工具系统的角色所拥有的权限如图7所示。管理端具有角色管理和用户管理权限，即管理端可以进行人员的增减，以及对人员进行授权，赋予相应的角色；工艺端具有检查项目的管理以及检查人员和现场工人调配权限；检查端具有制造符合性检查、数据归档等权限；生产端由现场工人账户登入，现场工人通过生产端，配合检查人员完成制造符合性检查、数据测量、工艺文件上传等工作。辅助工具系统检查过程需要检查端和生产端实时交互，生产端每进行一次操作，都需要得到检查端的确认，才可以进行下一步；辅助工具系统可以通过蓝牙接收检查数据，当工人使用具有蓝牙传输功能的检测工具进行工艺检测时，所测得的数据将实时上传至辅助工具系统，实现基于动态工艺模型的制造符合性检查；所述辅助工具系统实时连接现场工人所带头戴式摄像头，实现工艺过程、检查过程的实时记录与监控。
辅助工具系统检查流程如图4所示，详细过程如下：
1、检查前准备
超级管理员与工艺人员分别进入辅助工具系统管理端和工艺端。超级管理员对工作人员信息进行管理、授权，工艺人员提交检查项目的相关文件至辅助工具系统，并对工作人员进行分配。
2、检查申请
现场工人与检查人员进入辅助工具系统，工人进入生产端，检查方进入检查端。当现场工人在生产现场准备进行各项检查时，点击开始检查按钮发起检查申请，等待检查人员点击确认后检查开始。生产端和检查端的所有交互，均需要检查端确认才能继续进行。
3、现场工人第一视角录像
现场工人在进行各项检查时，头上戴着头戴式摄像头，使得检查人员能够以第一视角来对检查过程进行观察，检查人员可以通过检查端对所述头戴式摄像头进行远程控制，在检查端界面中点击第一视角录像按钮，开始进行全程录像。
4、开始检查
现场工人按照系统检查项逐项进行检查，每进行一项检查，都需要检查人员进行确认，如果该项检查没有问题，检查人员点击相应的确认按钮，这一项检查结束，进行下一项检查；如果检查人员发现工人检查操作不规范或者其他方面导致检查结果有误，检查人员可以对此项检查进行驳回，现场工人可以在工人端看到此项检查不通过，重新进行检查。工人-检查人员依次对系统检查项进行检查，直至全部检查通过，则此次检查完毕。检查人员点击第一视角结束录像按钮完成录像。
5、数据归档
检查结束后，检查人员点击结束归档按钮，上传检查视频，完成检查数据归档，点击查看历史按钮可以查看历史检查过的申请单。
6、检查完成。
具体实施例：
1：实验环境搭建
前机身筒段比例试验件放置于固定端平台，中机身筒段比例试验件放置于六自由度运动控制平台，将双相机推至测量区域前方2m远，两台相机距离设定为3m。调节相机角度放置在相机支撑架上，高度为1.7m。然后打开双相机系统软件，进行软件参数设置。
2：建立装配和检验工艺模型
2.1：模型获取及几何信息定义
提取所搭建的实验台装配件工艺模型的总工序模型，完成实验台装配体的几何信息定义。
2.2：模型属性信息定义
在CATIA软件中采用几何图形集Geometrical Set组织的文本字符串参数来对模型进行属性信息定义，分别命名为模型基本属性、通用注释、装配注释等。
2.3：模型标注信息定义
在Product Functional Tolerancing&Annotation模块下，通过尺寸标注、形状公差标注、旗注/注释等方式，将需要检验的特性标注在三维模型显示区域，使现场检验人员直观的了解检验项目的位置和检验要求，定义的一般流程为：创建检验项目—尺寸标注/形位公差标注/粗糙度标注/标记—捕获检验任务。
3：制造符合性检查前的准备工作
工艺人员进入工艺端，选择上传此次进行的检查项目(即筒段对接准确度检查项目)的相关文件，并将步骤2所建立的装配检验工艺模型上传至辅助工具系统，最后从超级管理员录入的人员名单中选择检查人员和现场工人进行此项目的检查工作。
4：开始制造符合性检查
现场工人与检查人员进入辅助工具系统，现场工人启动头戴式摄像头，检查人员在检查端界面中点击第一视角录像按钮，开始进行全程录像，现场工人点击开始检查按钮发起检查申请，等待检查人员点击确认后检查开始。
5：对接前筒段工艺检查
检查人员通过检查申请后，现场工人通过装配与检验模型辅助自己进行检测工作，对两筒段的对接端面长度、对接端面厚度等尺寸进行检查，每进行一项检查，都需要检查人员进行确认，如果该项检查没有问题，检查人员点击相应的确认按钮，这一项检查结束，进行下一项检查；如果检查人员发现工人检查操作不规范或者其他方面导致检查结果有误，检查人员可以对此项检查进行驳回，现场工人可以在工人端看到此项检查不通过，重新进行检查。
6：进行筒段对接装配
6.1：机身部件特征点位姿数据动态测量
在两段筒段对接面端面、外形轮廓面均匀布设摄影码标志点方便在对接和测量过程中监测静端筒段和动端筒段的位置姿态关系。之后启动双相机摄影测量系统，在通过标定相机进行了双相机系统位置标定定向后，开始进行实时动态的机身部件位姿信息测量获取。
6.2：运动平台对动筒段进行调姿
六自由度运动平台中的集成控制系统对双相机摄影测量系统获取的数据进行解算，将其转换成可被六自由度运动平台读取的格式，得出调姿运动的数据参数，然后六自由度运动平台进行调姿运动。
6.3：双相机摄影系统进行偏差验证
调姿结束后，再次通过双相机摄影测量系统获取机身筒段位姿信息，查验此次调姿是否满足对接设计偏差，如果不满足，则重复步骤6.1～6.2。
6.4：预装配仿真验证
通过步骤6.1中获取的实测点云数据进行建模，在虚拟环境进行一次装配仿真，在每一次实际对接之前，在PC机上先进行一次试装配，验证调姿是否满足对接要求。
6.5：对接完成
上述验证均通过则进行最后的插入式对接，完成对接。
7：对接后装配工艺检查
现场工人按照系统检查项逐项进行检查，如阶差、对缝等工艺检查，每进行一项检查，都需要检查人员进行确认，如果该项检查没有问题，检查人员点击相应的确认按钮，这一项检查结束，进行下一项检查；如果检查人员发现工人检查操作不规范或者其他方面导致检查结果有误，检查人员可以对此项检查进行驳回，现场工人可以在工人端看到此项检查不通过，重新进行检查。工人-检查人员依次对系统检查项进行检查，直至全部检查通过，则此次检查完毕。检查人员点击第一视角结束录像按钮完成录像。
8：数据归档
输出检查记录表、检查过程视频记录等文件，进行归档保存。
9：完成制造符合性检查。
Claims (3)
1.一种基于动态工艺模型的制造符合性保证远程检查方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：搭建基于动态工艺模型的仿真验证实验环境；
步骤1-1：以飞机前机身和中机身的比例试验件为验证对象，搭建硬件与软件集成系统；
所述集成系统的硬件部分包括照相测量部分和筒段支撑调姿部分；所述照相测量部分包括两组相机和相机支撑架，相机安装在相机支撑架上，用于获取机身部件上关键特征点的位置信息，实现机身筒段位姿数据实时测量；所述机身筒段支撑调姿部分包括六自由度运动平台、保型工装托架和静支撑台，所述六自由度运动平台用于控制机身筒段的六个方向自由度，所述静支撑台和六自由度运动平台上各自装有保型工装托架，用于固定支撑筒段样件，以实现对接部件的位置和姿态的准确控制；
所述集成系统的软件部分包括测量模块、姿态调整模块、预装配试装仿真模块和数据通讯模块；所述测量模块完成机身筒段的空间位姿数据测量、装配环境中的各坐标系变换统一；所述姿态调整模块通过上位控制软件接收测量数据信息，驱动运动平台搭载中机身筒段试验件完成空间的横滚、俯仰、偏转和平移的姿态变化，完成中机身与前机身筒段试验件的插入式对接；所述预装配试装仿真模块通过使用手持式3D扫描仪对机身筒段试验件对接端面进行扫描，获取基于现场实测的三维点云数据；所述数据通讯模块用于上面三个模块之间的通讯；
步骤1-2：对机身筒段比例试验件进行定位安装
前机身筒段比例试验件放置于静支撑台，中机身筒段比例试验件放置于六自由度运动控制平台；
步骤1-3：机身部件特征点位姿数据动态测量
测量前将两个相机推至测量区域前方2m远，两台相机距离设定为3m；调节相机角度放置在相机支撑架上，高度为1.7m；在两段筒段对接面端面、外形轮廓面均匀布设摄影码标志点，在对接和测量过程中监测静端筒段和动端筒段的位置姿态关系；启动照相测量部分，在通过标定相机进行照相测量部分位置标定定向后，进行实时动态的机身部件位姿信息测量获取；
步骤1-4：六自由度运动平台对动筒段进行调姿；
六自由度运动平台中的集成控制系统对照相测量部分获取的数据进行解算，将其转换成能被六自由度运动平台读取的格式，得出调姿运动的数据参数，然后六自由度运动平台进行调姿运动；
步骤1-5：照相测量部分进行偏差验证；
调姿结束后，再次通过照相测量部分获取机身筒段位姿信息，查验此次调姿是否满足对接设计偏差，如果不满足，则重复步骤1-3和步骤1-4；
步骤1-6：预装配仿真验证；
通过使用手持式3D扫描使用采用三维点云数据进行建模，在虚拟环境进行一次装配仿真，在每一次实际对接之前，在PC机上先进行一次试装配，验证调姿是否满足对接要求；
步骤1-7：对接完成；
上述验证均通过则进行最后的插入式对接，完成对接；
步骤2：建立装配和检验工艺模型；
步骤2-1：装配体检验模型几何集定义；
提取装配件工艺模型的总工序模型完成装配件检验对象模型的建立；当不存在对应的装配件工艺模型时，采用如下方法建立检验对象模型：
步骤2-1-1：获取装配件检验模型类型；
在DPM环境下，使用MBOM编辑器提取零组件模型，包括待装、参装、装配单元产品零组件及工装零组件四部分，其中待装零组件、参装零组件、装配单元零组件属于产品模型，使用MA建立；工装零组件属于资源模型，使用MK建立；获取装配件检验模型类型，以便使用与其相对应的格式建立模型；
步骤2-1-2：建立待装零组件；
进入DELMIA DPM模块，导入产品模型，打开MBOM编辑器；点击创建，弹出对话框，在结构树或模型区选取待装零组件；建立待装零组件；
步骤2-1-3：建立参装零组件；
进入DELMIA DPM模块，导入产品模型，打开MBOM编辑器；点击创建，弹出对话框，在结构树或模型区选取待装零组件；建立参装零组件；
步骤2-1-4：提取新建的装配体检验模型并命名；
将待装零组件、参装零组件另存为新的Product文件，命名为“XXX”，生成XXX-Manufacturing assemblies.Product文件，完成待装零组件与参装零组件的定义；
步骤2-1-5：新建安装要求模型；
从产品设计安装要求模型.Part文件中提取所需的几何集与属性信息，建立安装要求模型-JY.Part文件；在装配件检验模型中，定义安装要求模型有两种情况：
第一种情况：需要安装要求模型中的全部信息，以加载产品零组件的方式加载一个或多个安装要求模型，其中的全部信息都作为装配件检验模型的信息；
第二种情况：只需要安装要求模型中的部分信息，通过提取安装要求模型的几何集和属性集，选择装配件检验模型中需要定义的紧固件、密封信息，形成针对装配件检验模型的安装要求模型，减少模型的数据量；
步骤2-1-6：加载工装零组件，完成几何集定义；
导入工装零组件，完成待装零组件、参装零组件与工装零组件的定义；若需要安装要求检验模型.Part文件，在Product节点下导入该文件，完成几何集定义；
步骤2-2：属性信息集定义；
步骤2-2-1：激活步骤2-1所建立的装配件检验模型；
步骤2-2-2：定义模型属性信息；
在CATIA软件中采用几何图形集Geometrical Set组织的文本字符串参数来表达模型基本属性、通用注释、装配注释等信息；即创建几何图形集Geometrical Set，分别命名为模型基本属性、通用注释、装配注释；
步骤2-2-3：定义其他文本属性参数；
添加文本字符串参数，分别命名为AO编号、检验模型编号、检验模型名称、模型版次、更改说明及其他，并输入属性值；组织文本字符串参数，将字符串参数从参数剪切复制到模型基本属性几何图形节点下；
步骤2-3：标注集定义；
在Product Functional Tolerancing&Annotation模块下，通过尺寸标注、形状公差标注、旗注/注释等方式，将需要检验的特性标注在三维模型显示区域，使现场检验人员直观的了解检验项目的位置和检验要求，定义的流程为：创建检验项目—尺寸标注/形位公差标注/粗糙度标注/标记—捕获检验任务；
步骤2-3-1：创建检验项目；
创建检验项目应首先激活视图，该视图应保证标注信息清晰显示，然后定义其为标注平面；以feature name区分不同的检验项目，检验项目编号与feature name相同；
步骤2-3-2：检验项目/特性标注；
选择检验项目/特性的类型—选取特征—标注信息编辑—生成以检验项目名称为特征名称/以对象标注类型.序号为特征名称的TEXT文本；当一个检验项目中存在多个标注信息时，除文本标注以外的其他标注以“检验任务编号-检验项目编号.标注编号”命名；
步骤2-3-3：捕获检验任务；
检验项目定义过程中检验项目编号采用的通用格式为：验任务编号-检验项目号，根据检验任务编号确定一个检验任务内所需检验的所有项目，并捕获到一个视图中；建立捕获的流程为：创建捕获并重命名—过滤器公差可视化—用户定义视图管理—选择捕获视图定义当前视图；
步骤2-4：装配和检验工艺模型创建完成；
步骤3：基于动态工艺模型的制造符合性保证辅助工具系统；
所述辅助工具系统开发于网页端，包括四个界面：管理端界面、工艺端界面、生产端界面和检查端界面；
工作人员根据所登入的账户不同，所进入的系统端不同：超级管理员账户进入管理端，管理端功能有角色管理和用户管理；工艺人员账户进入工艺端，工艺端功能为管理所要进行检查的项目、并分配检查人员和现场工人进行检查；检查人员账户进入检查端；现场工人账户进入生产端；生产端界面与检验端界面的功能为：检验流程、数据采集与处理、视频监控；生产端发送工艺规程、工序卡片及stp轻量化模型，检验端读取现有的制造符合性检查请求单，及制造符合性检查项目清单，制造符合性检查记录表，通过接收到的工艺规程、工序卡片、STP轻量化模型、图纸，实现远程进行制造符合性检查；
辅助工具系统检查流程具体过程如下：
步骤3-1：检查前准备；
超级管理员与工艺人员分别进入辅助工具系统管理端和工艺端；超级管理员对工作人员信息进行管理、授权，工艺人员提交检查项目的相关文件至辅助工具系统，并对工作人员进行分配；
步骤3-2：检查申请；
现场工人与检查人员进入辅助工具系统，工人进入生产端，检查方进入检查端；当现场工人在生产现场准备进行各项检查时，点击开始检查按钮发起检查申请，等待检查人员点击确认后检查开始；生产端和检查端的所有交互，均需要检查端确认才能继续进行；
步骤3-3：现场工人第一视角录像；
现场工人在进行各项检查时，头上戴着头戴式摄像头，使得检查人员能够以第一视角来对检查过程进行观察，检查人员通过检查端对所述头戴式摄像头进行远程控制，在检查端界面中点击第一视角录像按钮，开始进行全程录像；
步骤3-4：开始检查；
现场工人按照系统检查项逐项进行检查，每进行一项检查，都需要检查人员进行确认，如果该项检查没有问题，检查人员点击相应的确认按钮，这一项检查结束，进行下一项检查；如果检查人员发现工人检查操作不规范或者其他方面导致检查结果有误，检查人员对此项检查进行驳回，现场工人可以在工人端看到此项检查不通过，重新进行检查；工人-检查人员依次对系统检查项进行检查，直至全部检查通过，则此次检查完毕；检查人员点击第一视角结束录像按钮完成录像；
步骤3-5：数据归档；
检查结束后，检查人员点击结束归档按钮，上传检查视频，完成检查数据归档，点击查看历史按钮查看历史检查过的申请单；
步骤3-6：检查完成。
2.根据权利要求1所述的一种基于动态工艺模型的制造符合性保证远程检查方法，其特征在于，所述相机为M20高精度实时测量相机。
3.根据权利要求1所述的一种基于动态工艺模型的制造符合性保证远程检查方法，其特征在于，所述检验项目/特性的类型包括定位质量检验、制孔质量检验、波纹度偏差、阶差、间隙。
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| CN103020393A (zh) * | 2012-12-31 | 2013-04-03 | 北京航空航天大学 | 一种基于Web的飞机装配数据可视化方法 |
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