JP2017162439A - 可撓体のシム合わせのためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確にサイズ設定された所望の寸法のシムが得るシステム及び方法を提供する。【解決手段】第１の部材の第１のデジタル表示と、第２の部材の第２のデジタル表示とを提供することを含む方法であって、第１の部材と第２の部材は接合されるように構成される。また、同じ座標系において第１のデジタル表示と第２のデジタル表示とを位置合わせすることも含む。更に、座標系において、加荷重に対応する第１のデジタル表示又は第２のデジタル表示のうちの少なくとも１つに対応する仮想変形を決定することを含む。また、仮想変形に基づいて第１の部材と第２の部材との間に介在すべきシムのシム寸法を決定することを含む。更に、シム寸法を有するシムを製造することを含む。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は概して、可撓体のシム合わせのためのシステム及び方法に関する。

シムは、接合されるべき部材間の面の差異又は相違を埋めるために用いられうる。しかしながら、過剰に厚いシムでは、工学的要件に抵触する場合がある。更に、過剰に厚いシムにより、構造体の重量が増加しうる。また、シムのサイズを設定する従来の方法では、正確にサイズ設定された所望の寸法のシムが得られない場合がある。

従って、本明細書に開示された様々な実施形態において、構造体を形成するための部材の接合において使用されるシムを選択し、製造し、及び／又は用いるための時間及び／又は費用の削減が得られる。

本開示の特定の実施形態により、方法が提供される。本方法は、第１の部材の第１のデジタル表示と、第２の部材の第２のデジタル表示とを提供することを含む。第１の部材と第２の部材は、接合されるように構成されている。本方法はまた、同じ座標系において、第１のデジタル表示と第２のデジタル表示とを位置合わせすることも含む。更に、本方法は、座標系において、加荷重に対応する第１のデジタル表示又は第２のデジタル表示のうちの少なくとも１つに対応する仮想変形を決定することを含む。また、本方法は、仮想変形に基づいて第１の部材と第２の部材との間に介在すべきシムのシム寸法を決定することも含む。本方法は更に、シム寸法を有するシムを製造することを含む。

本開示の特定の実施形態により、方法が提供される。本方法は、第１の部材及び第２の部材を提供することを含む。本方法はまた、第１の部材の第１のデジタル表示と、第２の部材の第２のデジタル表示とを提供することも含む。第１の部材と第２の部材は、接合されるように構成される。本方法はまた、同じ座標系において、第１のデジタル表示と第２のデジタル表示とを位置合わせすることも含む。更に、本方法は、座標系において、加荷重に対応する第１のデジタル表示又は第２のデジタル表示のうちの少なくとも１つに対応する仮想変形を決定することを含む。また、本方法は、仮想変形に基づいて第１の部材と第２の部材との間に介在すべきシムのシム寸法を決定することを含む。本方法は更に、シム寸法を有するシムを製造することと、第１の部材及び第２の部材の間に介在するシムを有する第１の部材と第２の部材とを接合することとを含む。

本開示の特定の実施形態により、第１の部材と、第２の部材と、第１の部材と第２の部材との間に介在するシムを含む構造体が提供される。シムは、第１の部材の第１のデジタル表示又は第２の部材の第２のデジタル表示とのうちの少なくとも１つに対応する仮想変形に基づいて選択されるシム寸法を有する。仮想変形は、加荷重に基づくものである。

本開示の一実施形態に係る方法を示すフロー図である。 本開示の一実施形態に係る第１の部材と、第２の部材と、シムとを含む構造体を示す斜視図である。 図２の構造体の第１の部材と第２の部材を示す斜視図である。 本開示の一実施形態に係る、位置合わせされたデジタル表示の一例を示す図である。 互いに近づくように移動している、位置合わせされたデジタル表示の一例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る、湾曲した公称面を使用してシム寸法を決定する一例を示す図である。 図６の公称合わせ面と、第１の面と第２の面との間の差異を利用することによって形成された例示のシムを示す図である。 本開示の一実施形態に係る、図６の第１の面と第２の面、及び第１の湾曲した公称合わせ面と第２の湾曲した公称合わせ面との間の差異を利用することによって形成された例示のシムを示す図である。 本開示の一実施形態に係る、湾曲したデジタル表示を使用してシム寸法を決定する一例を示す図である。 図９の湾曲したデジタル表示間の空間を使用することによって形成された例示のシムを示す図である。 本開示の一実施形態に係る方法を示すフロー図である。 航空機の製造及び保守方法を示すブロック図である。 航空機を示す概略図である。 本開示の一実施形態に係る、第１の部材と第２の部材との間の空間を示す概略図である。

上記の概要、及び特定の実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面を参照して読むことにより、より深く理解される。本明細書で使用される「一（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」に続く単数形の要素又はステップは、複数の当該要素又はステップを必ずしも除外しないと理解されたい。更に、「一実施形態」への言及は、追加の実施形態の存在を除外すると解釈されることを意図せず、それら追加の実施形態もまた、本明細書に記載の特徴を内包する。また、反対に、明示的に記述されない限り、特定の性質を有する一又は複数の要素を「備える」「含む」又は「有する」実施形態は、その性質を有しない追加的な要素を含み得る。

本開示の実施形態は、可撓体、例えば許容可能な又は所定の組立力下で湾曲するであろう本体の接合を伴う接続部においてシム合わせを行うシステム及び方法を提供するものである。様々な実施形態は、嵌合パーツ間の空間を埋めるのに必要なシムの厚さを削減するために提供されるものである。様々な実施形態では、一又は複数の嵌合面の面形状が決定され、各嵌合パーツのデジタル表示を作成するのに使用されうる。パーツ間の空間を最小限に抑えるために、組立中に存在する力に従って、一又は複数の嵌合パーツ（又はこれに対応する公称面）が仮想変形されうる。仮想変形したパーツ間の空間を埋めるためにデジタル領域が構築され得、このデジタル領域に基づいてシムが製造される。

本開示の実施形態は、改善された可撓体の接合、例えば可撓体を接合させるために使用されるシムの改善された設計及び製造を提供するものである。本明細書に記載されるように、状況に応じて、組立又は製造時間の削減、及び／又は品質の改善が得られる。

図１に、様々な実施形態に係る（例えば２以上の部材からできている構造体を提供するための）方法１００のフロー図を示す。方法１００は例えば、本明細書に記載される様々な実施形態の構造体又は態様（例えばシステム及び／又は方法及び／又はプロセスフロー）を採用しうる、又はこれらによって実施されうる。様々な実施形態では、一定のステップが省略されるか、追加されることがあり、一定のステップが組み合わされることがあり、一定のステップが同時に実行されることがあり、一定のステップが複数のステップに分けられることがあり、一定のステップが異なる順番で実行されることがあり、あるいは、一定のステップまたは一連のステップが反復して再実行されることがある。

１０２において、第１の部材と第２の部材が提供される。第１の部材と第２の部材は、例えば第１及び第２の部材の対応する面に沿って互いに接合されるように構成される。第１及び第２の部材は例えば、飛行機の胴体又は翼のパーツとして使用されうる構造体を形成するために接合されうる。例えば、図２に、様々な実施形態に係る構造体２００の斜視図を示す。構造体２００は、第１の部材２１０と第２の部材２３０との間に介在するシム２２０を有する第１の部材２１０と第２の部材２３０を含む。第１の部材２１０と第２の部材２３０は、ファスナ２５０及び／又はファスナ２６０を介して接合されうる。ファスナは例えば、バネ荷重ファスナであってよい。ファスナ２５０は例えば、永久ファスナ２６０用のパイロット穴を開けている間、及び／又は他の位置合わせ作業が実施されている間、第１の部材２１０、第２の部材２３０、及びシム２２０を適所に保持するために使用される仮ファスナであってよい。仮ファスナ２５０は、永久ファスナ２６０が取り付けられた後に取り除かれうる。仮ファスナ２５０は、永久ファスナ２６０よりも低い接合力を付与しうる。幾つかの実施形態では、第１の部材２１０と第２の部材２３０は、異なる材料から形成されうる。第１の部材２１０は例えば、フレームと称され得、中でもアルミニウム又はチタンでできていてよい。第２の部材２３０は例えば、複合材料でできていてよく、たる形（ｂａｒｒｅｌ）又は外板と称されうる。シム２２０は例えば、ガラス繊維でできていてよい。構造体２００の長さに沿って、一連のシム２２０が提供されうることを注記したい。幾つかの実施形態では、各シム２２０は構造体２００の幅にわたって延在しうる。

一般に、第１の部材２１０と第２の部材２３０との間のぴったりした適合又は相互関係を確保する助けとなるように、シム２２０が採用されうる。例えば、第１の部材２１０及び／又は第２の部材２３０は目標の設計状態から外れた面を含む場合があり、第１の部材２１０と第２の部材２３０が直接接合されると、その間に隙間ができる。シム２２０は、第１の部材２１０と第２の部材２３０が接合された後に、構造体２００の全ての内部隙間を除去する、縮小する、又は最小限に抑えるようにサイズ設定され、構成されうる。

図３に、シム２２０のない構造体２００の第１の部材２１０と第２の部材２３０の図を示す。図２及び３に示すように、第１の部材２１０は第１の面２１２を含み、第２の部材２３０は第２の面２３２を含む。第１の面２１２と第２の面２３２は、互いに向かって配向され、それらの間に介在すべきシム２２０（図３に図示せず、例えば図２を参照のこと）のために構成されている。

１０４において、第１及び第２の部材のデジタル表示が提供されている図１を再び参照する。例えば、第１の部材の第１のデジタル表示が提供され得、第２の部材の第２のデジタル表示が提供されうる。デジタル表示は、第１及び第２の部材各々の少なくとも一部のマッピングを含みうる。例えば、続いて図３を参照すると、デジタル表示は、第１の部材２１０及び第２の部材２３０それぞれの第１の面２１２と第２の面２３２のマッピングを含みうる。幾つかの実施形態では、デジタル表示は、第１の部材と第２の部材を測定することによって得られうる。

例えば、図１に示す例では、１０６において、第１の部材と第２の部材が測定され、第１のデジタル表示と第２のデジタル表示が得られる。幾つかの実施形態では、第１及び第２の部材（例えば第１及び第２の部材の一又は複数の面）が３Ｄスキャン装置で測定され、第１及び第２の部材各々の少なくとも１つの面の点群又はマップが得られうる。

１０８において、第１のデジタル表示と第２のデジタル表示が同じ座標系で位置合わせされる。第１のデジタル表示と第２のデジタル表示は、第１の部材と第２の部材が接合されるべき所望の位置に基づいて位置合わせされうる。例えば、デジタル表示は、一又は複数の基線又は基準マーカー（例：角又は他の目印）に基づいて位置合わせされうる。

図４に、位置合わせされたデジタル表示の一例を示す。図４では、座標系４５０において、第１のデジタル表示４１０と第２のデジタル表示４３０が相対的に位置合わせされている。幾つかの実施形態では、第１のデジタル表示と第２のデジタル表示は、目標の設計条件に対応する位置、あるいは最終的な組立状態に対応する位置において、相対的に位置合わせされうる（例えば相対的に配向され、互いから一定の距離に配置される）。例示の実施形態では、第１のデジタル表示４１０は第１の部材２１０に対応し、第１の面２１２の点群又はマッピングを含み、第２のデジタル表示４３０は第２の部材２３０に対応し、第２の面２３２の点群又はマッピングを含む。第１のデジタル表示４１０と第２のデジタル表示４３０は、第１の面２１２と第２の面２３２とが互いに向かって配向されるように互いに位置合わせされる。簡単にまた明らかに例示するために、図４のデジタル表示を二次元のみで示したが、実際にはデジタル表示は三次元でありうることを注記したい。様々な実施形態では、第１の面２１２及び第２の面２３２は互いから一定の間隔を置いて配置されうる。第１の面２１２と第２の面２３２が一致した場合、上記位置決めは、シムの厚さゼロに相当する。

再び図１を参照する。幾つかの実施形態では、第１及び第２のデジタル表示は、最初の位置合わせの後で調節されうることを注記したい。例えば、例示の実施形態では、１１０において、座標系における最初の位置合わせの後で、第１及び第２のデジタル表示が互いに近づくように移動される。図５に、互いに近づくように移動している、図４の位置合わせされたデジタル表示（例：デジタル表示４１０、４３０）の一例を示す。図５に示すように、第１のデジタル表示４１０と第２のデジタル表示４３０は、図４に示す最初の位置合わせの位置よりも互いに近づくように移動している。移動の量は、様々な実施形態において最小限のシムの厚さに対応しうる。例えば、第１のデジタル表示４１０は、第１のデジタル表示４１０と第２のデジタル表示との間の最小距離５５０が、最小限の容認可能な又は所望のシムの厚さと等しくなる、あるいは所定の量を超えるまで、第２のデジタル表示４３０に向かって移動されうる。デジタル表示を互いに向かって移動させることは、シムの厚さを縮小する、及び／又は第１と第２の部材の組立配向を改善する助けとなりうる。様々な実施形態では、測定された又は決定された面は、本明細書に記載されるように、公称の又は測定された面の湾曲前、湾曲後、あるいは湾曲と同時に繰り返し移動されうることを注記したい。

１１２において、第１のデジタル表示又は第２のデジタル表示のうちの少なくとも１つに対応する仮想変形が決定される。様々な実施形態における仮想変形は、加荷重に起因して、又は加荷重に対応して起こりうる。仮想変形は、第１のデジタル表示及び第２のデジタル表示が相対的に位置決めされ、位置合わせされる座標系において決定される。幾つかの実施形態では、第１及び第２のデジタル表示の両方についての仮想変形が決定され得、他の実施形態では、第１及び第２のデジタル表示のうちの１つのみについての仮想変形が決定されうる。幾つかの実施形態では、一又は複数の力又は荷重が加えられるデジタル表示の自由体図等のモデルを使用して、仮想変形が決定されうる。幾つかの実施形態では、仮想変形を決定するために、有限要素解析（ＦＥＡ）又は他の計算技法が採用されうる。仮想変形は、一又は複数のデジタル表示自体の湾曲に対して決定されうる、あるいは、理想的な又は公称の面又は表示に対して決定された後で、一又は複数のデジタル表示と比較されうることを注記したい。

例示の実施形態では、１１４において、第１のデジタル表示又は第２のデジタル表示のうちの少なくとも１つに仮想荷重が加えられる。仮想荷重は、加荷重に対応する。加荷重は、組立中及び／又は使用中に第１及び第２の部材に加わる荷重（又は荷重のセット）である。仮想荷重は、加荷重のモデルである。例えば、第１及び第２の部材は、第１と第２の部材に所定の接合力を付与する一連のファスナによって接合されうる。１１６において、次に第１及び第２の部材に沿ったファスナの位置に対応する位置で、ファスナによってもたらされる接合力に対応する大きさの仮想荷重が第１のデジタル表示及び／又は第２のデジタル表示に加えられうる。様々な実施形態において、他の荷重が追加で又は代替的に加えられうる。例えば、重力がかかりうる片持ち構造に対しては、第１及び第２のデジタル表示の一方あるいは両方に仮想重力が加えられうる。例えば、第１の部材２１０と第２の部材２３０が図６に示すように左エッジから片持ち状態になっている場合、図６に示す力６３５が加えられうる。

幾つかの実施形態では、仮想変形を決定することが、１１８において、第１の部材又は第２の部材のうちの少なくとも１つのパラメータ化モデルを用いることを含みうる。一般に、部材の物理構造を表す一又は複数の部材のモデルが構築されうる。モデルには、予期される荷重のサイズ、形状、材料、量と配分、及び全ての支持点又は制約が含まれうる。次に、予期される、又は許容範囲の値において、モデルの一又は複数の特性（例：中でも、加えられる力の量、又は部材の厚さ）、及びその範囲にわたって決定された変形量が変化しうる。次に、一又は複数の特性に基づいて、変形量がパラメータ化されうる。例えば、パラメータ化モデルを作り出すために、仮想荷重の範囲を使用して、第１の部材（又はフレーム）のモデルに有限要素解析が実施されうる。パラメータ化についての追加の詳細は、図１１及び関連説明に記載されている場合がある。例えば許容可能な力の限界内等のパーツの予測される湾曲をパラメータ化することで、シムが設計される度に有限要素モデルを作成することなく、形状の変化又はたわみをすばやく予測することが可能になりうることを注記したい。

１２０において、仮想変形に基づいて、第１の部材と第２の部材との間に介在すべきシムのシム寸法が決定される。例えば、仮想変形が決定した後で、結果的な第１のデジタル表示と第２のデジタル表示の第１の面及び第２の面の寸法と、それらの間の距離を使用して、第１の部材と第２の部材との間に配置すべきシムのサイズ及び形状が決定される。従って、様々な実施形態では、接合された時に第１の部材及び／又は第２の部材に起こる変形量を評価する、モデル化する、又は予測する、より正確にサイズ設定され、寸法設定されたシムが得られうる。様々な実施形態において、シムの寸法を決定するための様々な異なる技法が用いられうる。

一例として、１２２において、第１のデジタル表示と第１の湾曲した公称合わせ面との間の寸法が決定され、第２のデジタル表示と第２の湾曲した公称合わせ面との間の寸法が決定される。公称面は、理想的な状態又は設計された状態に対応する。幾つかの実施形態では、測定された面と公称面とは、ある測定された面から（例えば第１の面から公称面まで）マイナスのシム厚値が生じうるように配向され得、これは対応する位置におけるシムの厚さ（例えば第２の面から公称面までの）がより大きい絶対値である場合のときであり、その結果、シムの結合厚さはプラスの値となることを注記したい。

図６に、いくつかの実施形態に係る、湾曲した公称面を使用してシム寸法を決定する一実施例を示す。例えば、図６に、第１のデジタル表示４１０と第２のデジタル表示４３０を示す。第１のデジタル表示４１０と第２のデジタル表示との間に介在するのは、公称合わせ面６５０である。公称合わせ面６５０は、力が加えられていない、理想的な第１の部材と第２の部材との間の合わせ面、あるいは、設計された状態の第１の部材２１０と第２の部材２３０との間の合わせ面を表すものである。第１のデジタル表示４１０と公称合わせ面６５０との間の差異は、実際の第１の部材２１０の理論的な設計ターゲットとの相違、又は偏向に対応し、第２のデジタル表示４３０と公称合わせ面６５０との間の差異は、実際の第２の部材２３０の理論的な設計ターゲットとの相違、又は偏向に対応する。幾つかの実施形態では、シムの厚さを最小限にするために、第１のデジタル表示４１０と第２のデジタル表示４３０を公称合わせ面６５０から更なる距離を置いて配置しうる、又は更なる距離だけオフセットを設けうる。例えば、図１４に見られるように、第１の点線１４１０は最小限の合わせ面１４０２の片側における第１の部材２１０の最初の位置決めに対応し、第２の点線１４２０は、第２の部材２３０の最初の位置決めに対応する。図１４において分かるように、第１の点線１４１０と第２の点線１４２０との間の距離１４０４は、最小シム厚１４０６よりも小さい。従って、シム厚１４０６を最小限にするために、第１の部材２１０は、第１の実線１４１２に対応する位置へ再位置決めされ得、第２の部材２３０は、第２の実線１４２２に対応する位置へ再位置決めされうる。

製造されるべきシム（例：シム２２０）をサイズ設定するために、公称合わせ面６５０を、湾曲条件（例えばパーツにかかる一又は複数の荷重の印加から生じた条件）における完全な又は理想的なパーツを表す一又は複数の面で置換しうる。例示の実施形態では、第１の湾曲した公称合わせ面６６０を提供するために、第１の部材２１０に対応する完全な又は理想的なパーツに分散荷重６５２（例：第１及び第２の部材を結びつけるように構成されたファスナ６５４の群によってもたらされる荷重に対応する荷重）が加えられる。図６で見られるように、第１の湾曲した公称合わせ面６６０は、公称合わせ面６５０よりも第１の面２１２に近く、第１の湾曲した公称合わせ面６６０と第１の面２１２との間のボイド６６２を画定する。製造されるべきシム（例：シム２２０）のサイズ設定に、ボイド６６２が使用されうる。第１の湾曲した公称合わせ面６６０と公称合わせ面６５０との間の空間６６４は、公称合わせ面６５０の代わりに第１の湾曲した公称合わせ面６６０を用いることによって節約されうるシム領域を表す。

図６でも見られるように、分散荷重６５２（例えば第１の部材と第２の部材を結びつけるように構成されたファスナ６５４の群によってもたらされる荷重に対応する荷重）が第２の部材２３０に対応する完全な又は理想的なパーツに加えられて、第２の湾曲した公称合わせ面６７０が得られる。図６に見られるように、第２の湾曲した公称合わせ面６７０は公称合わせ面６５０よりも第２の面２３２に近く、第２の湾曲した公称合わせ面６７０と第２の面２３２との間のボイド６７２を画定する。ボイド６７２を使用して、シムサイズの一部が決定されうる。例えば、ボイド６７２の領域がボイド６６２の領域に追加されて、シム領域８０２が決定されうる（図８参照）。第２の湾曲した公称合わせ面６７０と公称合わせ面６５０との間の空間６７４は、公称合わせ面６５０の代わりに第２の湾曲した公称面６７０を用いることによって節約されうるシム領域８０２を表している（図８参照）。

図７に、公称合わせ面６５０と、第１の面２１２及び第２の面２３２との間の差異を利用することによって形成される例示のシム７００を示す。図８に、第１の面２１２及び第２の面２３２と、第１の湾曲した公称合わせ面６６０及び第２の湾曲した公称合わせ面６７０との間の差異をそれぞれ利用することによって（又はボイド６６２、６７２の領域を追加して）形成される例示のシム８００を示す。図７及び８に見られるように、シム７００に存在する空間６６４、６７４の領域に対応する領域７１０がシム８００から取り除かれることにより、空間が節約されるだけでなく、第１の部材２１０と第２の部材２３０が湾曲した時に使用される、より正確なシム８００が得られる。

図１を再び参照する。別の実施例として、１２４において、仮想変形に基づいて、第１のデジタル表示４１０と第２のデジタル表示４３０との間の空間に基づいてシム寸法が決定される。（図９及び１０と関連説明を参照のこと）例えば、第１のデジタル表示４１０又は第２のデジタル表示４３０の一方又は両方が、（例えば第１の部材２１０と第２の部材２３０に加えられる既知の荷重６５２に基づいて）仮想変形され、第１のデジタル表示４１０と第２のデジタル表示４３０との間の空間を使用して、シム２２０の寸法が決定されうる。

図９に、様々な実施形態に係る湾曲したデジタル表示（例えば９１２、９３２）を使用してシム（例えばシム２２０）の寸法を決定する一例を示し、図１０に、図９の湾曲したデジタル表示間の空間を使用することによって形成される例示のシムを示す。図９及び１０に見られるように、第１のデジタル表示４１０の第１の面２１２と、湾曲条件にある第１のデジタル表示４１０の第１の湾曲面９１２との間に空間９０２が存在する。例えば、ファスナによってもたらされる接合荷重に対応する分散荷重９５０が第１のデジタル表示４１０に加えられて、第１の湾曲面９１２が決定されうる。例えば、第１のデジタル表示４１０に対応する第１の部材２１０のサイズ及び材料、また分散荷重９５０を含む力の量と位置が分かっていれば、分散荷重９５０下の第１のデジタル表示４１０の湾曲又は変形量を算出して、第１の湾曲面９１２の位置９１３及び形状９１４を決定することができる。

同様に、第２のデジタル表示４３０に分散荷重９５０を加えて、第２の湾曲面９３２が決定されうる。例えば、第２のデジタル表示４３０に対応する第２の部材２３０のサイズ及び材料、また分散荷重９５０を含む力の量と位置が分かっていれば、分散荷重９５０下の第２のデジタル表示４３０の湾曲又は変形量を算出して、第２の湾曲面９３２の位置及び形状を決定することができる。図９に見られるように、第２のデジタル表示４３０の第２の面２３２と、湾曲条件にある第２のデジタル表示４３０の第２の湾曲面９３２との間に空間９０４が存在する。シム９００を形成するために湾曲したデジタル表示を使用することによって、シム材料に対応する空間９０２、９０４が節約される。

１２６において、１２０で決定されたシム寸法を使用してシム（例えばシム２２０）が製造される。例えばシムは、ガラス繊維から機械加工されうる。様々な実施形態において、シム寸法を使用してシムの群が製造されうることを注記したい。例えば、第１の部材（例えば第１の部材２１０）と第２の部材（例えば第２の部材２３０）で形成された構造体（例えば構造体２００）の長さに沿って、一連のシム２２０が位置決めされうる。シム２２０（又は複数のシム）には、第１の部材２１０と第２の部材２３０とを接合させるように構成されたファスナを受け入れるように構成された穴、スロット又は他の開口部も設けられていてよい。

１２８において、第１の部材２１０と第２の部材２２０との間にシム２２０（又は複数のシム）が位置決めされる。シム２２０は、（第１の部材２１０の第１の面２１２と一致する又は第１の部材２１０の第１の面２１２を補完する形状を有する）シム２２０の第１の面２２１が第１の部材２１０へ向くように配向され、（第２の部材２３０の第２の面２３２と一致する又は第２の部材２３０の第２の面２３２を補完する形状を有する）シム２２０の反対側の第２の面２２３が第２の部材２３０へ向くように配向されるように位置決めされうる。幾つかの実施形態では、第２の部材２３０の偏向は、第１の部材２１０に対応するシム２２０の側面に伝達されうることを注記したい。実際の上記伝達は、シム２２０の可撓性を利用して達成されうる。

１３０において、第１の部材２１０と第２の部材２１０が接合される。第１の部材２１０と第２の部材２３０が接合されたら、それらの間にシム２２０が配置される。第１の部材２１０と第２の部材２３０はファスナで接合されうる。例えば、１３２において、本明細書で説明したように、仮想変形を決定するのに使用される仮想荷重に対応する加荷重をもたらすファスナを使用して、第１の部材２１０と第２の部材２３０が接合される。例えばファスナはばね荷重式であり、第１の部材２１０と第２の部材２３０に所定量の接合力６５２又は荷重を付与しうる。

実際には、モデル化された仮想荷重は通常、部材（例えば第１の部材２１０と第２の部材２３０）を接合させるのに使用される永久ファスナ（例えばファスナ２６０）によってもたらされる荷重に対応していなくてもよい。代わりに仮想荷重は通常、パーツの位置合わせ、及びパイロット穴を開ける工程が行われている間、第１の部材２１０、シム２２０、及び第２の部材２３０を結びつけるために使われる仮の疑似ファスナ（例えばファスナ２５０）に対応しうる。これらの疑似ファスナには通常限界があり、第１の部材２１０と第２の部材２３０とを永続的に接合させるのに使用されるファスナよりもかなり小さい力を加えうる。疑似ファスナによってもたらされる力の限界は通常、工学的要件によって規定される。工程要件はまた、限定された力が加えられている間に存在しうる最大限の隙間も規定しうる。永久ファスナによって加えられる力は通常、シム合わせなしで部材間の隙間を塞ぐのに十分に大きいものでありうるが、プロセスにおいて部材に高レベルの応力を誘発しうる。仮想力は、組立プロセスの間に使用される任意の数の力を表しうることを注記したい。

本明細書に記載されるように、様々な実施形態では、第１の部材２１０又は第２の部材２３０のうちの少なくとも１つのパラメータ化モデルを使用して、第１のデジタル表示４１０又は第２のデジタル表示４３０のうちの少なくとも１つに対応する仮想変形が決定されうる。図１１に、種々の実施形態に係る方法１１００のフロー図を示す。方法１１００は例えば、本明細書で説明するように、様々な実施形態の構造体又は態様（例えばシステム及び／又は方法及び／又はプロセスフロー）を採用しうる、又は様々な実施形態の構造体又は態様によって実施されうる。様々な実施形態では、一定のステップが省略されるか、追加されることがあり、一定のステップが組み合わされることがあり、一定のステップが同時に実行されることがあり、一定のステップが複数のステップに分けられることがあり、一定のステップが異なる順番で実行されることがあり、あるいは、一定のステップまたは一連のステップが反復して再実行されることがある。

１１０２において、第１の部材２１０又は第２の部材２３０の有限要素モデルが生成される。例えば、第１の部材２１０又はフレームは、第１の部材２１０の幾何学的寸法、第１の部材２１０の材料、第１の部材２１０に加えられる荷重６３２、及び第１の部材２１０の動きへの全ての制約（例えば、第１の部材２１０と第２の部材２３０とを接合させている間に使用される組立ジグによってもたらされる制約）に基づいてモデル化されうる。

１１０４において、加荷重６３２（例えば有限要素モデルに加えられる荷重）が許容可能な範囲にわたって調節され、結果（例えば各荷重調節下における有限要素モデルの偏向又は変形）がまとめられ、表にされ、及び／又は別の解析用にエクスポートされる。あるいは又は追加として、有限要素モデルの他の態様は、中でも例えば、力が加えられる位置、第１の部材２１０又はフレームの厚さ、又は制約、支持、又は境界条件等の範囲にわたって調節されうる。

１１０６において、数理モデルが生成される。数理モデルは、１１０４においてまとめられた結果に基づいて、加荷重６３２の関数（及び／又は１１０４において変化する有限要素モデルの他の態様）として、第１の部材２１０又はフレームの（一又は複数の方向における）偏向又は変形モデルであってよい。

１１０８において、パーツを表示するパラメータ化面（例えばパーツを表示するＣＡＤ面）に数理モデルが適用される。例えば、公称又は測定ＣＡＤ面が、ＣＡＤ面に適用された数理モデルと共に用いられ、パラメータ化された偏向又は変形面が得られうる。幾つかの実施形態では、パラメータ化された偏向又は変形面が、シム寸法を決定するために用いられうる。

例示の実施形態では、１１１０において、シム形状（例えば９１４）が最適化されるように荷重パラメータが調節される。例えば、分散荷重６３２をもたらす一又は複数のファスナ２５０の荷重を調節することにより、部材２１０又は第２の部材２３０の一又は複数の偏向を調節することによって、シム形状（例えば９１４）が縮小されうる、及び／又はより均一になりうる。

本開示の例は、図１２に示す航空機の製造及び保守方法１９００、及び、図１３に示す航空機１９０２に照らして説明されうる。製造前の段階で、例示的な方法１９００は、航空機１９０２の仕様及び設計（ブロック１９０４）と材料調達（ブロック１９０６）とを含み得る。製造段階では、航空機１９０２の構成要素及びサブアセンブリの製造（ブロック１９０８）と、システムインテグレーション（ブロック１９１０）とが行われうる。その後、航空機１９０２は認可及び納品（ブロック１９１２）を経て運航（ブロック１９１４）に供されうる。運航期間中、航空機１９０２には、定期的な整備及び保守 （ブロック１９１６）が予定されうる。定期的な整備及び保守は、航空機１９０２の一又は複数のシステムの改変、再構成、改修などを含みうる。例えば、様々な実施形態では、本開示の例がブロック１９０８、１９１０、又は１９１６のうちの一又は複数と併せて使用されうる。

例示的な方法１９００のプロセスの各々は、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例：顧客）によって実行又は実施されうる。本明細書の目的に関しては、システムインテグレータは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含み得、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み得、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。

図１３に示すように、例示的な方法１９００によって製造された航空機１９０２は、複数の高レベルのシステム１９２０及び内装１９２２を有する機体１９１８を含みうる。高レベルシステム１９２０の例には、推進システム１９２４、電気システム１９２６、油圧システム１９２８、及び環境システム１９３０のうちの一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、本書で開示されている原理は、自動車産業のような他の産業にも適用されうる。従って、航空機１９０２に加えて、本明細書に開示された原理は他の輸送手段、例えば、陸上輸送手段、海上輸送手段、宇宙輸送手段等に適用可能である。様々な実施形態では、本開示の実施例を、一又は複数の機体１９１８又は内装１９２２と併せて使用することができる。

本書で示され、説明されている装置（複数可）及び方法（複数可）は、製造及び保守方法１９００の、一又は複数の任意の段階において用いられうる。例えば、構成要素及びサブアセンブリの製造１９０８に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機１９０２の運航期間中に製造される構成要素又はサブアセンブリと同様の様態で製作又は製造されうる。また、装置（複数可）、方法（複数可）又はそれらの組み合わせの一又は複数の例は、例えば、航空機１９０２の組立てを著しく効率化するか、又はコストを削減することにより、製造段階１９０８及び１９１０において利用されうる。同様に、装置又は方法実現の一又は複数の実施例、或いはそれらの組み合わせは、限定するものではないが例としては、航空機１９０２の運航期間中に、例えば整備及び保守（ブロック１９１６）で利用され得る。

本書で開示されている装置（複数可）及び方法（複数可）の種々の例は、多種多様な構成要素、特徴及び機能を含む。本書で開示されている装置（複数可）及び方法（複数可）の様々な例は、本書で開示されている装置（複数可）及び方法（複数可）のその他の例のうちの任意のものの、任意の構成要素、特徴及び機能を、任意の組み合わせにおいて含む可能性があり、かかる可能性は全て、本開示の本質及び範囲に含まれると意図されていることを、理解すべきである。

本開示の実施形態の説明のために、上部、底部、下方、中央、横方向、水平、垂直、前方などの空間及び方向に関する様々な語が用いられているが、そのような語は図面で示す方向に対するものとして用いられているにすぎないことを理解されたい。向きを、反転させる、回転させる、又はそうでなければ、上部が下部に、また下部が上部になるように、また水平が垂直になるように変化させることができる。

本明細書で使用する、タスク又は工程を実施する「ように構成される」構造、限定事項、又は要素は、特にタスク又は工程に対応する方法で構造的に形成、構成、又は適合されている。明確さのため、及び誤解を避けるために、タスク又は工程を実施するために変更可能であるに過ぎない対象物は、本明細書で使用するタスク又は工程を実施する「ように構成」されてはいない。

上記の説明は、限定ではなく例示を意図するものであることを理解されたい。例えば、上述の実施形態（及び／又はそれらの態様）は、互いに組み合わせて使用されうる。加えて、本開示の様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料に適応させるために、様々な実施形態の教示に多数の改変を加えうる。本明細書に記載の材料の形状寸法及びタイプは、本開示の様々な実施形態のパラメータを規定することを意図しており、これらの実施形態は限定的なものではなく例示的な実施形態である。上記の記載を精査することにより、当業者には他の多くの実施形態が明らかであろう。本開示の様々な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲、並びに、かかる特許請求の範囲が認められる均等物の全範囲を参照して、決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「そこにおいて（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、それぞれ、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「そこで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語の、明白な同義語として使用される。また、「第１」「第２」及び「第３」等の用語は単に符号として使用され、それらの対象物に数的要件を課すことを意図するものではない。更に、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズ・プラス・ファンクション書式で記述されておらず、かかる特許請求の範囲の限定が、更なる構造のない機能の記述が後続する「のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という言い回しを明示的に使用しない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づいて解釈されることを意図するものではない。

ゆえに、要約すると、本発明の第１の態様により、下記が提供される。

Ａ１．第１の部材の第１のデジタル表示と第２の部材の第２のデジタル表示とを提供することであって、第１の部材と第２の部材は接合されるように構成されている、提供することと、
同じ座標系において第１のデジタル表示と第２のデジタル表示とを位置合わせすることと、
座標系において、加荷重に対応する第１のデジタル表示又は第２のデジタル表示のうちの少なくとも１つに対応する仮想変形を決定することと、
仮想変形に基づいて第１の部材と第２の部材との間に介在すべきシムのシム寸法を決定することと、
シム寸法を有するシムを製造することと
を含む方法。

Ａ２．仮想変形を決定することが、加荷重に対応する仮想荷重を加えることを含む、段落Ａ１に記載の方法も提供されている。

Ａ３．仮想荷重が、第１の部材と第２の部材を互いに接合させるように構成された複数のファスナによってもたらされる分散荷重に対応する、段落Ａ２に記載の方法も提供されている。

Ａ４．仮想変形を決定することが、第１の部材又は第２の部材のうちの少なくとも１つのパラメータ化モデルを用いることを含む、段落Ａ１に記載の方法も提供されている。

Ａ５．パラメータ化モデルを展開するために、仮想荷重の範囲、制約の範囲、又は境界条件の範囲のうちの少なくとも１つを使用して、第１の部材又は前記第２の部材のうちの少なくとも１つに有限要素解析を実施することを更に含む、段落Ａ４に記載の方法も提供されている。

Ａ６．第１のデジタル表示と第２のデジタル表示をそれぞれ提供するために、第１の部材と第２の部材を測定することを更に含む、段落Ａ１に記載の方法も提供されている。

Ａ７．第１の部材を測定することが、第１の部材の第１の面に対応する第１の点群を決定することを含み、第２の部材を測定することが、第２の部材の第２の面に対応する第２の点群を決定することを含み、第１の面と第２の面が互いに向かって配向されており、それらの間に介在するシムを有するように構成されている、段落Ａ６に記載の方法も提供されている。

Ａ８．座標系における最初の位置合わせの後で、第１のデジタル表示と第２のデジタル表示とを互いに近づくように移動させることを更に含む、段落Ａ１に記載の方法も提供されている。

Ａ９．シム寸法を決定することが、仮想変形に基づいて第１のデジタル表示と第２のデジタル表示との間の空間の寸法を決定することを含む、段落Ａ１に記載の方法も提供されている。

Ａ１０．シム寸法を決定することが、第１のデジタル表示と第１の湾曲した公称合わせ面との間の寸法を決定することと、第２のデジタル表示と第２の湾曲した公称合わせ面との間の寸法を決定することとを含む、段落Ａ１に記載の方法も提供されている。

Ｂ１．互いに接合されるように構成された第１の部材と第２の部材とを提供することと、
第１の部材の第１のデジタル表示と第２の部材の第２のデジタル表示とを提供することと
同じ座標系において第１のデジタル表示と第２のデジタル表示とを位置合わせすることと、
座標系において、加荷重に対応する第１のデジタル表示又は第２のデジタル表示のうちの少なくとも１つに対応する仮想変形を決定することと、
仮想変形に基づいて第１の部材と第２の部材との間に介在すべきシムのシム寸法を決定することと、
シム寸法を有するシムを製造することと、
間に介在するシムを用いて第１の部材と第２の部材とを接合させることと
を含む方法。

Ｂ２．仮想変形を決定することが、加荷重に対応する仮想荷重を加えることを含む、段落Ｂ１に記載の方法も提供されている。

Ｂ３．仮想荷重が、第１の部材と第２の部材を互いに接合させるように構成された複数のファスナによってもたらされる分散荷重に対応し、第１の部材と第２の部材とを接合させることが、複数のファスナを用いて第１の部材と第２の部材とを接合させることを含む、段落Ｂ２に記載の方法も提供されている。

Ｂ４．複数のファスナは仮ファスナであり、本方法は更に、永久ファスナで第１の部材と第２の部材とを接合させて、仮ファスナを取り外すことを含む、段落Ｂ３に記載の方法も提供されている。

Ｂ５．仮想変形を決定することが、第１の部材又は第２の部材のうちの少なくとも１つのパラメータ化モデルを用いることを含む、段落Ｂ１に記載の方法も提供されている。

Ｂ６．パラメータ化モデルを展開するために、仮想荷重の範囲、制約の範囲、又は境界条件の範囲のうちの少なくとも１つを使用して、第１の部材又は第２の部材のうちの少なくとも１つに有限要素解析を実施することを更に含む、段落Ｂ５に記載の方法も提供されている。

Ｂ７．第１のデジタル表示と第２のデジタル表示をそれぞれ提供するために、第１の部材と第２の部材を測定することを更に含む、段落Ｂ１に記載の方法も提供されている。

Ｂ８．第１の部材を測定することが、第１の部材の第１の面に対応する第１の点群を決定することを含み、第２の部材を測定することが、第２の部材の第２の面に対応する第２の点群を決定することを含み、第１の面と第２の面が互いに向かって配向されており、それらの間に介在するシムを有するように構成されている、段落Ｂ７に記載の方法も提供されている。

Ｂ９．座標系における最初の位置合わせの後で、第１のデジタル表示と第２のデジタル表示とを互いに近づくように移動させることを更に含む、段落Ｂ１に記載の方法も提供されている。

Ｂ１０．シム寸法を決定することが、仮想変形に基づいて第１のデジタル表示と第２のデジタル表示との間の空間の寸法を決定することを含む、段落Ｂ１に記載の方法も提供されている。

Ｂ１１．シム寸法を決定することが、第１のデジタル表示と第１の湾曲した公称合わせ面との間の寸法を決定することと、第２のデジタル表示と第２の湾曲した公称合わせ面との間の寸法を決定することとを含む、段落Ｂ１に記載の方法も提供されている。

Ｃ１．第１の部材と、
第２の部材と、
第１の部材と第２の部材との間に介在するシムとを備え、シムが、第１の部材と第２の部材の仮想モデルに基づいて選択されたシム寸法からなる、構造体。

Ｃ２．シム寸法が、第１の部材の第１のデジタル表示、又は第２の部材の第２のデジタル表示のうちの少なくとも１つに対応する仮想変形に基づいて選択され、仮想変形は加荷重に基づいている、段落Ｃ１に記載の構造体も提供されている。

Ｃ３．間に介在するシムを有する第１の部材と第２の部材とを接合させる永久ファスナを更に備え、仮想変形は、仮ファスナによってもたらされる分散荷重に対応する、段落Ｃ１に記載の構造体も提供されている。

ここに記載した説明では、ベストモードを含む本開示の様々な実施形態を開示し、且つ当業者が任意のデバイス又はシステムの作成及び使用、並びに組込まれた任意の方法の実行を含め、本開示の様々な実施形態を実施することを可能にするために実施例を使用している。本開示の様々な実施形態の特許性の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が想起する他の実施例を含みうる。かかる他の実施例は、実施例が特許請求の範囲の文言と相違しない構造要素を有する場合、又は、実施例が、特許請求の範囲の文言とごくわずかな相違しかない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることが意図される。

Claims (13)

1. 第１の部材の第１のデジタル表示と第２の部材の第２のデジタル表示とを提供することであって、前記第１の部材と前記第２の部材は接合されるように構成されている、提供することと、
   同じ座標系において前記第１のデジタル表示と前記第２のデジタル表示とを位置合わせすることと、
   前記座標系において、加荷重に対応する前記第１のデジタル表示又は前記第２のデジタル表示のうちの少なくとも１つに対応する仮想変形を決定することと、
   前記仮想変形に基づいて前記第１の部材と前記第２の部材との間に介在すべきシムのシム寸法を決定することと、
   前記シム寸法を有する前記シムを製造することと
   を含む方法。
2. 前記仮想変形を決定することが、前記加荷重に対応する仮想荷重を加えることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記仮想荷重が、前記第１の部材と前記第２の部材を互いに接合させるように構成された複数のファスナによってもたらされる分散荷重に対応する、請求項２に記載の方法。
4. 前記仮想変形を決定することが、前記第１の部材又は前記第２の部材のうちの少なくとも１つのパラメータ化モデルを用いることを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記パラメータ化モデルを展開するために、仮想荷重の範囲、制約の範囲、又は境界条件の範囲のうちの少なくとも１つを使用して、前記第１の部材又は前記第２の部材のうちの少なくとも１つに有限要素解析を実施することを更に含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１のデジタル表示と前記第２のデジタル表示をそれぞれ提供するために、前記第１の部材と前記第２の部材を測定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１の部材を測定することが、前記第１の部材の第１の面に対応する第１の点群を決定することを含み、前記第２の部材を測定することが、前記第２の部材の第２の面に対応する第２の点群を決定することを含み、前記第１の面と前記第２の面が互いに向かって配向されており、それらの間に介在する前記シムを有するように構成されている、請求項６に記載の方法。
8. 前記座標系における最初の位置合わせの後で、前記第１のデジタル表示と前記第２のデジタル表示とを互いに近づくように移動させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記シム寸法を決定することが、前記仮想変形に基づいて前記第１のデジタル表示と前記第２のデジタル表示との間の空間の寸法を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記シム寸法を決定することが、前記第１のデジタル表示と前記第１の湾曲した公称合わせ面との間の寸法を決定することと、前記第２のデジタル表示と前記第２の湾曲した公称合わせ面との間の寸法を決定することとを含む、請求項１に記載の方法。
11. 第１の部材と、
    第２の部材と、
    前記第１の部材と前記第２の部材との間に介在するシムとを備え、前記シムが、前記第１の部材と前記第２の部材の仮想モデルに基づいて選択されたシム寸法からなる、構造体。
12. 前記シム寸法が、前記第１の部材の第１のデジタル表示、又は前記第２の部材の第２のデジタル表示のうちの少なくとも１つに対応する仮想変形に基づいて選択され、前記仮想変形は加荷重に基づいている、請求項１１に記載の構造体。
13. 前記第１の部材と前記第２の部材との間に介在する前記シムを有する前記第１の部材と前記第２の部材とを接合させる永久ファスナを更に備え、前記仮想変形は、仮ファスナによってもたらされる分散荷重に対応する、請求項１１に記載の構造体。

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