基于多视图加工特征的飞机结构件工艺设计方法

摘要

多品种、小批量生产的飞机结构件和加工工艺复杂,存在工艺知识重用率低、制造资源配置结果难以度量、加工工艺质量难以评价等问题,导致工艺设计效率低、周期长、质量不稳定,已成为制约飞机结构件制造效率和质量提升的瓶颈.针对以上问题,本文深入研究了基于多视图加工特征的飞机结构件协同工艺设计框架、制造资源优化配置方法和加工工艺评价方法论文主要创新点如下: (1)针对飞机结构件复杂加工工艺知识建模的难题,提出了包含加工特征中间状态几何信息、工艺信息以及历史加工数据的多视图加工特征的概念及其建模方法,实现了加工工艺知识建模由以零件为载体到以多视图加工特征为载体的模式转变.进而构建了基于多视图加工特征和多智能体的飞机结构件协同工艺设计框架,建立了基于多视图加工特征的工艺设计协同机制,实际工程案例分析表明,应用本方法平均提高工艺设计效率20%以上. (2)针对仅依据制造资源性能指标难以有效优化制造资源配置的难题,综合考虑制造资源性能、工艺人员的工艺水平、零件复杂度以及零件与制造资源的相关性,提出了一种基于多视图加工特征的飞机结构件制造资源优化配置方法,基于多视图加工特征获取历史加工数据和工艺知识,引入模糊综合评价方法,通过对零件复杂度、工艺人员能力、机床和刀具等制造资源性能指标以及零件与制造资源的相关性进行客观、定量评价,建立了制造资源优化配置的分层评价模型,实现了对制造资源的优化配置,实际工程案例对比分析表明,应用本方法平均提高数控加工效率5%以上,平均提高产品合格率3%以上. (3)针对飞机复杂结构件工艺评价目标多且变化频繁情况下,难以有效确定各工艺环节和因素的优化效益问题,引入价值工程理论,综合考虑功能与成本,分析各加工工艺环节和因素优化的价值,提出了基于工艺元活动的飞机结构件加工工艺评价方法和基于多视图加工特征的工艺元活动价值权重分配方法,建立了工艺优化价值评价模型,实现了飞机复杂结构件工艺优化价值的自动分析,实际工程案例对比分析表明,应用本方法,数控加工效率平均提高了5%以上,工艺复杂度平均降低了约18%. (4)基于以上研究,开发了基于多视图加工特征的飞机结构件工艺设计与评价系统,己在国内某大型航空制造企业的飞机结构件工艺设计中得到应用验证.

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1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外相关研究综述

1.2.1 加工特征技术

1.2.2 协同工艺设计方法

1.2.3 制造资源配置方法

1.2.4 加工工艺的评价方法

1.3 现有研究不足及难点分析

1.4 论文内容及章节安排

2 飞机结构件工艺设计问题工业调研分析

2.1 调研方法

2.1.1 调研对象

2.1.2 调研数据统计与分析方法

2.2 调研问题分析

2.2.1 飞机结构件工艺设计问题及其原因分析

2.2.2 协同工艺设计问题调研与分析

2.2.3 资源配置问题调研与分析

2.2.4 工艺评价问题调研与分析

2.3 调研结论

3 多视图加工特征信息建模

3.1 飞机结构件工艺设计问题分析

3.1.1 飞机结构件工艺设计过程和业务逻辑分析

3.1.2 飞机结构件协同工艺设计问题分析

3.2 多视图加工特征工艺模型

3.2.1 飞机结构件工艺信息建模难点分析

3.2.2 多视图加工特征概念的提出

3.2.3 多视图加工特征建模

3.2.4 多视图加工特征的应用视图映射

3.2.5 基于多视图特征的知识重用

3.3 基于Agent的协同工艺设计框架及协同机制

3.3.1 基于Agent的协同工艺设计框架

3.3.2 基于多视图加工特征和Agent的工艺设计协同机制

3.4 实例分析

3.5 本章小结

4 基于多视图加工特征的制造资源优化配置

4.1 飞机结构件制造资源配置问题分析

4.2 基于多视图加工特征的制造资源优化配置模型

4.2.1 飞机结构件制造资源分层评价配置模型

4.2.2 飞机结构件制造资源优化配置数学模型

4.2.3 基于多视图加工特征的制造资源优化配置过程

4.3 基于模糊综合评价的制造资源优化配置算法

4.3.1 模糊综合评价方法选择

4.3.2 基于多视图加工特征的飞机结构件复杂度评价

4.3.3 基于多视图加工特征的人员工艺设计能力评价

4.3.4 机床加工能力和刀具水平评价

4.3.5 基于多视图加工特征的资源间相关性评价

4.3.6 制造资源配置的可靠性评价

4.4 算法的性能评价与案例分析

4.4.1 定性比较

4.4.2 定量分析

4.5 本章小结

5 面向工艺优化决策的工艺评价方法

5.1 面向工艺优化决策的工艺评价问题分析

5.2 基于元活动的飞机结构件工艺评价模型

5.2.1 基于价值工程的飞机结构件工艺评价方法

5.2.2 飞机结构件制造工艺元活动概念

5.2.3 基于元活动的飞机结构件工艺价值评价模型

5.3 基于多视图加工特征的工艺元活动优化价值期望权重分配方法

5.3.1 飞机结构件加工工艺元活动功能评价指标

5.3.2 飞机结构件工艺功能价值期望权重分配方法

5.3.3 基于特征相关度分析的工序功能价值期望权重分配方法

5.3.4 基于特征相关度分析的元活动功能价值期望权重分配方法

5.4 飞机结构件工艺方案价值评价分析与优化决策

5.4.1 工艺优化工作场景分析

5.4.2 飞机结构件工艺优化价值计算与分析方法

5.5 实例分析

5.6 本章小结

6 飞机结构件协同工艺设计与评价系统开发与实现

6.1 系统框架

6.2 系统功能及运行实例

6.2.1 飞机结构件协同工艺设计

6.2.2 飞机结构件制造资源优化配置

6.2.3 飞机结构件加工工艺评价

6.3 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文