CC BY
28Решетневские чтения
УДК 658.512
Р. Х. Ахатов, К. А. Однокурцев Иркутский государственный технический университет, Россия, Иркутск
ФОРМАЛИЗОВАННЫЙ ВЫБОР КОНСТРУКТИВНОЙ КОМПОНОВКИ СБОРОЧНОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ САМОЛЕТОСТРОЕНИЯ
Исследование относится к области автоматизации технологической подготовки сборочного производства в самолетостроении. Предложена координатная модель для упрощенного представления сборочных баз деталей планера самолета. Разработаны методы и алгоритмы применения координатной модели при выборе состава сборочных баз и конструктивной компоновки сборочной оснастки.
В современном самолетостроении значительную роль для обеспечения точности сборки играет сборочная оснастка. Ее проектирование слабо формализовано и требует высокой квалификации технолога [1; 2]. Конструктивную компоновку сборочной оснастки определяет, в первую очередь, сборочная схема базирования. Предлагается формализованный метод разработки сборочной схемы базирования и выбора компоновки сборочной оснастки согласно требованиям технологичности конструкции сборочной оснастки и точности сборки изделия.
Метод использует элементы теории множеств, теории графов, математической логики и аналитической геометрии. В основе метода лежит координатная модель - дискретная математическая модель сборочных баз деталей, динамически связанная с твердотельной моделью изделия (электронным макетом), построенной в CAD-системе. Координатная модель состоит из конечного множества точек - базовых точек - с заданными связями и дополнительными параметрами: ограничениями степеней свободы, отклонениями от номинального положения, приложенной нагрузкой и т. д.
Координатная модель строится по формализованным алгоритмам на основе геометрической информации об изделии из CAD-системы и данных PDM-системы предприятия. Набор правил выбора сборочных баз определяется экспертной системой. Он зависит от основного способа базирования (по поверхностям деталей, по сборочным отверстиям на деталях, по отверстиям или поверхностям в приспособлении [1]) и определяет уровень технологичности сборочной оснастки.
Исходная координатная модель формируется на основе графа конструкторской схемы базирования [3]. На ней заданы исходная последовательность сборки и ограничения степеней свободы каждой детали. Далее проводится анализ собираемости по булевым векторам ограничений степеней свободы и анализ технологической жесткости по методу конечных элементов. Размерный анализ выполняется методом сложения векторов отклонений в базовых точках на каждой размерной цепи, выбранной на сборочной схеме базирования.
Готовая координатная модель определяет состав сборочных баз изделия и последовательность установки деталей в сборку. На ее основе по формализованным алгоритмам определяется состав и расположение базирующих и фиксирующих элементов (БФЭ) сборочной оснастки. Типы БФЭ для каждой детали выбираются по ограничениям степеней свободы, заданным на координатной модели, а их расположение соответствует расположению базовых точек координатной модели. При этом используется база типовых БФЭ из PDM-системы предприятия. Оптимизация количества и расположения базовых точек координатной модели позволяет выбрать наиболее технологичную конструкцию БФЭ и использовать облегченные (точечные) БФЭ вместо традиционных рубильников, ложементов и плит. Кроме того, назначаются неподвижные (несъемные) и подвижные (съемные) БФЭ, чтобы обеспечить выбранную последовательность сборки.
Состав БФЭ и схема их расположения определяют состав и расположение установочных элементов сборочной оснастки, по которым БФЭ устанавливаются на каркасе сборочного приспособления (СП). Установочные элементы выбираются из базы типовых элементов в PDM-системе предприятия. Они должны обеспечивать заданное расположение БФЭ с требуемой точностью и заданную кинематику подвижных БФЭ.
Силовая схема каркаса СП выбирается с учетом расположения установочных элементов и расчетных нагрузок (вес элементов изделия и сборочной оснастки, технологические усилия) из соответствующей базы данных. По составу и характеру расположения установочных элементов сборочной оснастки определяется тип каркаса (стойка, балка, плоская рама, пространственная рама и др.), характерные размеры элементов и приложенные нагрузки. Выбранная схема компоновки отображается на координатной модели. Проводится кинематический анализ конструктивной компоновки СП (с выбором типов приводов по результатам анализа), анализ удобства подхода (по булевым векторам ограничений) и анализ жесткости каркаса СП (методом конечных элементов). Исходные данные для всех видов анализа содержатся в координатной модели, туда же зано-
Проектирование и производство летательнъхаппаратов, космические исследования и проекты
сятся результаты каждого этапа анализа. В результате, выбранная конструктивная компоновка сборочной оснастки соответствует разработанной сборочной схеме базирования и обеспечивает заданную точность сборки.
Таким образом, предложенный метод позволяет формализовать процесс разработки сборочной схемы базирования и выбора конструктивной компоновки сборочной оснастки для изделий самолетостроения. Метод основан на использовании координатной модели - дискретной модели изделия, построенной на основе его твердотельной модели в СЛБ-системе. Полученная схема компоновки сборочной оснастки отвечает требованиям точности базирования и жесткости фиксации деталей изделия при сборке, технологичности конструкции сборочной оснастки. Применение формализованной модели позволяет накапливать статистические данные по вариантам проектных решений и модернизировать соответствующую
экспертную систему. Данные координатной модели могут использоваться при автоматизированном изготовлении элементов сборочной оснастки, выполнении безэталонного монтажа оснастки и при автоматизированной сборке изделия.
Библиографический список
1. Современные технологии агрегатно-сборочного производства самолетов / А. И. Пе-карш, Ю. М. Тарасов, Г. А. Кривов и др. М. : Аграф-пресс, 2006.
2. Ахатов, Р. Х. Автоматизация проектно-конструкторских работ и технологической подготовки производства : учеб. пособие / Р. Х. Ахатов. Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2007.
3. Ахатов, Р. Х. Формализованный метод выбора и анализа сборочных баз в самолетостроении / Р. Х. Ахатов, К. А. Однокурцев // Вестник СибГАУ. Вып. 2 (23). 2009.С. 232-237.
R. H. Ahatov, K. A. Odnokurtsev Irkutsk State Technical University, Russia, Irkutsk
THE FORMALIZED SELECTION OF ASSEMBLY EQUIPMENT DESIGN ARRANGEMENT IN AIRCRAFT CONSTRUCTION
The research refers to automation of aircraft assembly planning. The versatile coordinate model is proposed to simplify aircraft assembly datum surfaces modeling. Several methods and algorithms of coordinate model's use are also devised. They should be applied to locate assembly datum surfaces and to select assembly equipment design arrangement.
© Ахатов Р. Х., Однокурцев К. А., 2009
УДК 629.7.01
И. О. Бобарика
Иркутский государственный технический университет, Россия, Иркутск
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭКРАНОПЛАНА СХЕМЫ «УТКА» С УЧЕТОМ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ ЕГО НЕСУЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
При проектировании экранопланов схемы «утка» возникают серьезные затруднения в связи с существенной отрицательной интерференцией несущих поверхностей, вызванной характерной их установкой, что в совокупности с другими факторами лишает аппараты данной схемы возможного преимущества в подъемной силе над экранопланами иных схем. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют учесть взаимовлияние и выработать рекомендации по выбору конструктивных параметров проектируемого экраноплана для реализации основных преимуществ аэродинамической схемы «утка».
При проектировании летательного аппарата (ЛА) процесс выбора конструктивных параметров происходит поэтапно с постоянным их уточнением на каждом из этапов проектирования. Однако общая концепция аппарата закладывается на этапе анализа технического задания и выбора концепции.
Результаты, полученные в ходе исследований [1], можно использовать как на этапе эскизного проектирования, так и на более ранних стадиях. При этом, полученные результаты дают возможность корректировки соотношений масс и размеров различных частей проектируемого аппарата с учетом улучшений свойств несущей системы и
