裝配型架關(guān)鍵特性的定義及特點(diǎn)

裝配型架關(guān)鍵特性是保證飛機(jī)裝配零部件間互換協(xié)調(diào)的重要特性，同時(shí)裝配型架關(guān)鍵特性也是關(guān)鍵特性的一種。尤其是在裝配產(chǎn)品樣本很少的情況下，識(shí)別和控制裝配型架的關(guān)鍵特性就顯得格外重要。根據(jù)文獻(xiàn)[1~4]所描述的KC的概念，作者認(rèn)為裝配型架關(guān)鍵特性是指在飛機(jī)產(chǎn)品裝配過(guò)程中，裝配型架的某些結(jié)構(gòu)、外形、定位特性對(duì)被裝配產(chǎn)品的質(zhì)量影響最嚴(yán)重的幾何特性；在飛機(jī)柔性裝配型架中還包括自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)控制機(jī)械隨動(dòng)定位機(jī)構(gòu)精確定位。當(dāng)裝配型架關(guān)鍵特性處于臨界值或超出臨界值時(shí)必須對(duì)其進(jìn)行控制，否則會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品裝配質(zhì)量和零部件的互換協(xié)調(diào)，甚至產(chǎn)品的報(bào)廢。

飛機(jī)裝配型架關(guān)鍵特性具有一般關(guān)鍵特性的特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合飛機(jī)柔性裝配型架與數(shù)字化測(cè)控制系統(tǒng)在飛機(jī)裝配中的應(yīng)用，飛機(jī)裝配型架關(guān)鍵特性還具有一些獨(dú)特的特點(diǎn)：

1）在裝配型架設(shè)計(jì)階段，根據(jù)用戶(hù)需求與被裝配產(chǎn)品特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前企業(yè)擁有的加工、制造等能力，設(shè)計(jì)產(chǎn)品裝配型架。在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要涉及為保證飛機(jī)產(chǎn)品主要尺寸和位置的定位器設(shè)計(jì)、保證產(chǎn)品外形準(zhǔn)確度的定位面的設(shè)計(jì)等，初步把這些主要尺寸作為關(guān)鍵特性進(jìn)行控制。裝配型架關(guān)鍵特性與一般關(guān)鍵特性一樣根據(jù)關(guān)鍵特性的可測(cè)量性和可控制性沿制造樹(shù)逐級(jí)向下傳遞，形成關(guān)鍵特性樹(shù)，同時(shí)上級(jí)關(guān)鍵特性由下級(jí)關(guān)鍵特性保證，如圖1所示（圖略）為某機(jī)型壁板預(yù)裝配柔性工裝系統(tǒng)型架關(guān)鍵特性樹(shù)。2）在裝配型架安裝階段，把設(shè)計(jì)階段定義的保證產(chǎn)品主要尺寸和外形準(zhǔn)確度等定位特征作為關(guān)鍵特性，在主要定位結(jié)構(gòu)上設(shè)置靶標(biāo)點(diǎn)（OpticalToolingPoints，OTP），把測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)與理論坐標(biāo)相比較，進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋和補(bǔ)償，精確安裝各種定位器。3）在產(chǎn)品裝配階段，控制系統(tǒng)控制隨動(dòng)定位器運(yùn)動(dòng)到理論位置以精確定位產(chǎn)品，把這類(lèi)通過(guò)控制系統(tǒng)控制的隨動(dòng)定位器或定位機(jī)構(gòu)的精確定位也作為關(guān)鍵特性進(jìn)行控制。

裝配型架關(guān)鍵特性的識(shí)別與控制

為保證飛機(jī)裝配零部件間的互換協(xié)調(diào)問(wèn)題，對(duì)裝配型架中影響被裝配產(chǎn)品質(zhì)量最大的尺寸、形狀、定位特征等關(guān)鍵特性采用合理的方式加以控制。

1.裝配型架關(guān)鍵特性的識(shí)別與管理

關(guān)鍵特性經(jīng)過(guò)多年的研究應(yīng)用已經(jīng)有了比較完善的識(shí)別方法：1）利用相似產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)和知識(shí)；2）專(zhuān)家調(diào)成法——德?tīng)柗品ǎ―elphiMethod，DM），從該領(lǐng)域裝夾或有經(jīng)驗(yàn)人員那里搜集有用的信息；3）風(fēng)險(xiǎn)分析法：即確定每個(gè)特性的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（RiskPriorityNumber，RPN）通過(guò)確定RPN的值來(lái)確定關(guān)鍵特性，RPN值越大，特性值越重要。本文采用由日本質(zhì)量管理專(zhuān)家田口玄一提出的損失函數(shù)[5]的波動(dòng)引起經(jīng)濟(jì)損失的方法來(lái)確定裝配型架的關(guān)鍵特性，該方法定量的描述了特性偏離目標(biāo)值時(shí)造成的損失。當(dāng)某個(gè)關(guān)鍵特性y偏離目標(biāo)值m時(shí)，即y≠m時(shí)，產(chǎn)生質(zhì)量損失，且ym越大，質(zhì)量損失越嚴(yán)重[6]，其質(zhì)量損失為:22Lk()（1）2()2AkTUTL（2）式中：k為關(guān)鍵特性y的質(zhì)量損失常數(shù)，A為關(guān)鍵特性y失效時(shí)造成的損失，TU，TL分別為公差上限和下限；2為y的方差；2為均值偏
差，，為y的測(cè)量值，為y的目標(biāo)值。參考文獻(xiàn)[7]中對(duì)質(zhì)量損失常數(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，即當(dāng)質(zhì)量特性超出公差要求時(shí)，其質(zhì)量損失假定為單位損失，則24()kTUTL，帶入式（1），可得到標(biāo)準(zhǔn)化后的影響度的計(jì)算公式：2224()()LTUTL(3)在型架設(shè)計(jì)階段把初步確定的關(guān)鍵特性利用式（3）計(jì)算其質(zhì)量損失L的大小以判斷是否作為關(guān)鍵特性進(jìn)行控制。同時(shí)裝配型架關(guān)鍵特性的識(shí)別應(yīng)與飛機(jī)產(chǎn)品的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，分析被裝配產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)裝配型架，結(jié)合制造單位的設(shè)計(jì)制造條件、測(cè)控水平等來(lái)識(shí)別、控制柔性裝配型架的關(guān)鍵特性，整個(gè)裝配型架關(guān)鍵特性的識(shí)別與管理如下：1）用戶(hù)需求：結(jié)合用戶(hù)需求初步確定保證飛機(jī)裝配零部件質(zhì)量的型架關(guān)鍵特性有哪些；2）設(shè)計(jì)分析：為保證飛機(jī)零部件間的互換協(xié)調(diào)，把裝配型架上對(duì)應(yīng)于飛機(jī)產(chǎn)品的重要尺寸作為關(guān)鍵特性進(jìn)行控制；3）制造和安裝：根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)模進(jìn)行型架的制造和安裝，尺寸關(guān)鍵特性通過(guò)尺寸鏈來(lái)保證，同時(shí)把機(jī)械隨動(dòng)定位裝置（定位器）的控制定位精度作為關(guān)鍵特性進(jìn)行控制；4）生產(chǎn)和檢測(cè)：根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)模調(diào)整裝配型架安裝到位、結(jié)合機(jī)械隨動(dòng)定位器定位產(chǎn)品，完成產(chǎn)品裝配后檢測(cè)產(chǎn)品主要尺寸與外形準(zhǔn)確度；5）管理與維護(hù)：裝配型架要定期進(jìn)行維護(hù)，防止型架變形和控制失準(zhǔn)等問(wèn)題。

2.裝配型架關(guān)鍵特性的控制

通過(guò)選擇合理的控制圖，確定測(cè)量方案對(duì)關(guān)鍵特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)關(guān)鍵特性超出控制范圍時(shí)，立刻尋找波動(dòng)源并確定解決方案。裝配型架關(guān)鍵特性的控制方法與一般關(guān)鍵特性的控制方法思路相似，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)位置坐標(biāo)，當(dāng)實(shí)測(cè)值超過(guò)誤差允許范圍時(shí)，找出波動(dòng)源立刻進(jìn)行控制。為保證飛機(jī)產(chǎn)品的重要尺寸，采用裝配尺寸鏈把型架上對(duì)應(yīng)的定位器之間的尺寸作為關(guān)鍵特性進(jìn)行控制，對(duì)設(shè)計(jì)靶標(biāo)點(diǎn)采用激光跟蹤儀實(shí)時(shí)測(cè)量，當(dāng)被測(cè)點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)值與理論值的偏差在公差范圍外時(shí)，綜合考慮型架尺寸關(guān)鍵特性的可測(cè)量性和可控制性是否沿制造樹(shù)向下分解的特點(diǎn)，找到波動(dòng)源，進(jìn)行控制。圖3（圖略）是某機(jī)型壁板預(yù)裝配柔性工裝系統(tǒng)中兩個(gè)三腳架安裝誤差控制圖。其中零線(xiàn)表示裝配三腳架距離坐標(biāo)原點(diǎn)的理論值，當(dāng)測(cè)量點(diǎn)落在在±△間表示在公差范圍內(nèi)，不需要進(jìn)行控制；當(dāng)測(cè)量點(diǎn)落在±2△范圍或大于±2△時(shí)，需要對(duì)三腳架距坐標(biāo)原點(diǎn)的位置進(jìn)行控制。對(duì)于柔性裝配型架的關(guān)鍵特性，如控制機(jī)械隨動(dòng)定位器的精度定位，利用激光跟蹤儀實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，把測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值與測(cè)量點(diǎn)的理論坐標(biāo)值進(jìn)行比較，得出坐標(biāo)差值，把這個(gè)差值傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制隨動(dòng)定位器進(jìn)行調(diào)整，最后達(dá)到公差要求范圍。把這一類(lèi)通過(guò)測(cè)控系統(tǒng)控制的隨動(dòng)定位器的定位精度也作為關(guān)鍵特性進(jìn)行控制，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，調(diào)控隨動(dòng)定位器精確定位。

實(shí)例分析

以某機(jī)型壁板預(yù)裝配柔性工裝系統(tǒng)為例，采用上述方法對(duì)裝配型架關(guān)鍵特性進(jìn)行識(shí)別并加以控制。為保證預(yù)裝配壁板組件的裝配質(zhì)量，設(shè)計(jì)的某機(jī)型壁板預(yù)裝配柔性工裝系統(tǒng)包括基座、兩個(gè)三腳架、小圍框、兩個(gè)移動(dòng)立柱等，每個(gè)移動(dòng)立柱包含八個(gè)Z型長(zhǎng)桁夾持器，移動(dòng)立柱由電機(jī)帶動(dòng)可沿X向移動(dòng)、長(zhǎng)桁夾持器由電機(jī)帶動(dòng)可沿Y、Z移動(dòng)，長(zhǎng)桁夾持頭通過(guò)氣缸控制實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)桁夾持，結(jié)合激光跟蹤儀實(shí)現(xiàn)精確定位。以三腳架安裝為例，并把三腳架間距L0作為關(guān)鍵特性進(jìn)行管理與控制，如圖4所示，B點(diǎn)為設(shè)計(jì)坐標(biāo)系零點(diǎn)，A、C分別代表兩個(gè)三腳架，定位精度為±0.05mm。安裝三腳架時(shí)，在保證L1、L2都能滿(mǎn)足公差要求的同時(shí)L0也可能超差，從而導(dǎo)致關(guān)鍵特性L0難以保證。實(shí)際安裝中測(cè)得AB、BC在X方向距零點(diǎn)的距離誤差如表1所示，帶入損失函數(shù)公式(3)得到0.114ABL，0.097BCL，則所選關(guān)鍵特性的質(zhì)量損失0.211ABBCLLL，其質(zhì)量損失L超出了公差上限的111%，根據(jù)田口損失函數(shù)法則在三腳架安裝過(guò)程中把AC距離作為關(guān)鍵進(jìn)行控制。在某機(jī)型壁板預(yù)裝配柔性工裝系統(tǒng)工作過(guò)程中，為滿(mǎn)足壁板裝配的質(zhì)量，把Z型長(zhǎng)桁夾持器精確移動(dòng)定位作為關(guān)鍵特性進(jìn)行控制。型架定位精度為±0.05mm，重復(fù)定位精度為±0.02mm，為保證高精度定位設(shè)定各軸最大運(yùn)行速度為0.05m/s，最大加速度為0.05m/s2，工作時(shí)結(jié)合激光跟蹤儀實(shí)時(shí)測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)桁夾持器的精確定位，控制軟件如圖5所示（圖略）。圖5中控制軟件控制長(zhǎng)桁夾持器精確定位時(shí)，把激光跟蹤儀經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理后的坐標(biāo)差值傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制相應(yīng)的電機(jī)帶動(dòng)長(zhǎng)桁夾持器移動(dòng)，達(dá)到Z向定位；控制軟件繼續(xù)控制夾持頭向前移動(dòng)，當(dāng)力傳感器值不為零時(shí)，停止運(yùn)動(dòng)，完成定位。開(kāi)發(fā)的壁板柔性預(yù)裝配控制系統(tǒng)，通過(guò)信息數(shù)據(jù)集成處理，實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)留有與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息采集和控制，保證產(chǎn)品的質(zhì)裝配量。