裝配型架關鍵特性的定義及特點

裝配型架關鍵特性是保證飛機裝配零部件間互換協調的重要特性，同時裝配型架關鍵特性也是關鍵特性的一種。尤其是在裝配產品樣本很少的情況下，識別和控制裝配型架的關鍵特性就顯得格外重要。根據文獻[1~4]所描述的KC的概念，作者認為裝配型架關鍵特性是指在飛機產品裝配過程中，裝配型架的某些結構、外形、定位特性對被裝配產品的質量影響最嚴重的幾何特性；在飛機柔性裝配型架中還包括自動測控系統控制機械隨動定位機構精確定位。當裝配型架關鍵特性處于臨界值或超出臨界值時必須對其進行控制，否則會嚴重影響產品裝配質量和零部件的互換協調，甚至產品的報廢。

飛機裝配型架關鍵特性具有一般關鍵特性的特點，同時結合飛機柔性裝配型架與數字化測控制系統在飛機裝配中的應用，飛機裝配型架關鍵特性還具有一些獨特的特點：

1）在裝配型架設計階段，根據用戶需求與被裝配產品特點，結合當前企業擁有的加工、制造等能力，設計產品裝配型架。在設計過程中主要涉及為保證飛機產品主要尺寸和位置的定位器設計、保證產品外形準確度的定位面的設計等，初步把這些主要尺寸作為關鍵特性進行控制。裝配型架關鍵特性與一般關鍵特性一樣根據關鍵特性的可測量性和可控制性沿制造樹逐級向下傳遞，形成關鍵特性樹，同時上級關鍵特性由下級關鍵特性保證，如圖1所示（圖略）為某機型壁板預裝配柔性工裝系統型架關鍵特性樹。2）在裝配型架安裝階段，把設計階段定義的保證產品主要尺寸和外形準確度等定位特征作為關鍵特性，在主要定位結構上設置靶標點（OpticalToolingPoints，OTP），把測量靶標點的坐標與理論坐標相比較，進行實時反饋和補償，精確安裝各種定位器。3）在產品裝配階段，控制系統控制隨動定位器運動到理論位置以精確定位產品，把這類通過控制系統控制的隨動定位器或定位機構的精確定位也作為關鍵特性進行控制。

裝配型架關鍵特性的識別與控制

為保證飛機裝配零部件間的互換協調問題，對裝配型架中影響被裝配產品質量最大的尺寸、形狀、定位特征等關鍵特性采用合理的方式加以控制。

1.裝配型架關鍵特性的識別與管理

關鍵特性經過多年的研究應用已經有了比較完善的識別方法：1）利用相似產品的歷史數據和知識；2）專家調成法——德爾菲法（DelphiMethod，DM），從該領域裝夾或有經驗人員那里搜集有用的信息；3）風險分析法：即確定每個特性的風險優先數（RiskPriorityNumber，RPN）通過確定RPN的值來確定關鍵特性，RPN值越大，特性值越重要。本文采用由日本質量管理專家田口玄一提出的損失函數[5]的波動引起經濟損失的方法來確定裝配型架的關鍵特性，該方法定量的描述了特性偏離目標值時造成的損失。當某個關鍵特性y偏離目標值m時，即y≠m時，產生質量損失，且ym越大，質量損失越嚴重[6]，其質量損失為:22Lk()（1）2()2AkTUTL（2）式中：k為關鍵特性y的質量損失常數，A為關鍵特性y失效時造成的損失，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的測量值，為y的目標值。參考文獻[7]中對質量損失常數進行了標準化，即當質量特性超出公差要求時，其質量損失假定為單位損失，則24()kTUTL，帶入式（1），可得到標準化后的影響度的計算公式：2224()()LTUTL(3)在型架設計階段把初步確定的關鍵特性利用式（3）計算其質量損失L的大小以判斷是否作為關鍵特性進行控制。同時裝配型架關鍵特性的識別應與飛機產品的特點結合起來，分析被裝配產品的結構特點來設計裝配型架，結合制造單位的設計制造條件、測控水平等來識別、控制柔性裝配型架的關鍵特性，整個裝配型架關鍵特性的識別與管理如下：1）用戶需求：結合用戶需求初步確定保證飛機裝配零部件質量的型架關鍵特性有哪些；2）設計分析：為保證飛機零部件間的互換協調，把裝配型架上對應于飛機產品的重要尺寸作為關鍵特性進行控制；3）制造和安裝：根據設計數模進行型架的制造和安裝，尺寸關鍵特性通過尺寸鏈來保證，同時把機械隨動定位裝置（定位器）的控制定位精度作為關鍵特性進行控制；4）生產和檢測：根據設計數模調整裝配型架安裝到位、結合機械隨動定位器定位產品，完成產品裝配后檢測產品主要尺寸與外形準確度；5）管理與維護：裝配型架要定期進行維護，防止型架變形和控制失準等問題。

2.裝配型架關鍵特性的控制

通過選擇合理的控制圖，確定測量方案對關鍵特性進行實時監控，當關鍵特性超出控制范圍時，立刻尋找波動源并確定解決方案。裝配型架關鍵特性的控制方法與一般關鍵特性的控制方法思路相似，通過實時監控測量點位置坐標，當實測值超過誤差允許范圍時，找出波動源立刻進行控制。為保證飛機產品的重要尺寸，采用裝配尺寸鏈把型架上對應的定位器之間的尺寸作為關鍵特性進行控制，對設計靶標點采用激光跟蹤儀實時測量，當被測點測量坐標值與理論值的偏差在公差范圍外時，綜合考慮型架尺寸關鍵特性的可測量性和可控制性是否沿制造樹向下分解的特點，找到波動源，進行控制。圖3（圖略）是某機型壁板預裝配柔性工裝系統中兩個三腳架安裝誤差控制圖。其中零線表示裝配三腳架距離坐標原點的理論值，當測量點落在在±△間表示在公差范圍內，不需要進行控制；當測量點落在±2△范圍或大于±2△時，需要對三腳架距坐標原點的位置進行控制。對于柔性裝配型架的關鍵特性，如控制機械隨動定位器的精度定位，利用激光跟蹤儀實時跟蹤測量，把測量靶標點的坐標值與測量點的理論坐標值進行比較，得出坐標差值，把這個差值傳遞給控制系統，控制系統控制隨動定位器進行調整，最后達到公差要求范圍。把這一類通過測控系統控制的隨動定位器的定位精度也作為關鍵特性進行控制，通過實時監測，調控隨動定位器精確定位。

實例分析

以某機型壁板預裝配柔性工裝系統為例，采用上述方法對裝配型架關鍵特性進行識別并加以控制。為保證預裝配壁板組件的裝配質量，設計的某機型壁板預裝配柔性工裝系統包括基座、兩個三腳架、小圍框、兩個移動立柱等，每個移動立柱包含八個Z型長桁夾持器，移動立柱由電機帶動可沿X向移動、長桁夾持器由電機帶動可沿Y、Z移動，長桁夾持頭通過氣缸控制實現長桁夾持，結合激光跟蹤儀實現精確定位。以三腳架安裝為例，并把三腳架間距L0作為關鍵特性進行管理與控制，如圖4所示，B點為設計坐標系零點，A、C分別代表兩個三腳架，定位精度為±0.05mm。安裝三腳架時，在保證L1、L2都能滿足公差要求的同時L0也可能超差，從而導致關鍵特性L0難以保證。實際安裝中測得AB、BC在X方向距零點的距離誤差如表1所示，帶入損失函數公式(3)得到0.114ABL，0.097BCL，則所選關鍵特性的質量損失0.211ABBCLLL，其質量損失L超出了公差上限的111%，根據田口損失函數法則在三腳架安裝過程中把AC距離作為關鍵進行控制。在某機型壁板預裝配柔性工裝系統工作過程中，為滿足壁板裝配的質量，把Z型長桁夾持器精確移動定位作為關鍵特性進行控制。型架定位精度為±0.05mm，重復定位精度為±0.02mm，為保證高精度定位設定各軸最大運行速度為0.05m/s，最大加速度為0.05m/s2，工作時結合激光跟蹤儀實時測量，以實現長桁夾持器的精確定位，控制軟件如圖5所示（圖略）。圖5中控制軟件控制長桁夾持器精確定位時，把激光跟蹤儀經數據處理系統處理后的坐標差值傳遞給控制系統，控制系統控制相應的電機帶動長桁夾持器移動，達到Z向定位；控制軟件繼續控制夾持頭向前移動，當力傳感器值不為零時，停止運動，完成定位。開發的壁板柔性預裝配控制系統，通過信息數據集成處理，實現各種系統平穩運行，同時留有與其它系統的數據接口，實現數據信息采集和控制，保證產品的質裝配量。