一致性产品信息建模理论及复杂装备精度链设计方法研究

复杂装备设计对一致性数据表示、统一模型构建、设计过程迭代、可靠仿真分析等的技术需求，不仅引伸了一致性产品信息建模的理论问题，也凸显解决产品数字化设计应用领域模型数据表述不完备、集成无中心、迭代无对象、重用无载体技术瓶颈问题的紧逼性。以申请者前期研究取得的多层-体产品复合信息模型和建模技术评价方法等成果为基础，提出针对高精度数控磨床精度设计具体目标，并行交叉地研究一致性产品信息建模理论和机床精度链设计新方法。包括一致性产品信息建模原理、用于精度链设计方法的机床系统整体精度特征模型构建、面向高精度数控磨床精度链设计需求的一致性模型实现技术及软件平台研究等。重点解决的科学问题包括满足一致性需求的产品信息建模理论和技术、复杂装备一致性设计的产品数据轻量化表示方法、设计过程时序和逻辑关系迭代对数据精度的影响、高精度数控磨床整体精度链计算原理等。申请项目的研究既有重要的理论意义，又有突出的应用价值。

精度是影响复杂装备功能与质量的重要指标。研究复杂装备的精度链设计方法对提高产品的装配成功率，保证产品的功能与质量有重要意义，国内外对该问题的研究很重视。我们针对复杂装备的误差形成、误差累积传递机理、误差传递路径的搜索、可靠性分析等展开了一系列研究。项目结合了蒙特卡洛法与响应面法在建模上的优点，构建了几何要素的实际误差与公差间的显式函数关系。根据多色集合理论在关系描述与问题建模上的优点以及装配误差问题求解的需要，改进了多色集合矩阵的取值空间，提出了结合面符号（JSS，Joint Surface Symbols）矩阵，在此基础上给出了搜索装配体主导误差传递路径的方法。基于多体运动学理论建立了复杂装备的整体误差模型，并采用精度可靠度作为评判复杂装备精度性能的依据，给出了装配精度可靠度的求解方法。该方法在设计阶段就可以对装配精度进行预测，用于公差优化分配和热误差补偿，为装配工艺设计与装配精度控制提供指导，是一种提高产品的装配成功率、整体精度和加工经济性的有效方法。.数字化软件平台是将理论研究成果应用于实际生产的重要工具，而产品信息模型是支持系统功能实现的核心。项目针对目前产品数字化设计领域模型数据表述不完备、集成无中心、迭代无对象、重用无载体的问题展开研究，提出了复杂装备精度设计的一致性数据表示、统一模型构建、设计过程迭代、可靠性仿真分析的方法，给出了以几何拓扑信息为基础，支持产品信息集成、控制、进化和重用的具有多层-体结构的一致性产品信息模型。综合一致性产品信息模型与精度链设计方法，开发了支持三维精度设计与装配过程管理的软件系统。系统实现了三维精度设计、装配体层次结构规划、装配流程设计、装配过程的动态监控与信息管理等功能，并用于某数控机床精度设计和某引导头装调设计。