现阶段，飞机对于性能的追求愈加严苛，传统“试装+修配”的装配协调方式已经无法高效地实现飞机的高性能需求，这就需要在飞机制造全过程中，应用以测量辅助装配技术为主的数字化装配技术，通过实际测量数据的虚拟预装配分析，提前获知装配协调量，从而实现飞机的高精度、低应力装配。实测数据的预装配分析包含数据获取、特征重构及预装配分析3个过程，其中数据获取是最重要的环节，为后续过程提供高精度的数据。但是飞机制造全过程中包含设计、工艺、制造、装配等部门，由工艺部门根据设计指标提出零组部件关键特征测量要求，而各零件制造及装配部门对于测量设备的选择及测量规划不尽相同，最终测得的数据多样、精度不一、无法溯源，并且缺乏统一的数据管理系统，导致各部门之间无法高效地进行数据共享。

国内外航空领域的研究人员已开始积极研究面向飞机装配过程的数字化测量技术^{[ [1]  张开富, 史越, 骆彬, 等. 大型飞机装配中的高精度测量技术研究进展[J]. 激光与光电子学进展, 2023, 60(3): 0312004.ZHANG Kaifu, SHI Yue, LUO Bin, et al. Research progress of high precision measurement technology in large aircraft assembly[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2023, 60(3): 0312004.
[2]  郝龙, 刘涵予, 黄翔, 等. 基于实测数据的飞机虚拟预装配技术发展综述[J]. 航空制造技术, 2024, 67(6): 65–77.HAO Long, LIU Hanyu, HUANG Xiang, et al. Review of virtual pre-assembly technology for aircraft based on measured data[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2024, 67(6): 65–77.
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1-6 ]}。现阶段，在飞机装配过程中，大部件对接已经广泛运用数字化测量技术进行调姿装配。殷俊等^{[ [7]  殷俊, 刘延龙, 陈华, 等. 装配小间隙数字化在线测量系统设计与研究[J]. 机床与液压, 2023, 51(12): 117–121.YIN Jun, LIU Yanlong, CHEN Hua, et al. Design and research on digital assembly clearance on-line measurement system[J]. Machine Tool & Hydraulics, 2023, 51(12): 117–121.
7 ]}研究了飞机装配过程中小间隙的自动化测量问题，提出一种可适应物体结构的间隙视觉测量系统，实现了装配小间隙的在线测量。杨晓辉^{[ [8]  杨晓辉. 面向飞机大部件的数字化测量站位规划方法[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2016.YANG Xiaohui. Research on station planning technology of digital measuring metrology for aircraft large component[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2016.
8 ]}研究了一种基于飞机大部件检测模型的测量仪器站位规划方法，通过运用聚类划分及可达性检测的方法，实现了测量站位的快速确定。黄小童等^{[ [9]  黄小童, 李丽娟, 林雪竹, 等. 叉耳式大部件对接的高精度测量与路径规划[J]. 中国激光, 2020, 47(12): 1204008.HUANG Xiaotong, LI Lijuan, LIN Xuezhu, et al. High-precision measurement and path planning for butt joint of large parts[J]. Chinese Journal of Lasers, 2020, 47(12): 1204008.
9 ]}研究了叉耳式大部件对接的高精度测量与路径规划方法，建立了位姿测量模型、位姿结算模型和对接路径结算模型，实现了大部件对接精度的需求。石诚^{[ [10]  石诚. 航天器舱段大部件的装配变形数字化测量技术研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2020.SHI Cheng. Research on digital measurement of the assembly deformation detection in large spacecraft cabin[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2020.
10 ]}研究了舱段大部件装配变形数字化测量技术，通过运用测量目标点布设、测量数据配准及装配变形分析等方法，可较为准确地评估装配质量，同时在一定程度上为设计方案的调整提供了参考数据。但目前在组部件装配过程中还未大量普及数字化测量技术，主要原因在于整机三维模型数量庞大，且每个零件三维模型涵盖了设计、制造、质量检测等大量冗杂信息，在产品模型中构建测量模型时包含了大量与测量无关的信息，导致各部门在依据测量模型进行测量时无法便捷地获取所需信息。劳嫦娟等^{[ [11]  劳嫦娟, 赵子越, 孙双花, 等. 面向飞机装配的三维测量工艺模型构建技术[J]. 中国测试, 2020, 46(S2): 98–101.LAO Changjuan, ZHAO Ziyue, SUN Shuanghua, et al. Construction technology of three-dimensional measurement process model for aircraft assembly[J]. China Measurement & Test, 2020, 46(S2): 98–101.
11 ]}研究了面向飞机装配的三维测量工艺模型构建技术，但未形成固定模式。毛喆等^{[ [12]  毛喆, 刘兰波, 孙瑞峰, 等. 一种面向航天器装配的测量工艺模型构建技术研究[J]. 制造业自动化, 2023, 45(6): 39–43.MAO Zhe, LIU Lanbo, SUN Ruifeng, et al. Research on model construction technology of measurement process for spacecraft assembly[J]. Manufacturing Automation, 2023, 45(6): 39–43.
[13]  毛喆. 飞机装配几何特征三维测量模型构建技术研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2020.MAO Zhe. Building Technology of 3D measurement model for geometric features in aircraft assembly[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2020.
12-13 ]}研究了航天器及飞机装配几何特征的三维测量模型构建技术，开发了快速构建系统，但未考虑飞机制造全过程多层级测量模型的需求。

针对测量数据管理，梁青霄^{[ [14]  梁青霄. 面向飞机制造的测量管理M–BOM构建[J]. 航空制造技术, 2020, 63(23/24): 72–79.LIANG Qingxiao. Construction of M–BOM for aircraft manufacturing measurement management[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2020, 63(23/24): 72–79.
14 ]}结合飞机制造物料管理（Bill of material，BOM）的思想，研究了制造过程中测量管理BOM构建的思路和意义，实现了测量任务的系统管理。屈力刚等^{[ [15]  屈力刚, 苑俊超, 魏佩振. 基于MBD的三维装配BOM重构技术[J]. 航空制造技术, 2014, 57(9): 26–29.QU Ligang, YUAN Junchao, WEI Peizhen. 3D assembly BOM reconstruction technique based on MBD[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2014, 57(9): 26–29.
15 ]}研究了模型定义（Model based definition，MBD）模式下的三维BOM重构技术，开发了三维BOM重构系统平台，实现了设计BOM（Engineering BOM，EBOM）、工艺BOM（Process BOM，PBOM）及制造BOM（Manufacturing BOM，MBOM），均以产品结构树的形式进行建立和转化。但以上研究未将三维测量模型与数据管理平台进行紧密联系，测量任务与测量数据共享程度不高，关联追溯性不强，复用效果不佳，难以满足基于关键特征的制造过程分析需求。

针对上述问题，本文开展飞机制造过程三维测量模型的构建及数据管理技术研究。创建了飞机制造全过程多层级测量模型的整体架构及三维测量模型标准模板，将与测量和数据处理相关的内容（测量特征、测量基准、容差标注、特征离散、测量方法、测量数据、重构特征、偏差分析等）整合起来形成三维测量模型，并通过数据管理系统实现结构化、统一化管理，从而指导各部门的测量实施，有效提高了测量和数据分析的效率，在多源异构数据系统化管理的同时提升了数据的一致性和共享程度，为实现飞机制造过程基于实测数据的虚拟预装配奠定良好的数据基础，进而提高飞机的装配质量。图1为三维测量模型及数据管理应用流程。

为避免现有测量规划中的常见问题（如测量数据在装配协调过程中存在孤岛、各制造环节在零组部件制造及装配过程中几何特征测量规划耦合性差、各类测量设备及制造环节之间的数据传递不通畅等），构建基于飞机制造全过程的多层级三维测量模型。

基于飞机制造全过程的三维测量模型是对数字化测量技术的一种具象化描述，是实现飞机数字化装配的纲领性文件^{[ [16]  杜福洲, 郭瑞振. 基于模型定义的测量规划与质量评定应用框架研究[J]. 航空制造技术, 2018, 61(5): 44–50.DU Fuzhou, GUO Ruizhen. Research on application framework of measurement planning based on model definition and quality evaluation[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2018, 61(5): 44–50.
16 ]}。根据装配单元划分的形式，测量模型以父子级结构关系进行构建，如图2所示。

测量模型包含了整机、大部件、部件、组件及零件5个装配层级。依据装配单元划分可知，产品首先划分为n个大部件和n₁个零件，即在产品总装站位下，n个大部件和n₁个零件参与装配形成产品，因而产品属于父级，该站位下的所有大部件和零件属于子级。同理，大部件1装配层级中，大部件由n₂个部件和n₃个零件组成，因而大部件属于父级，该站位下的所有部件和零件属于子级，以此类推，直到组件下的所有子级为不可再分的零件单元体为止。

三维测量模型以CATIA结构树的方式对测量规划进行管理，不仅包括了组部件结构装配需要进行协调的孔位、平面、曲面等特征，还加入了结构容差分配、测量特征离散、测量方法规划等内容，形成了系统性可快速实施的测量方案。图3为三维测量模型结构装配及零件测量规划的形式。

装配体三维测量模型以“MM–装配单元名称.product”名称在装配体结构树的首位进行表示；装配体测量模型信息在装配层级中以“MMI–装配单元名称.part”名称在“MM–装配单元名称.product”下方的首位进行表示，该.part文件包含了装配体测量模型的全部几何图形集。其中，MM（Measurement model）、MMI（Measurement model information）分别表示测量模型和测量模型信息。图4为装配体三维测量模型的总体框架。

零件测量模型无需新建.part文件，可直接将全部测量模型几何图形集添加到零件模型结构树下，主要内容与装配体三维测量模型相同，涵盖了测量特征、测量基准、测量方法等全要素。

三维测量模型包括对被测对象测量特征、测量基准、测量设备及方法等的描述。在实施测量任务前，首先确定测量特征，其次根据被测特征分布情况完成测量站位及测量基准的选定，选择合适的特征离散方式并确定对应的测量方案，确保整个测量方案测量光路的可达性及测量结果的准确性。

三维测量模型可被高效地用于测量现场方案实施、装配协调的数据参考，也可作为零件制造及组件装配的准确度评价模型，使得不同工程技术人员对于测量数据的采集、存储、管理及使用达到高度一致，为飞机零组部件的制造与装配提供了极大便利。

三维测量模型包括测量特征集、测量基准集、容差标注集、特征离散点集、测量方法集、点云数据集、重构特征集、偏差分析集，需要在CATIA软件中完成测量特征标识、测量基准建立、被测特征容差标注、被测特征离散布点及测量方法构建，其中测量方法包括测量设备、测量站位、不同测量设备与站位所对应的测量基准及测量特征等内容。在CATIA软件中构建三维测量模型所用的工具条如图5所示。

从飞机制造过程来说，装配几何特征的识别和定义是装配过程规划和偏差累积分析的前提。飞机产品关键特征数量庞大、来源各异、形式多样，如果对全部特征实施测量，必将带来巨大的工作量。因此，必须筛选识别出对产品最终性能和质量有显著影响的特征（主要控制特征），包括产品主要控制特征、装配主要控制特征和制造主要控制特征，通过对这3种特征的分析，确定对装配准确性及可靠性具有直接影响的特征，进而作为装配过程的几何测量特征。表1展示了装配过程的几何测量特征分类。

由于产品是在飞机坐标系下定义的，而产品在制造及装配过程中脱离了飞机坐标系，这就需要在测量过程中通过构建测量基准及转换坐标系来实现测量数据与产品的对齐。测量基准是实施数字化测量的关键，且在后续测量数据的空间位置变换中发挥着重要作用。装配体一般在专用工装上完成，因此装配过程测量一般选用工装上现有的基准工具球（Tooling ball，TB）点或增强坐标系（Enhance reference system，ERS）点作为基准进行测量坐标系的建立；零件测量一般以夹具或自身特征为基准进行测量坐标系的建立，这就需要对零件的加工、测量、装配基准进行统一，确保零件基准信息传递的准确性。

为使测量数据能真实反映零组部件的实际状态，且能满足后续的模型重构及预装配分析任务，测量基准的构建必须满足如下原则：（1）需对所建立的测量场进行精度分析，主要包含系统误差、转站误差、测量方法及测量环境的影响等；（2）通过分析确定的综合测量精度原则上应小于产品装配精度的1/5~1/3；（3）包络性原则，即测量基准系统需要实现“以最小空间包络面对测量对象进行包络”；（4）可视性原则，即测量过程中测量设备在预定站位对公共点、测量点的光线不被遮挡；（5）相对固定原则，即测量过程中要确保测量点与被测要素的空间位置相对固定。

容差信息来源于组部件装配容差分配方案，是测量模型的重要组成部分之一，是评判飞机装配质量的重要依据，在数据分析、模型重构及预装配分析等方面有着至关重要的作用。针对所识别的测量特征进行容差信息标注，可直观地获知被测特征所要实现的技术指标，同时可直接用于被测特征的制造和装配准确度评价。

复材梁类零件对蒙皮气动外形存在装配影响的特征为上、下缘条外形面。因此，依据组件装配容差分配方案，将梁类零件上、下缘条外形面容差范围值直接标注在测量特征上，然后用于梁类零件制造准确度评价和组件预装配分析过程中。图6为复材梁类零件上、下缘条外形面容差信息的标注示意。

对于激光雷达和三坐标测量机，一般需要提前规划测量特征的测量点，将之作为测量计划的一部分，便于激光雷达的自动化测量，降低测量人员的劳动强度，提高测量质量和效率。

目前，测量特征离散的难点主要在于自由曲面的特征点离散。曲率较为平缓的简单曲面可采用截平面法、曲面细分法等离散布点方法^{[ [17]  郑成成, 杜福洲. 基于模型的大型曲面外形检测与评定[J]. 制造业自动化, 2016, 38(12): 55–60.ZHENG Chengcheng, DU Fuzhou. Detection and evaluation of large surface profile based on Model[J]. Manufacturing Automation, 2016, 38(12): 55–60.
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17-18 ]}；曲率较为复杂的自由曲面可采用基于UV布点法的非均匀B样条曲率自适应离散布点方法^{[ [19]  刘红军, 叶文静, 纪俐. 基于实时重构的自由曲面自适应布点方法[J]. 中国机械工程, 2017, 28(17): 2090–2094.LIU Hongjun, YE Wenjing, JI Li. Adaptive distribution of inspection points for free-form curved surfaces based on real-time reconstruction[J]. China Mechanical Engineering, 2017, 28(17): 2090–2094.
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[21]  韩志仁, 李子牮, 彩辉. 基于CATIA/CAA的快速布点技术研究[J]. 航空制造技术, 2016, 59(9): 62–65.HAN Zhiren, LI Zijian, CAI Hui. Research on rapid design technique of measure point based on CATIA/CAA[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2016, 59(9): 62–65.
[22]  韩志仁, 王刚, 彩辉, 等. 基于CATIA/CAA的复杂边界平面和曲面自动布点技术研究[J]. 制造业自动化, 2017, 39(9): 59–63, 94.HAN Zhiren, WANG Gang, CAI Hui, et al. Research on generating point automatically in complex boundary plane and surface based on CATIA/CAA[J]. Manufacturing Automation, 2017, 39(9): 59–63, 94.
19-22 ]}。

基于“曲面—曲线—点集”的原则，在复杂自由曲面测量规划时，将曲面外形的测量简化为对若干截面曲线的测量，继而对截面曲线进行离散布点。如图7所示，将近似扫描截面的法线方向定义为U方向，将扫描截面内的方向定义为V方向，则非均匀B样条曲面可以表示为S=（u，v）。

对于待测的非均匀B样条曲面，分别固定曲面上不同的参数u值，便可得到一组对应于不同u值的等参数曲线C_u（v）。分析每条等参数曲线的曲率并找出其中的最大曲率值k_（u）max，曲面S上通过最大曲率值点且垂直于等参数曲线C_u（v）的截线即为U方向上的最优扫描引导线，该引导线在最大曲率值点的曲率为k_u。利用等弦高法计算待测曲面在U方向上扫描截面的间距L_u，弦高法原理如图8所示。其中，r为圆半径，θ为弦对应的圆心角。

依据待测曲面在U方向上的布点结果，建立多组V方向扫描截面并生成扫描截线。利用等弦高法确定曲面在V方向扫描截线上的测量点间距L_v，设定不小于0的阈值e，认为当测量点到弦AB的距离不大于阈值e时，可以用弦AB代替圆弧AB。

而r=1/k_v，其中k_v是测量点在V方向截线处的曲率，所以得到

当$\theta =2\arccos (1-e{k}_v)$时，圆弧AB上的点到弦AB的最大距离为e。根据等弦高原则，曲率k_v越小，θ越小，AB点之间的测量间距L_v越大；反之，曲率k_v越大，θ越大，AB点之间的测量间距L_v越小。L_v可表示为

以曲线为例，其测量点的离散方法分为3种，其中图9（a）为等曲率布点法（基于曲率离散），图9（b）为等间隔布点法（均匀离散），图9（c）为等曲率与等间隔结合法（自适应离散）。均匀离散适用于曲率较为平缓的曲面，基于曲率离散适用于曲率变化较大的曲面。自适应离散融合了均匀离散与基于曲率离散，在曲率较大位置处密集布点，在曲率较小位置处稀疏布点，当布点间距大于额定补偿时，运用等间隔均匀布点，弥补了使用单一布点方法的不足，兼顾曲率与步长两种因素^{[ [23]  彭艳敏, 杨亮, 武杰, 等. 基于曲率的自适应复杂曲面测量点规划方法[J]. 智能制造, 2023(4): 121–123.PENG Yanmin, YANG Liang, WU Jie, et al. Adaptive complex surface measurement point planning method based on curvature[J]. Intelligent Manufacturing, 2023(4): 121–123.
23 ]}。

为确保特征离散点能精确描述待测特征，布点后对测量点进行二次拟合，计算拟合曲面与理论值的最大偏差，若小于公差值的1/5则输出布点密度，若超差则对超差部分加密布点后再重新拟合。特征离散布点密度的确定流程如图10所示。自由曲面基于UV布点法的非均匀B样条曲率自适应离散布点结果如图11所示^{[ [23]  彭艳敏, 杨亮, 武杰, 等. 基于曲率的自适应复杂曲面测量点规划方法[J]. 智能制造, 2023(4): 121–123.PENG Yanmin, YANG Liang, WU Jie, et al. Adaptive complex surface measurement point planning method based on curvature[J]. Intelligent Manufacturing, 2023(4): 121–123.
23 ]}。

测量方法中包括测量设备、测量站位、测量基准及测量特征^{[ [24]  谈宝林. 飞机小型结构件快速测量技术研究与应用[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2020.TAN Baolin. Research and application of rapid measurement technology for small aircraft structural parts[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2020.
24 ]}。对于1种测量设备无法满足测量的零件，需要安排多个测量设备，每种设备可能存在多个测量站位，对应站位信息包括站位坐标、该站位建系基准点和该站位下的测量特征点集^{[ [25]  张阳. 基于激光雷达的飞机大型构件测量站位规划研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2019.ZHANG Yang. Research on station planning of digital measurement for large-scale part of aircraft based on the laser radar[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2019.
25 ]}。图12为测量方法集的结构形式。

数字化测量设备种类多样，多系统协同测量技术在飞机装配中的应用也愈加广泛。因此，针对不同类型的待测特征，合理选用测量设备，可提高测量精度和效率^{[ [26]  杜福洲, 文科. 大尺寸精密测量技术及其应用[J]. 航空制造技术, 2016, 59(11): 16–24.DU Fuzhou, WEN Ke. Large-scale precision measurement technology and its application[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2016, 59(11): 16–24.
26 ]}。图13为不同组件测量方法示意。

测量站位的选择应使单个站位能直接测量大部分特征点，并尽可能覆盖多个工装或地面基准点，同时优先选择空间包容范围大的基准点；设备站位最好处于待测特征的中心，尽量减小与待测特征之间的距离；站位布设则需尽量避免温度反复变化、空气流动频繁的地方。

测量完成后需对测量点云数据进行精简、去噪等预处理操作，并按照其空间位置对应关系将测量点云数据由测量坐标系转换到飞机坐标系下的产品模型理论位置处，可直观地展示零组部件的实际状态，便于后续的测量数据偏差分析及特征重构。图14为复材梁类零件测量点云数据的处理过程。

基于实测数据的特征重构是实现零组部件虚拟预装配分析的必要过程，在完成测量数据的处理及偏差分析后，开展零组部件关键特征基于实测数据的特征重构。重构过程需同时考虑重构精度及重构特征表面的光顺性，构造合理的重构特征，为零组部件实现虚拟预装配分析打下良好的数据基础。

测量数据偏差分析是测量完成后对零件制造准确度及组部件装配准确度评价的直观依据，偏差分析包含点云数据相对于产品模型的偏差范围、最大/最小偏差值、各偏差值范围所在位置及所占比例。以复材梁类零件为例，对梁类零件上、下缘条外形面测量数据进行偏差分析，如图15所示。

在飞机制造过程中，针对不同类型待测特征，根据产品制造关键过程的质量控制要求，以MBOM为基础，构建测量BOM。测量完成后，会存在由不同测量设备、不同测量方式获得的多类型、多站位、多基准等多源异构测量数据，将测量数据通过基准和测量特征的空间位置进行传递，对从不同测量系统得到的多源异构测量数据进行融合，将融合后数据转换到同一系统下进行协调优化和综合处理。测量过程前后，按照零组部件层级关系分别将三维测量模型及测量数据与测量BOM进行关联，构建测量BOM管理体系，实现测量过程的闭环管理。

在飞机制造过程中，零组部件以MBOM的形式在工艺系统工作平台中进行管控。以MBOM为基础，根据产品制造的实际需求，对于需要进行测量的零组部件和所属的装配单元进行标识，并在结构树中展示，形成测量BOM结构树。测量BOM顶层结构树继承MBOM中定义的结构关系和属性，包含顶层装配单元、零组部件、版次、制造单位等信息。

测量BOM管理体系框架如图16所示，构建过程分为5个步骤。

（1）在工艺系统工作平台定义工装基准及制造过程关键特征，包括制造装配过程中需控制的设计关键/重要特性和工艺关键特征，与EBOM或MBOM进行关联，形成结构化数据，作为三维测量模型特征提取的基础数据。

（2）在三维设计环境下，基于产品模型构建测量模型，其中包含测量特征集、测量基准集、特征离散集和测量方法集等。将三维测量模型检入工艺系统工作平台，根据零部件映射关系自动关联至测量BOM顶层结构树，并与制造指令关联，形成工艺设计阶段针对具体零部件的测量需求和测量规划数据。

（3）通过系统集成将工艺系统工作平台测量需求和工艺测量规划数据传递至测量管理系统，检验工程人员进行测量计划、测量方法、测量程序的编制，形成测量实施阶段的测量规划。

（4）制造执行系统（Manufacturing execution system，MES）接收制造指令和测量任务，并推送至测量人员。测量人员检索获取零部件测量规划，并按照测量规划要求对零件实施测量。

（5）通过测量数据处理与分析软件对实测数据进行处理，将零散的、形式多样的测量数据归集到同一系统下，之后导入工艺系统工作平台与测量BOM关联；从工艺系统工作平台获取处理后的测量数据进行逆向重构，通过与设计模型进行对比分析，形成实测模型偏差分析数据；最后将实测数据、点云、重构模型及偏差分析数据上传至工艺系统工作平台，作为飞机预装配分析的输入条件和前期数据支撑，形成测量数据的闭环管理。

为了展示飞机制造过程三维测量模型构建与数据管理技术的应用，以翼盒试验件为验证对象，基于CATIA软件构建翼盒试验件各个装配层级的三维测量模型，再通过工艺系统工作平台测量BOM进行多源异构测量数据的管理，进而指导翼盒试验件的高精度、高效率数字化装配。

翼盒试验件由前缘隔板、前梁、后缘支臂、后梁、翼肋、上/下壁板等组成，如图17所示。上壁板装配主要是以固定前缘–肋–固定后缘组成的骨架与上壁板的配合，固定前缘由前缘隔板和前梁组成，固定后缘由后缘支臂和后梁组成，上壁板包括上壁板主体和口盖。下壁板装配与上壁板类似，不同点在于下壁板是一个整体壁板。翼盒试验件的装配层级结构划分如图18所示。

根据装配层级结构划分、构建翼盒试验件各层级测量模型，如图19所示。翼盒装配层级（总装层级）中包括“MMI–翼盒编号.part”零件、骨架部件和上/下壁板等零件。进一步分解骨架部件，拆分出“MMI–骨架部件编号.part”零件、前缘组件、后缘组件和6个肋零件。进一步分解前、后缘组件，以前缘组件为例，拆分出前梁和5个隔板零件。最后以隔板作为不可再分零件单元，构建零件测量模型。

以前缘组件为例，分析该组件在骨架与上/下壁板装配工序中的关键过程质量控制要求，其主要控制特征为翼面气动外形公差。在翼盒骨架与壁板装配过程中，主要控制措施为确保前缘组件外形公差、壁板内形及厚度公差符合设计数模要求。因此，识别前缘组件在骨架与壁板装配环节时的配合特征为前梁上/下缘条外形面及隔板上/下外形面，进而对配合特征开展前缘组件三维测量模型构建。翼盒前缘组件的测量特征识别如图20所示。

翼盒前缘组件三维测量模型构建过程如下。

（1）测量特征构建：在CATIA软件中运用“多重提取”命令提取测量特征面，即识别到的翼盒前缘组件前梁上/下缘条外形面及隔板上/下外形面，如图21所示。

（2）测量基准构建：选取翼盒前缘组件装配工装上的所有TB点作为测量基准，以创建X、Y、Z三坐标点的形式表示在结构树中，测量基准构建如图22所示。

（3）容差信息标注：根据翼盒组件装配协调方案中的容差值标记被测特征的容差信息。

（4）测量特征离散：在CATIA软件中，对翼盒前缘组件前梁上/下缘条外形面及隔板上/下外形面运用基于UV布点法的非均匀B样条曲率自适应离散布点方法，以进行特征离散（图23），并生成测量规划点云。

（5）测量方法构建：针对翼盒前缘组件测量特征及基准点分布，选择激光雷达作为测量设备，在空间中设置上、下翼面测量站位点，固定上、下翼面测量站位对应的测量基准与测量特征，CATIA软件界面下创建的测量设备、站位、基准点及测量特征如图24所示。

（6）点云数据处理：在SolidWorks或CATIA中对测量点云数据进行精简、去噪等处理，并创建翼盒前缘组件上、下壁板配合面测量坐标系，将测量数据进行坐标系转换，与飞机坐标系统一。

（7）重构特征构建：基于翼盒前缘组件前梁上/下缘条外形面及隔板上/下外形面实测数据完成曲面特征重构，可用于后续的翼盒组件预装配分析中。

（8）偏差分析构建：在CATIA中运用“Deviation Analysis”命令对翼盒前缘组件上、下壁板配合面测量数据进行偏差分析（图25）。其中，上壁板配合面最大偏差为0.329 mm，平均偏差为0.104 mm；下壁板配合面最大偏差为–0.311 mm，平均偏差为–0.112 mm。根据配合面外形容差要求对测量数据的偏差值进行评判，进而得到翼盒前缘组件的装配准确度。

图26为完整的前缘组件装配体三维测量模型，可以看出，该模型极大简化了测量规划过程，可指导各部门进行测量实施，保证测量规划的唯一性及测量过程的可追溯性，有效提高了测量和数据分析的效率，确保测量结果的稳定性。

在工艺系统工作平台中以翼盒试验件MBOM为基础，构建测量BOM，然后将CATIA软件中构建的翼盒前缘组件三维测量模型导入工艺系统工作平台，与对应的测量BOM节点进行关联，翼盒前缘组件测量BOM的结构如图27所示。

在翼盒试验件测量BOM节点下创建测量任务。MES系统获取测量任务并传递至测量设备端以开展测量。在测量及数据处理完成后，将来源于激光雷达、激光跟踪仪等不同测量设备及测量基准条件下的测量数据关联至测量BOM结构中的三维测量模型，便于进行后续多人协同的组件装配准确度评价、模型重构及预装配分析，确保了测量数据的高度一致性，且各部门之间数据互通性好、共享程度高。

以翼盒试验件前缘组件作为验证对象，完整构建出该组件的三维测量模型，并按照三维测量模型规划内容实施了测量。与传统复杂的测量模型及测量过程进行对比，结果如表2所示。

翼盒前缘组件三维测量模型构建过程中，曲面特征离散运用基于UV布点法的非均匀B样条曲率自适应离散布点方法，高效且优质地完成了特征离散，大幅降低了软件使用的难度，该方法的测量模型构建时间较人工特征离散方法缩短了80%，并且为后续的特征重构奠定了良好的数据基础。对测量过程运用光路仿真，确定测量基准及测量站位，固化了测量方式，避免了人为因素带来的测量误差。基于MBD精简而高效的三维测量信息尽可能地消除了产品模型中潜在的测量干扰特征，有效降低了三维测量模型的大小，形成了可快速实施的测量方案，测量准备与实施的效率提升了200%，同时测量平均偏差大幅降低（34%）。将测量模型及来源于不同设备的测量数据与测量BOM进行关联，实现了测量数据按装配层级的三维存储与管理，打破了多源异构数据零散管理的弊端，提高了数据的共享程度及一致性，对整个翼盒试验件装配测量及制造准确度评价实现了闭环管理。

针对飞机高质量、高性能的要求，面向飞机制造过程的数字化测量技术开始逐步拓展至飞机的各个装配环节中。本文以飞机制造过程三维测量模型为研究对象，深入研究了如何形成系统化、标准化的三维测量模型及数据管理模式，提出了飞机制造全过程的三维测量模型多层级整体架构及标准模板，固化了三维测量模型中各个元素的构造方法，形成了系统性可快速实施的测量方案。以测量BOM的形式整合了三维测量模型与零散的、形式多样的多源异构测量数据，实现了测量数据的闭环管理，提高了数据管理的便捷性、真实性、一致性和共享程度，直观反映了飞机制造过程各个层级的零组部件实际形态及制造准确度评价效果。基于飞机制造过程的三维测量模型构建与数据管理技术精简了数字化测量技术在飞机装配过程中的应用，为飞机制造全过程运用数字化测量技术和预装配分析奠定了基础，对提升飞机的装配效率和装配质量具有重要意义。

由于飞机装配测量过程涉及内容众多，且单个研究所能涉及的范围有限，在如何提高装配过程测量特征识别及三维测量模型构建的效率方面，本文的研究尚存不足。在后续工作中，将侧重于如何高效、准确地完成装配过程测量特征识别及三维测量模型构建，并开展进一步的研究。