基于几何特征的汽轮机总装过程质量管控技术研究

作     者：王鹏飞 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡小锋

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：项目型产品 工艺数据 质量管控 选配优化 蚁群算法 

摘      要：汽轮机是发电机组的重要装备,总装质量优劣直接影响机组的运行效率。汽轮机单价高达上亿元,结构复杂,为满足不同客户的个性化需求,采用单件定制的模式生产制造。不同订单的汽轮机产品结构差异较大,汽轮机总装工艺相应地调整,目前主要依靠纸质工艺文件指导工人装配,CAD模型和工艺文件的大量数据,需要工人在装配过程中进行查阅和关联分析,易造成信息疏漏和理解不一致,难以有效指导装配作业和质量检查,而且缺乏依据零件加工质量波动的选配优化方法指导,导致总装质量的稳定性差,甚至发生装配质量异常,反复拆装和修配则会显著降低装配效率。为此,迫切需要开展汽轮机总装质量管控技术研究与应用,从而提高装配质量和效率。首先,建立基于几何特征的汽轮机总装质量数据模型。针对总装现场纸质版本的图纸、工艺文件和质量检查表等数据无法关联等问题,分析汽轮机三维模型的零部件结构特点和装配工艺文件,提取影响总装质量的典型几何特征,构建了基于几何特征的装配工艺数据模型;分析质量检查工艺要素,构建了基于几何特征的质检工艺数据模型;在此基础上,利用统一建模语言,建立基于几何特征的汽轮机总装质量数据模型,为后续选配优化和总装过程的质量管控系统开发提供了数据支撑。其次,分析汽轮机存在的选配场景,以经常出现卡死、修配等问题的汽缸中分面特制紧固件装配为对象,建立螺纹中径配合间隙与装配难度、是否修配的关系,以减少修配零件数和难装配的配对数为目标,结合双头螺柱两端与螺孔、螺母一一配对的约束条件,建立多目标选配优化模型。采用改进的蚁群算法,设计启发式方法提升寻优效果。设计一组特殊信息素解决螺柱两端节点的成对耦合关系,提出多层精英策略进行信息素更新,实现选配优化求解。以汽轮机某产品为工程案例,算法结果显示,相比原先的随机装配,有效解决了修配问题,提高了顺利装配的配对数。最后,基于已经形成的装配质量数据模型和选配优化算法,分析实际装配过程中的管控流程和功能需求,建立B/S三层架构,采用RFID和金属二维码构建总装车间的物联网系统,开发总装过程的质量管控系统,具有关联工艺与几何特征、选配优化结果下达、监督装配过程按工艺要求进行等功能。在实际应用中,解决了现场装配和质检过程的错漏,提高装配质量和效率。