Contribution to the definition of a digital twin for geometrical assurance of aeronautical structures during their assembly processes
Contribution à la définition d'un jumeau numérique pour la maîtrise de la qualité géométrique des structures aéronautiques lors de leurs processus d'assemblage
Résumé
Assembly operations of aerostructures are nowadays planned using the Digital Mock Up of the considered products. To allow a good realization of the aforementioned operations, the geometry of the physical product must remain as faithful as possible to the reference geometry contained in the Digital Mock Up. Because of the complexity of the considered products, unanticipated geometrical deviations may however appear. These geometrical deviations lead to longer cycle times and higher assembly costs.The increasing integration of data processing system gives new prospects on how to organize production systems. These prospects include the possibility to optimize the manufacturing and assembly operations in real time thanks to the use of digital twins of the manufactured products. In this work, we propose the implementation of a geometrical digital twin. This digital twin is capable of mirroring the geometry of the physical product being assembled and optimizing the geometry of some components remaining to be assembled.With this in mind, the initial Digital Mock Up is updated in order to obtain a hybrid representation of the product. This representation includes the different states of the components, which are called as-designed, as-built and interface. The as-built components are more particularly updated in order to mirror the geometry of the physical product being assembled. A method using digitized data is proposed. From there, the geometry of interface components is updated so that the final product complies with the functional requirements which were defined. A method is also proposed for this purpose.The feasibility of the approach as well as the proposed tools is evaluated through two application cases, one of which is directly representative of the industrial context of the works. The obtained results allow to consider enriching the proposed approach by considering non-geometrical constraints in order to optimize assembly operations.
Les opérations d'assemblage de structures aéronautiques font aujourd'hui appel à une planification particulière se basant sur la maquette numérique des produits considérés. Pour permettre une bonne réalisation de ces opérations, la géométrie du produit physique doit rester aussi fidèle que possible à la géométrie de référence contenue dans la maquette numérique. Du fait de la complexité des produits considérés, des écarts géométriques non-anticipés peuvent cependant apparaitre et occasionner un allongement des délais et une augmentation des coûts d’assemblage.L’intégration croissante de systèmes de traitement de l’information ouvre des perspectives nouvelles quant à la façon d’organiser les systèmes de production. Ces perspectives incluent notamment la possibilité d’optimiser les opérations de fabrication et d’assemblage en temps réel à travers l’utilisation de jumeaux numériques des produits manufacturés. Nous proposons dans ces travaux la mise en place d’un jumeau numérique géométrique, capable de refléter la géométrie du produit physique en cours d’assemblage et d’optimiser la géométrie de certains composants restant à assembler.Dans cette optique, la maquette numérique initiale est actualisée afin d’obtenir une représentation dite hybride du produit. Cette représentation inclut les différents états des composants, que nous nommons textit{as-designed}, textit{as-built} et textit{interface}. Les composants textit{as-built} sont plus particulièrement actualisés de manière à refléter la géométrie du produit physique en cours d’assemblage. Une méthode d’actualisation, s’appuyant sur des données numérisées est proposée. A partir de là, la géométrie de composants dits textit{interfaces} est également actualisée afin de garantir le respect des exigences fonctionnelles sur le produit assemblé. Une méthode d’actualisation est également proposée à cet effet.La faisabilité de l’approche ainsi que des outils proposés est évaluée à travers deux cas d’application, dont un est directement représentatif du contexte industriel des travaux. Les résultats obtenus permettent notamment d’envisager d’enrichir l’approche proposée avec la prise en compte de contraintes non-géométriques dans le but d’optimiser le déroulement des opérations d’assemblage.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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