装配规划与方案评价集成系统的研究与开发_cad_产品创新数字化(plm)_1054

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1、装配规划与方案评价集成系统的研究与开发_CAD_产品创新数字化(PLM)1前言   在产品制造过程中产品制造成本与装配有很大关系。因此，编制有效的、低成木的装配工艺方案具有重要的意义。计算机辅助装配工艺设计(Computer-AidedAssemblyProcessPlanningCAAPP)包括装配工艺设计和设计方案评价。在过去的几十年中，研究人员提出了许多装配顺序规划策略。从原理上看，它们大多采用回溯法，即从拆卸过程分析入手，将合理的装配模型拆卸过程逆序，衍生后得到相应的装配顺序规划方案。除了从拆装装配模型入手，逆序生成装配顺序方案外，Ling通过直接分析装配模型建立基于

2、运动副依赖关系图，可识别模型中二维几何实体间相互接触、联结等约束关系，实现了从装配模型提取装配顺序规划所需的依赖关系信急。在此基础上，也衍生出许多改进方法，如面向装配顺序规划的装配特征模型建模法、采用复合图表示装配顺序方案方法等，它们从算法和实用性方而进行了完善。这些算法的共同特点和存在问题是：(l)需要工艺员对产品有必要的了解；(2)需要人机交互；(3)在进行大型装配的装配顺序规划时，存在计算开销过大的现象，系统的运行效率影响了应用效果。   为了验证和评价已定义好的装配顺序方案，可以采用可视化仿真技术，将装配对象、装配顺序方案和路径、装配工具和其他资源统一考虑，建立综合的

3、评价体系。Hu等提出了一种采用虚拟原型建模技术，可在Pro/Engineer三维CAD平台上进行一次开发，通过生成虚拟产品，支持可视化评价装配顺序、装配路径和工具更换顺序。Ling提出的装配过程仿真方法，支持装配顺序设备布置情况、每个装配工序的装配过程的仿真，以及装配线上各装配点的能力平衡。美国Dassault公司开发的DPMAssembly系统支持大型装配过程仿真及装配过程中干涉检查等。与装配顺序规划和装配顺序方案优化方面的研究相比，装配顺序方案评价方面的研究则刚刚起步，研究的深度和广度还有限。这主要表现在:(1)评价系统大多不全面，评价模型单一，不能有效地将装配对象、装配

4、工具和空间与装配资源全面统一，以组成功能全而的评价系统；(2)大多数评价系统提出的实现方法过于简单，缺乏较为详细的实现策略和实现方法。   本文提出了一种集装配对象、装配工具和装配空间以及装配资源统一管理的装配顺序规划与方案评价方法，在开目CAD三维系统KMCAD3D基础上开发了一套实用的装配顺序方法评价软件原型系统。2分层装配顺序规划方法   为了保证装配顺序规划方法的实用性，支持大型装配的装配顺序规划要求，本文提出了利用人机交互建立分层装配主模型和自动建立子装配顺序模型的两层建模策略，可以极大地减少目标对象和求解空间，满足实际应用需要。因为复合图法将装配顺序模型表示与模型

5、优化统一考虑，简化了算法，降低了方案求解的复杂性，所以我们采用该方法来处理子模型的表示与方案优化。2.1交互定义分层装配模型   当装配规模较大时，方案规划和优化的计算时间将随之迅速增大，使得在处理大型装配的装配顺序规划时(如装配模型中的零部件大于500)，系统求解的能力受到极大的限制。如果全部由计算机自动生成装配顺序方案，明显存在如下弊端：(1)需要建立大量的专业知识规则；(2)研究复杂的、稳定可靠的分层求解算法；(3)根据产品文档，将产品装配模型的几何约束信息输入分层求解算法，作为算法的输入条件；(4)系统难以将产品功能的要求作为输入信息输入分层装配模型，这样的带传动功能

6、要求在软件系统中难以表达；(5)同样不可避免大量的人机交互。   本文提出一种复合分层装配主模型定义方法，遵循了从总体设计到具有独立功能部件的设计流程，符合实际设计要求。该方法采用人机交互方式先将一个复杂的产品装配模型分离为一系列具有独立功能的子装配模型集，并将装配模型中的联结零部件识别出来，形成一个树状的层次结构装配模型；然后由计算机自动规划子装配模型的装配顺序。当定义分层模型时，首先根据系统预定义的规则，通过人机交互，产生一个初步的分层装配模型；然后调用系统提供的装配顺序评价功能，逐级动态仿真验证分层装配模型的合理性；利用可视化功能可及时发现在装配过程中移动零部件是否与其

7、他零部件发生碰撞，以验证分层模型的可行性和合理性。分层装配顺序主模型的定义规则主要包括:   (1)划分的子装配模型应具有独立的功能；  (2)属于子装配模型中的零件必须服务于子装配的功能，否则将其从子装配中删除；  (3)如果已划分的子装配功能不惟一，则继续分解至多个具有独立功能的子装配；  (4)同时存在于多个独立的子装配模型中的零件视为联结件，可作为分层模型中的独立对象；  (5)联结件不能是零件的特征，如焊接特征、钣金翻边特征等非独立零件对象。   图1所示为一个实际的二级蜗轮齿轮减速器，共有5