外文翻譯--GAPP一個裝配工藝生成規(guī)劃器 中文版

揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯 教 科 部： 機(jī)械電子教科部 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 姓 名： 學(xué) 號： 外 文 出 處： Journal of Manufacturing Systems, 1996,Vol. 15/No. 4 附 件： 指導(dǎo)老師評語 外文資料翻譯文字?jǐn)?shù)符合畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，內(nèi)容翻譯準(zhǔn)確、文字表述通順，某些專業(yè)用詞和語句翻譯欠妥。 簽名： 2014 年 4 月 5 日 GAPP：一個裝配工藝生成規(guī)劃器 摘要 本文介紹了關(guān)于自動化裝配規(guī)劃的深入研究成果。一個裝配工藝生成規(guī)劃器（ GAPP）已經(jīng)開發(fā)出來，通過輸 入要組裝的產(chǎn)品的實(shí)體模型，然后就可以輸出它的可行裝配序列。一旦該產(chǎn)品可以用商業(yè)建模軟件生成實(shí)體模型，就可以通過GAPP 產(chǎn)生實(shí)體模型的邊界表示（ B-REP）文件，生成一個有裝配工藝規(guī)劃的關(guān)系圖。此圖從幾何，穩(wěn)定性和可訪問性的觀點(diǎn)展示了一切合理的裝配序列。 合理的裝配序列的共同優(yōu)點(diǎn) ,可以用相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來決定，比如一定數(shù)量的再定位或者類似裝配序列可以連續(xù)的操作 。 發(fā)動機(jī)是非常具有柔性的并且可以統(tǒng)一處理不同的裝配問題，例如，遇到需要拆卸修復(fù)的產(chǎn)品可以不完全拆卸，同時(shí)也可以采用預(yù)先組件來裝配。工業(yè)產(chǎn)品實(shí)例說明了這種工具的潛 力。 關(guān)鍵詞：組裝，拆卸，裝配序列，裝配規(guī)劃 介紹 較短的產(chǎn)品生命周期、小批量、按時(shí)制造生產(chǎn)已經(jīng)大大耗費(fèi)了組裝的時(shí)間。這已經(jīng)呼吁有效的軟件工具來協(xié)助規(guī)劃。 任務(wù)計(jì)劃執(zhí)行期間，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)的影響，一個適當(dāng)?shù)难b配序列的選擇是至關(guān)重要的。早期在裝配規(guī)劃側(cè)重于自動生成大量的給定產(chǎn)品的序列，以及調(diào)查潛在的緊湊的裝配次序表示方案。大部分推論都是憑人們的經(jīng)驗(yàn)，例如消除不可行的裝配序列限制或評估和選擇一些基于成本標(biāo)準(zhǔn)的。 今天，有許多裝配規(guī)劃人員，可以靈活生成所有可能的裝配一個產(chǎn)品的序列，并丟棄所有那些不可行的約束。目前的研究重 點(diǎn)在于減少裝配順序因素的制約和相關(guān)的成本，這可以從所有可行的那些序列中選擇更好的裝配準(zhǔn)則。 本文詳細(xì)介紹了綜合裝配規(guī)劃的方法，其中關(guān)于生成、消除和裝配序列的評價(jià)都是在每個進(jìn)程中展現(xiàn)出來的。由此產(chǎn)生的的軟件工具，稱為生成裝配工藝規(guī)劃師（ GAPP），基于 C+和 OSF/Motif 上運(yùn)行的圖形窗口界面軟件。圖 1 顯示軟件的框圖。還提出了在本文的結(jié)尾圖 18 中是一個窗口界面屏幕轉(zhuǎn)儲。 本文的下一節(jié)描述了產(chǎn)品的圖模型，在第三節(jié)描述了從產(chǎn)品自動生成的的實(shí)體模型用來作為裝配順序引擎的輸入。接著概述了一些用于消除不可行的裝 配約束序列，從而減少搜索空間。該第五部分簡要介紹了實(shí)際應(yīng)用中標(biāo)準(zhǔn)成本的作用，最后一個節(jié)討論了該軟件的影響成就。 圖 1 產(chǎn)品圖模型 概述 裝配操作可以被看作是建立零之間的聯(lián)系和附件，或者是在無沖突路徑中組件的使用。因此在裝配規(guī)劃的要素是零件的配對信息。 這種信息有助于一個二元關(guān)系的一組零件可以更適當(dāng)?shù)卦趫D模型中表示 。其中可以看出零件定點(diǎn)和邊緣的配對關(guān)系。 圖 2 顯示了一個簡單的四模塊產(chǎn)品及其圖模型?？梢钥吹饺齻€類型的配對關(guān)系是有可能的。他們定義如下 : 1.如果兩個組件在組裝產(chǎn)品中一直存在物理接觸 ，他們會有接觸約束。 2. 如果兩個組件在組裝產(chǎn)品中不存在恒定的物理接觸，或者一個正交方向的線性延長與另外一個產(chǎn)生碰撞，他們會有封閉約束。 3. 如果兩個組件在組裝產(chǎn)品中不存在恒定的物理接觸，或者任何一個正交方向的線性延長都不會與另外一個產(chǎn)生沖突，他們就不受約束。 圖 3 顯示了示例的兩個部分自由不受約束的關(guān)系。 請注意，盡管封閉約束和自由配對關(guān)系不涉及接觸，但他們意味著無沖突路徑的坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇可能存在或可能不存在。這些非接觸配對關(guān)系，從一種幾何的干涉角度來看對確定可行裝配序列發(fā)揮重要作用。 顯然，上面的定義是 這樣的，在任何產(chǎn)品的圖模型始終是一個完整的圖形（即，每一個零件與其他零件至少具有上述中三個配合關(guān)系的一個）。 生成的圖形模型是幾何推理的過程，主要包括確定哪些部分有哪些類型的配對關(guān)系。 N 組件產(chǎn)品的配對關(guān)系可以表示為 n(n-1)/2。 從實(shí)體模型自動生成圖模型 一種自動建立了內(nèi)部的圖模型的計(jì)算機(jī)表示方法已經(jīng)被研究出來。通過從產(chǎn)品的實(shí)體模型生成的 B-REP 文件的信息自動生成圖模型，使用 ICEMDD 實(shí)體建模。該方法主要包括 B-REP 文件包含的零件的表面信息。特別地，每個涉及在表面上的數(shù)學(xué)測試，有助于判斷這些部位屬于 表面相互接觸，阻止或自由。圖 4 和圖 5為例“ A”和“ B”的接觸塊之間的配合關(guān)系，在圖 2 中，從它們的配合的分析在B-REP 文件包含曲面定義。在圖 4 中， N1 和 N2 分別是塊“ A”和“ B”表面的單位法向量，兩塊之間的距離表示為 d， PL 和 P2 為表面上的點(diǎn)。 假設(shè)對塊“ A”和“ B”的限制，與所選擇的坐標(biāo)系統(tǒng)，分別是為識別兩個表面之間的配合關(guān)系，必須滿足三個條件： 用于上述所有計(jì)算數(shù)據(jù)，都是從 B-REP 文件得到。 在圖 5 中， N1 和 N2 分別是塊或者 或者 或者 “ A”和“ B”表面的單位法向量，假設(shè)圓柱塊的約束 “ a”和“ b”相對 于所選擇的坐標(biāo)是 和這兩者之間的接觸面的配對關(guān)系必須滿足三個條件： 用于確定表面相同的條件聯(lián)系也用于阻塞和自由配合關(guān)系識別。例如，阻止兩個平面之間需要條件 (1)及 (5)要得到滿足，但不滿足條件 (2)，而同樣自由的關(guān)系類型的表面只需要條件 (1)滿足，但不是條件 (2)及 (5)。構(gòu)建自由矩陣在3d 空間最多六個自由度 :三個翻譯和三個旋轉(zhuǎn)。在裝配規(guī)劃通過進(jìn)一步考慮 ,比實(shí)際的方向 (+或 -)平移或旋轉(zhuǎn)大約一半的自由度是更適當(dāng)?shù)?。這 12 個自由度分別為 .字母 T 和 R 代表分別平移和旋轉(zhuǎn)。 一旦兩零件之間 接觸，阻塞，或 自由有關(guān)系已確定， 這種關(guān)系提供的自由度隱含在一個適當(dāng)?shù)?3x4 的矩陣 ,稱為自由矩陣 ,在那里矩陣中存在的每個條目和它所代表的自由度之間有對應(yīng)關(guān)系 : 每一個接觸表面自動構(gòu)建自由矩陣 。一個自由矩陣函數(shù) ,包括 arg1 了 arg2配合關(guān)系。函數(shù)通過一個自由矩陣表示，零件的自由度提供了關(guān)系。每個自由度代表的條目可用 1 或 0 表示矩陣。這些信息是用來計(jì)算幾何干涉操作。 圖 6 顯示了一個簡單的例子， 用自由矩陣計(jì)算了在圖 4 和圖 5 這兩種配合關(guān)系。自由矩陣表示了與平面接觸 (圖 4)所示，與圓柱接觸 (圖 5)所示。 為了獲得在零件表面所產(chǎn)生 的最終自由矩陣，所需要的是在 先前生成的自由矩陣條目自由度區(qū)間 之間做一個 “和”邏輯。 該模型的限制 就目前而言，該產(chǎn)品的每一個部分進(jìn)行組裝必須使用塊，圓柱體，圓錐體進(jìn)行建模，球體，革命，平板（掃描）和他們的組合。雖然固體建模器用于啟用復(fù)雜對象建模，例如，使用從空氣緊 B-樣條信封其中可以計(jì)算固體 這種格式 B-REP 文件信息很復(fù)雜，尚未有明確條件確定其配合關(guān)系。 另一個限制在于自動計(jì)算旋轉(zhuǎn)零件的自由矩陣?，F(xiàn)在，從使用 B-REP 文件分析到目前為止所描述的概念只有平面部分是自動生成的。旋轉(zhuǎn)部分，如有必要，必須手動完成。 因 此，圖模型生成的自動化是限于這種廣泛和有代表性的分類產(chǎn)品的零部件 。 最后， GAPP 可以處理的產(chǎn)品其其零件和子組件，在遵守所選擇的正交坐標(biāo)系統(tǒng)是可以組裝的。因?yàn)?B-REP 文件明確表示表面法線使用標(biāo)準(zhǔn) 4x4 齊次矩陣，它是可能的確定裝配的方向而不是匹配的坐標(biāo)系統(tǒng)。擴(kuò)展的方法這種情況下沒有被調(diào)查。 裝配序列的列舉 來源于實(shí)體模型圖模型的形式更適合裝配序列的表示方案，下一個算法引擎是用來開發(fā)和提取模型的裝配序列。 基本原理枚舉 德梅洛和桑德森已經(jīng)開發(fā)出一種強(qiáng)大的數(shù)學(xué)和系統(tǒng)的裝配順序引擎。該過程開始通過把產(chǎn)品的圖形模型作 為搜索圖的根節(jié)點(diǎn)。搜索圖擴(kuò)張來完成通過在根節(jié)點(diǎn)中的割集的計(jì)算（一個割集是圖中的一組邊，去除其中由 onemS 增加圖形元件的數(shù)量）。 每一集在下面有對應(yīng)一個新的節(jié)點(diǎn)層。任何新的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的圖形表示它的父節(jié)點(diǎn)減去邊割集。然后在新生成的節(jié)點(diǎn)的圖形表示的割集計(jì)算，得到另一層，等等。這個過程停止，當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)已生成的所有邊緣已被刪除。注意拆卸方法是按照人力來規(guī)劃的。 在 GAPP，通過這種方法生成的裝配序列是簡潔的如（圖 7）。每個路徑從上到下是拆卸序列。要從下到上給出相應(yīng)的裝配序列。 更新割集 在現(xiàn)實(shí)中 ,一個不能計(jì)算一組新的割 集，每次在搜索圖生成一個新節(jié)點(diǎn)，因?yàn)榈讓咏M合的復(fù)雜性 ,這種計(jì)算科學(xué)家發(fā)明了一種方法 ,確保只有根節(jié)點(diǎn)的裝配狀態(tài)的圖形生成。任何其他割集新生成的節(jié)點(diǎn)僅是通過更新組割集根節(jié)點(diǎn)。 圖 8 是用來描述該方法。經(jīng)過根節(jié)點(diǎn)的六個割集已經(jīng)計(jì)算，生成圖表的六個新的狀態(tài)。六個割集根節(jié)點(diǎn)的每個新的子節(jié)點(diǎn)被繼承。繼承的割集的一些邊緣，這是新的子節(jié)點(diǎn)的一部分，必須先刪除。例如，從割集獲得子集 5E1， E3， E5。在此割集的邊緣不能是子集 5 任何割集的一部分。它們，因此，從繼承的組中刪除，產(chǎn)生新的割集： 從這個新的列表，第一和第二，以及第三和第四的組合，因?yàn)樗麄兌即硐嗤母罴?。第五，這是從根節(jié)點(diǎn)刪除的產(chǎn)生子集 5，是空集。因此，成為： 然后用一種算法來檢查邊緣的剩余集是割集（即，子的狀態(tài)產(chǎn)生一個比在父狀態(tài)更多的組件）。應(yīng)用該算法對邊緣消除了最后一個。然后割集的子集 5： 1-e2, 2-e4. 對于每一個新的節(jié)點(diǎn)重復(fù)這個過