計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)說明

./2008-2009學(xué)年二學(xué)期研究生課程考核〔讀書報(bào)告、研究報(bào)告考核科目：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造學(xué)生所在院〔系：機(jī)電學(xué)院學(xué)生所在學(xué)科：機(jī)械設(shè)計(jì)及其理論姓名：家勝學(xué)號：08091題目：計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)第十二章計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)12.1計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)概述制造技術(shù)是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最為活躍的領(lǐng)域,是產(chǎn)品更新、生產(chǎn)發(fā)展、國際間經(jīng)濟(jì)競爭的重要手段,各工業(yè)化國家紛紛把先進(jìn)制造技術(shù)列為國家的高新關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域,給予了極大的重視。制造業(yè)是各種產(chǎn)業(yè)的支柱工業(yè),各種產(chǎn)業(yè)的水平和發(fā)展受到制造技術(shù)的水平和發(fā)展的制約。強(qiáng)有力的制造技術(shù)可以快速推出具有世界水平的全新產(chǎn)品,不僅可以滿足國市場的需求,而且可以出口創(chuàng)匯,增強(qiáng)國力,提高國際地位。近百年來制造業(yè)的實(shí)踐主要致力于具體制造技術(shù)的改進(jìn)、提高和制造過程的合理組織,從而大大加強(qiáng)了大批量生產(chǎn)模式的主導(dǎo)地位。當(dāng)今的制造企業(yè)正處于技術(shù)進(jìn)步日新月異、市場需求日趨多變、國際經(jīng)濟(jì)競爭日益激烈的環(huán)境中。在這樣的環(huán)境下,一方面,自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料技術(shù)等的迅猛發(fā)展為制造技術(shù)和生產(chǎn)方式的改變提供了強(qiáng)有力的武器;另一方面,市場需求的日益多樣化和競爭的日趨激烈,促使產(chǎn)品的制造過程加快、生產(chǎn)周期縮短、成本降低同時(shí)質(zhì)量要求提高,且能根據(jù)遍布全球的用戶要求生產(chǎn)出更具有"個(gè)性化"的產(chǎn)品。裝配是制造業(yè)的主要活動之一,是根據(jù)確定的精度標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求,將一組零散的零件通過合理的工藝流程及各種必要的方式聯(lián)結(jié)組合起來,使之成為產(chǎn)品的過程。裝配過程是整個(gè)產(chǎn)品制造過程中最后一個(gè)環(huán)節(jié),裝配工作的效率和裝配工作的質(zhì)量對產(chǎn)品的制造成本和產(chǎn)品的最終質(zhì)量有著極大的影響。產(chǎn)品裝配在產(chǎn)品生產(chǎn)中占有重要的地位,據(jù)統(tǒng)計(jì)在產(chǎn)品的生產(chǎn)活動中,其裝配作業(yè)時(shí)間占生產(chǎn)時(shí)間的53%,裝配工作的成本占總制造成本的40%至60%左右。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,全球市場競爭日益激烈,產(chǎn)品種類和數(shù)量越來越多,需要管理的產(chǎn)品數(shù)據(jù)量急劇增加。傳統(tǒng)手工的裝配工藝設(shè)計(jì)方法已不能滿足制造系統(tǒng)高效率、高柔性和信息高度集成的要求以瞬息萬變的市場對產(chǎn)品的要求,信息技術(shù)的發(fā)展有力地支持了計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)的發(fā)展。因此需要建立一個(gè)有效的機(jī)制來正確、敏捷、有效、分布地管理數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用系統(tǒng)的信息共享與傳遞。裝配是整個(gè)機(jī)械制造過程的后期工作,各種零部件需經(jīng)過正確的裝配,才能形成最終產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)〔ComputerAidedAssemblyProcessPlanning<CAAPP>從本質(zhì)上說就是用計(jì)算機(jī)模擬人編制裝配工藝的方式,自動生成裝配工藝文件的過程。計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)為擴(kuò)大CAD/CAPP/CAM<包括裝配在>的集成圍提供了條件,能及時(shí)向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的CAD系統(tǒng)反饋可裝配性的信息,滿足并行工程的需要。裝配CAPP的集成化系統(tǒng)研究對于并行工程的發(fā)展和虛擬裝配的實(shí)現(xiàn)都具有極其重要的意義。隨著計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)<CIMS-ComputerIntegratedManufacturingSystem>領(lǐng)域研究的不斷深入,計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)研究的重要性也得到了高度的重視。在CIMS環(huán)境下,計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)不僅能夠提供指導(dǎo)裝配作業(yè)的技術(shù)文件,同時(shí)也為管理信息系統(tǒng)提供了對裝配生產(chǎn)線進(jìn)行科學(xué)管理的信息數(shù)據(jù),并為擴(kuò)大CAD/CAPP/CAM<包括裝配在>的集成圍提供了條件。12應(yīng)用CAAPP系統(tǒng),使實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少的工藝人員也能設(shè)計(jì)出較好的工藝規(guī)程,這樣能使有經(jīng)驗(yàn)的工藝人員從繁瑣重復(fù)性勞動中解放出來,致力于改進(jìn)現(xiàn)行工藝和研究新工藝。CAAPP系統(tǒng)不僅充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)高速處理信息的能力,而且將工藝專家集體智慧融合在CAPP系統(tǒng)中,所以保證了高速獲得質(zhì)量優(yōu)化的工藝過程,使工藝規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)化、最優(yōu)化,工藝術(shù)語和文件的規(guī)化提高到新的水平,使工藝設(shè)計(jì)周期大幅度縮短,保證工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量,降低產(chǎn)品成本,提高產(chǎn)品在市場上的競爭能力。在總結(jié)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)知識的基礎(chǔ)上,行成智能化CAPP系統(tǒng),提高企業(yè)工藝的繼承性。對于解決企業(yè)有經(jīng)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)人員不足方面具有特殊意義。開發(fā)CAAPP系統(tǒng)平臺,可以適應(yīng)當(dāng)前日趨自動化的制造環(huán)節(jié)的需要以及實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)<CIMS>和集成化的CAD系統(tǒng),創(chuàng)造必要的技術(shù)基礎(chǔ)。隨著各種先進(jìn)制造模式不斷地提出,與之相適應(yīng)的CAPP系統(tǒng)也就成為新的研究熱點(diǎn),如面向并行上程的CAPP研究、面向計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的CAPP研究以及基于快速重組制造系統(tǒng)的CAPP研究等。在裝配工藝的設(shè)計(jì)工作中有很多共性的問題,存在著許多相似性的設(shè)計(jì)信息,可以科學(xué)地歸類,借助現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)手段,建立計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)。這樣,就能有效地提高工藝設(shè)計(jì)的規(guī)化、合理化程度,大大減少各企業(yè)開發(fā)應(yīng)用CAAPP系統(tǒng)工作中的重復(fù)性勞動,增強(qiáng)CAAPP對各企業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性和實(shí)用性。裝配CAPP系統(tǒng)具有以下功能:1.提取產(chǎn)品裝配圖中的信息到產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫中。2.根據(jù)裝配工藝知識庫進(jìn)行裝配工藝的推導(dǎo)。3.對系統(tǒng)生成的裝配順序在虛擬裝配環(huán)境下進(jìn)行虛擬裝配的設(shè)置與演示,分析裝配的幾何可行性,調(diào)整裝配順序。4.對裝配工藝知識庫進(jìn)行動態(tài)維護(hù),包括知識的添加、刪除和修改,知識庫的添加、導(dǎo)出和導(dǎo)入。5.通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)裝配工藝知識庫、裝配工藝文件以及虛擬裝配過程的傳輸與發(fā)布。計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)組成計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)以產(chǎn)品信息為輸入,以裝配工藝知識、裝配工藝管理方法和裝配資源為約束,在人員和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持下,產(chǎn)生裝配工藝文件和管理信息〔如圖12.1。盡管CAAPP系統(tǒng)的種類很多,但基本結(jié)構(gòu)都離不開基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、工具層、功能層和界面層五大組成部分,如圖12.2所示為一典型的CAAPP的結(jié)構(gòu)圖?！せA(chǔ)層系統(tǒng)開發(fā)建立的基礎(chǔ)理論和方法,包括系統(tǒng)建模方法和實(shí)現(xiàn)功能層各種應(yīng)用功能的支持理論與方法。系統(tǒng)模型從過程上分為功能模型、信息模型和數(shù)據(jù)模型。圖12.1計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的IDEF0模型〔A-0·數(shù)據(jù)層用來存儲、管理系統(tǒng)工作過程中所需要和產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)和信息,包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息、裝配資源、工藝信息、典型工藝、用戶信息等數(shù)據(jù)以及支持系統(tǒng)各功能或模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的動態(tài)數(shù)據(jù)庫。·工具層包括數(shù)據(jù)管理、典型工藝維護(hù)以及裝配工藝管理等。數(shù)據(jù)管理工具包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和工藝知識管理;典型工藝的維護(hù)與管理;裝配工藝管理主要完成工藝卡片、工序卡片以及各種統(tǒng)計(jì)卡片的維護(hù)等?！すδ軐庸δ軐泳唧w由產(chǎn)品信息獲取模塊、裝配工藝設(shè)計(jì)模塊、工藝文件管理模塊、工藝信息查詢模塊以及工藝文件輸出模塊組成。該系統(tǒng)以數(shù)據(jù)信息為主線,各模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞和交換以工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、減小數(shù)據(jù)冗余?！そ缑鎸蛹聪到y(tǒng)與用戶之間的交互界面,實(shí)現(xiàn)信息輸入與輸出,人機(jī)交互等功能。提示信息簡單易懂,友好的交互方式,良好的出錯處理等。除去以上五大基本組成部分外,計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)滿足以下功能需求和設(shè)計(jì)要求：功能需求1>產(chǎn)品BOM:系統(tǒng)需提供方便快捷的產(chǎn)品BOM生成模塊,可以用于讀入CAD系統(tǒng)中有用的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù),并針對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫組織存儲產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)生成產(chǎn)品BOM。2>典型工藝:典型工藝的設(shè)定和導(dǎo)入功能,系統(tǒng)的工藝知識能夠在應(yīng)用中不斷積累和豐富,系統(tǒng)具有初級的智能人機(jī)交互和自學(xué)習(xí)功能。圖12.2計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)3>裝配工藝設(shè)計(jì):進(jìn)行裝配工藝的設(shè)計(jì)、編輯、修改,并存儲于數(shù)據(jù)庫中,只對工藝設(shè)計(jì)專業(yè)人員開放。4>工藝文件管理:針對已編制的裝配工藝信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì),比如設(shè)備信息、刀具信息、工裝信息及輔料信息。還要能夠提供企業(yè)個(gè)性化文件變形卡的生成功能。5>工藝查詢:可以查詢數(shù)據(jù)庫中己有的裝配工藝,并可以用樹型結(jié)構(gòu)查詢各工藝的詳細(xì)統(tǒng)計(jì)信息。6>工藝輸出:在Excel環(huán)境下正確輸出編輯后的裝配工藝。7>裝配資源管理:對裝配過程中使用的設(shè)備、工具、輔具及消耗的輔料等裝配資源信息進(jìn)行維護(hù),能夠進(jìn)行添加、刪除和修改等操作。8>系統(tǒng)維護(hù):有權(quán)限的用戶可以對登錄用戶的密碼、權(quán)限進(jìn)行修改。系統(tǒng)管理員擁有密碼分配權(quán)限。設(shè)計(jì)要求1>實(shí)用性系統(tǒng)具有友好的用戶界面,易學(xué)易用,能夠給工藝人員帶來工作便利,極減輕他們的工作強(qiáng)度;系統(tǒng)能切實(shí)地為企業(yè)帶來實(shí)際效益,不片面地追求工藝設(shè)計(jì)過程的自動化;系統(tǒng)還應(yīng)具有一定的通用性,可以通過用戶定制自己的工藝卡片格式來滿足企業(yè)個(gè)性化的要求。2>集成性系統(tǒng)提供接口中介實(shí)現(xiàn)與CAD等系統(tǒng)的集成,在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)繼承產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與工藝的集成。另外,系統(tǒng)在進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的同時(shí),生成與裝配工藝過程相關(guān)的管理信息,實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)與裝配生產(chǎn)的信息共享。3>基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫保存所有數(shù)據(jù),這樣保證了工藝數(shù)據(jù)的一致性的同時(shí)還增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的靈活性,工藝規(guī)程文件的相關(guān)編輯和重復(fù)利用能力得到大大提高;同時(shí)系統(tǒng)與CAD,PDM,ERP等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與集成能力也增強(qiáng)了。4>經(jīng)濟(jì)性系統(tǒng)應(yīng)在滿足基本功能需求及安全可靠的情況下,盡量降低成本,減少企業(yè)的投資。12.2計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下四個(gè)方面：裝配信息描述方法、裝配工藝知識庫、裝配順序決策和裝配工序圖的自動生成。裝配信息描述方法裝配信息是系統(tǒng)進(jìn)行裝配上藝設(shè)計(jì)的對象和依據(jù),如何輸入和描述裝配信息是裝配〔CAPP最關(guān)鍵的問題之一。裝配信息獲取模塊用于從產(chǎn)品裝配圖中獲取裝配上藝設(shè)計(jì)所需的各種信息,包括零部件的基本信息和零件間的相互裝配關(guān)系信息,并將信息提交到動態(tài)數(shù)據(jù)庫中。產(chǎn)品裝配模型不僅描述了零、部件本身的信息,而且還描述產(chǎn)品零、部件之間的層次關(guān)系、裝配關(guān)系以及不同層次的裝配體中的裝配設(shè)計(jì)參數(shù)的約束和傳遞關(guān)系。建立產(chǎn)品裝配模型的目的在于建立完整的產(chǎn)品裝配信息表達(dá),一方面使系統(tǒng)對產(chǎn)品設(shè)計(jì)能進(jìn)行全面支持;另一方面它可以為CAD系統(tǒng)中的裝配自動化和裝配工藝規(guī)劃提供信息源,并對設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和評價(jià)。裝配〔CAPP系統(tǒng)中,裝配信息是直接從CAD系統(tǒng)的圖形數(shù)據(jù)庫中提取的,以保證在分布式的設(shè)計(jì)制造環(huán)境中數(shù)據(jù)的快速、共享、可靠和一致性,減少中間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可能出現(xiàn)的錯誤,實(shí)現(xiàn)CAD、CAPP的集成。三維CAD系統(tǒng)提供專門的接口,利用基于對象的操作與屬性的設(shè)置,提取產(chǎn)品零部件信息和零部件之間的裝配關(guān)系。例如SolidEdge就是通過其提供的OLEAutomation接口,利用object對象的操作與屬性的設(shè)置,提取產(chǎn)品零部件信息和零部件之間的裝配關(guān)系。產(chǎn)品裝配信息獲取模塊從SolidEdge的產(chǎn)品裝配體文件中提取產(chǎn)品零部件的幾何位置、角度姿態(tài)信息、零部件名稱、零部件文件名稱、零部件在裝配產(chǎn)品中的相互裝配關(guān)系等信息,存儲在臨時(shí)數(shù)據(jù)表中,通過系統(tǒng)提供的提交命令,將這些信息提交到裝配CAPP系統(tǒng)的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫,作為推導(dǎo)裝配工藝和虛擬裝配的輸入。在產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫中,存儲有2個(gè)數(shù)據(jù)表文件。系統(tǒng)通過SolidEdge接口得到這些信息后,工藝生成、產(chǎn)品裝配樹的瀏覽、零部件裝配關(guān)系的查看等都是通過對數(shù)據(jù)表文件的操作來實(shí)現(xiàn)的。在數(shù)據(jù)表SumInfo中存儲產(chǎn)品零部件的基本信息數(shù)據(jù),如零部件名稱、零部件數(shù)口、零部件層次、零部件父節(jié)點(diǎn)、零部件所屬產(chǎn)品等,由這些字段信息可以構(gòu)成產(chǎn)品在系統(tǒng)中的裝配體表示。在數(shù)據(jù)表Relations中存儲的是構(gòu)成產(chǎn)品的零部件間的裝配關(guān)系,有零部件裝配關(guān)系類型、裝配關(guān)系零部件一、裝配關(guān)系零部件二、零部件所屬產(chǎn)品4個(gè)字段。裝配模型中零件間裝配關(guān)系的表達(dá)是產(chǎn)品裝配建模的一個(gè)重要方面,主要有以下幾種模型:<l>關(guān)聯(lián)圖模型80年代中期,法國學(xué)者Bonrjault提出一種用二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表達(dá)的關(guān)聯(lián)圖模型。其表達(dá)式如下:G=<P,L>其中,G表示裝配體,P表示零件實(shí)體,L為零件間的聯(lián)系。Bonrjault將零件之間的物理接觸關(guān)系定義為聯(lián)系即裝配關(guān)系、裝配體中聯(lián)系L的數(shù)量滿足一定的關(guān)系。采用關(guān)聯(lián)圖表達(dá)產(chǎn)品裝配關(guān)系的優(yōu)點(diǎn)是方法簡單,如對圖12.3所示的裝配體即可得到產(chǎn)品裝配關(guān)系聯(lián)系圖12.4。關(guān)聯(lián)圖模型缺點(diǎn)是零件之間的聯(lián)系并不對應(yīng)具體的裝配操作,利用聯(lián)系圖模型難于實(shí)現(xiàn)自動裝配序列規(guī)劃。圖12.3裝配圖圖12.4關(guān)聯(lián)圖<2>聯(lián)接矩陣法裝配關(guān)系聯(lián)接矩陣<connectionmatrix>是聯(lián)系圖模型的矩陣表示形式。裝配體中的零件分別沿矩陣行和列排列,如果零件之間存在物理裝配關(guān)系,則對應(yīng)的矩陣元素為單位值1,否則為零。用聯(lián)接矩陣表示裝配關(guān)系的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)裝配關(guān)系聯(lián)接矩陣的代數(shù)特性,能容易地判斷裝配體中零件的聯(lián)接緊密度,并可通過找出單位值最多的行或列對應(yīng)的零件,識別出裝配體的基礎(chǔ)件。根據(jù)圖2.1裝配體,約定零件與自身有無物理裝配關(guān)系,可得到其聯(lián)接矩陣:<3>增強(qiáng)聯(lián)系圖模型HomendeMello和Sanderson在Bonrjault裝配模型基礎(chǔ)上用5維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來表達(dá)裝配模型:G=<P,C,A,R,F>其中,P表示裝配體中的零件實(shí)體;C表示裝配體中兩零件之間的連接關(guān)系實(shí)體;A表示裝配體中各連接關(guān)系對應(yīng)的裝配操作實(shí)體;R表示實(shí)體P、A、C之間的關(guān)系;F表示裝配體中各種實(shí)體的功能屬性。5維拓?fù)淠Ｐ褪?維拓?fù)淠Ｐ偷臄U(kuò)展,它可以描述更多的裝配信息。<4>產(chǎn)品等級裝配模型KunwooLee和DavidC.Gossard首先提出等級數(shù)據(jù)。產(chǎn)品總是由一個(gè)或多個(gè)功能部件和零件裝配而成,這些部件分別實(shí)現(xiàn)自己的功能,又往往包含下一級子裝配體,下一級子裝配體又包含更下一級子裝配體,如此拆分,直到最終不可拆分的零件,如圖12.5所示:圖12.5等級模型表達(dá)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)具有層次性,等級模型的優(yōu)點(diǎn)是能表達(dá)產(chǎn)品中零部件間的層次關(guān)系。等級模型用"子裝配體"表達(dá)一組功能上或物理結(jié)構(gòu)上相關(guān)的零件集?；诘燃壞Ｐ偷脑O(shè)計(jì)分析以裝配體為研究對象,降低了問題求解的復(fù)雜度。等級模型中不同層次零件的裝配存在先后順序約束,下層零件的裝配應(yīng)優(yōu)先于上層零件的裝配,不同裝配體中的零件可并行裝配。因而,等級模型隱含了部分裝配順序信息。從不同的應(yīng)用角度,特征有不同的分類。根據(jù)機(jī)械裝配的有關(guān)知識,零件的裝配性能不僅取決于零件本身的幾何特征,如軸孔配合有無倒角,還部分地取決于零件的非幾何特征<如零件的重量、精密程度>和裝配操作的有關(guān)特征<如零件的裝配方向,、裝配方法以及裝配力的大小等>。根據(jù)以上所述,給出裝配特征的完整定義如下:裝配特征:與零件裝配有關(guān)的幾何、非幾何信息以及裝配操作的過程信息。因此,裝配特征可分為幾何裝配特征、物理裝配特征以及裝配操作過程特征三種類型。<1>幾何裝配特征－幾何裝配特征包括如下屬性:配合特征幾何元素－零件間的配合點(diǎn)、線、面稱為零件的配合特征幾何元素。配合特征幾何元素的位姿－位姿屬性描述配合特征幾何元素的坐標(biāo)系相對于零件坐標(biāo)系的空間位姿。配合類型—配合類型屬性描述配合特征幾何元素之間的聯(lián)接類型。包括相配、非接觸相配、對齊、偏移對齊、插入、定向等。零件位姿—零件位姿屬性定義裝配體中零件相對于裝配體全局坐標(biāo)系的位置<Position>和方位<Orientation>。位姿屬性由零件的局部坐標(biāo)系LCS<LocalCoordinateSystem>在裝配體全局坐標(biāo)系GCS<GlobalCoordinateSystem>一下的坐標(biāo)軸方向矢量和坐標(biāo)原點(diǎn)位置矢量表達(dá)。<2>物理裝配特征屬性:與零部件裝配有關(guān)的物理特征屬性。包括零件的體積、重量、配合面粗糙度、剛性以及粘性等。<3>裝配操作特征屬性:指裝配操作過程中零件的裝配方向、裝配過程中的阻力、抓拿性、對稱性、有無定向與定位特征、裝配軌跡以及裝配方法等。裝配工藝知識庫裝配工藝知識庫技術(shù)是裝配CAPP的重要支撐技術(shù),其知識組織結(jié)構(gòu)及知識庫的管理對于系統(tǒng)的效率和工藝的生成有著極為重要的影響。為了建立裝配工藝知識庫,首先要搜集整理裝配工藝設(shè)計(jì)知識,并進(jìn)行抽象化和提取工作,確定將其中一定適應(yīng)性和擴(kuò)充性的部分作為裝配工藝設(shè)計(jì)知識,由這些知識所構(gòu)成的裝配工藝設(shè)計(jì)知識庫具有兼容性與擴(kuò)充性。在裝配工藝設(shè)計(jì)知識庫中,裝配工藝知識在組織上力求統(tǒng)一的知識表現(xiàn)形式。由于裝配工藝設(shè)計(jì)過程中的影響因素較多,所以每一條裝配工藝設(shè)計(jì)知識在安排存儲的時(shí)候,都要考慮其規(guī)則的形式,既能夠符合推理機(jī)的需要,又符合數(shù)據(jù)庫的管理要求。通過對實(shí)際生產(chǎn)中裝配工藝文件的分析和生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),有一些在多數(shù)裝配工藝設(shè)計(jì)中都要遵循的基本規(guī)則,可稱為通用化規(guī)則。這些規(guī)則決定了裝配中基本的裝配順序方案,是粗裝配工藝設(shè)計(jì)的依據(jù),歸納起來,主要有以下幾點(diǎn)：1.預(yù)處理優(yōu)先:即零部件的清洗、倒角、去毛刺等工序安排在其它裝配工序之前進(jìn)行;2.先下后上:對于同一個(gè)裝配體產(chǎn)品中的零部件,可以先安裝兒何位置處于下部的零部件、一再安裝空問位置處于上部的零部件,使機(jī)器在裝配過程中保持穩(wěn)定的狀態(tài);3.先后外:在進(jìn)行裝配體中零部件的裝配時(shí),先安裝處于部的零部件,再安裝處于外圍的零部件,使先裝的零部件不會成為后續(xù)作業(yè)的障礙;4.先難后易:先安裝難于裝配的零部件,因?yàn)殚_始時(shí)裝配的活動空問比較大,便于安裝、調(diào)整、檢測和機(jī)器的翻轉(zhuǎn);5.先重大后輕小:開始時(shí)安裝體積大、重量大的零部件,后安裝體積小、重量輕的零部件;6.先精密后一般:先進(jìn)行影響機(jī)器精度大的零部件的安裝與調(diào)試,再安裝一般的零部件;當(dāng)然,在具體建立知識庫的時(shí)候,這些規(guī)則還要通過處理,才能以計(jì)算機(jī)可以識別的形式存儲。由上述通用化規(guī)則的共性,可將其分為三類:1.與裝配體中的零部件的幾何位置及零部件上的特征尺寸相關(guān)的裝配工藝知識,可以進(jìn)行裝配順序的推導(dǎo)。2.與裝配體中的零部件的通常裝配順序相關(guān)的裝配工藝知識。一些零部件的裝配經(jīng)過長期的生產(chǎn)實(shí)踐,已經(jīng)形成了固定的實(shí)際可行的先后順序,能夠指導(dǎo)裝配工藝的生成。3.與裝配某種零部件的輔助裝配操作容相關(guān)的裝配工藝知識。實(shí)際裝配操作過程中,在一些裝配操作前后,必須進(jìn)行相關(guān)的輔助裝配操作。裝配工藝知識庫采用多數(shù)據(jù)表取代單一的數(shù)據(jù)表來描述裝配工藝知識。裝配工藝知識以數(shù)據(jù)表記錄的形式存放在裝配工藝知識庫中,具有類似產(chǎn)生式規(guī)則的形式。產(chǎn)生式規(guī)則中的條件〔if>和結(jié)論<Then>分別對應(yīng)于記錄中各字段的容,數(shù)據(jù)庫文件中的記錄可以根據(jù)要求進(jìn)行擴(kuò)充與修改。裝配順序決策裝配順序決策實(shí)質(zhì)上就是在各種幾何約束條件及工藝約束條件的制約下,求解出滿足各種約束條件、性能優(yōu)良的裝配順序。裝配序列是裝配規(guī)劃最基本的信息,產(chǎn)品中零件之間的幾何關(guān)系、物理結(jié)構(gòu)及功能決定了產(chǎn)品的裝配順序。裝配序列的決策方法可分為如下幾類:<l>基于裝配優(yōu)先約束關(guān)系的裝配序列生成方法獲取優(yōu)先約束關(guān)系并將其顯式表達(dá)是最直觀的裝配順序生成方法。優(yōu)先約束關(guān)系指零件之間的裝配順序約束。裝配序列優(yōu)先約束是表達(dá)零件裝配先后順序的一種非常緊湊的方法。這種方法的關(guān)鍵是裝配優(yōu)先約束關(guān)系的獲取。采用人機(jī)交互的方法,工作量大,對操作人員要求高,而且容易出錯。自動獲取優(yōu)先約束則有一定的難度,然而一旦獲得零件裝配的優(yōu)先約束,則能很容易地求得零件的裝配順序。<2>基于組件識別的裝配序列求解方法根據(jù)零件的組件分類,確定組件之后,分層次生成組件的裝配順序,綜合組件的裝配順序,即可求得產(chǎn)品的裝配序列。基于組件識別的求解方法可以有效地減小裝配順序生成的組合復(fù)雜性,刪除那些裝配操作工藝性差但理論上可行的裝配序列。<3>拆卸法求解裝配順序的方法若零件的裝配過程為可逆過程,則可通過求解零件的拆卸法來得到零件的裝配順序。拆卸法求解裝配順序的優(yōu)點(diǎn)是:若判定某零件滿足拆卸條件,則該零件一定滿足裝配序列約束。反之,裝配過程中某一階段滿足裝配條件的零件并不一定滿足裝配序列約束條件,因?yàn)樵摿慵锌赡苡绊懙胶罄m(xù)零件的裝配。另外,通過幾何計(jì)算和推理可從零部件的裝配狀態(tài)演繹出零部件拆卸的初始方向,而從自由狀態(tài)的零部件卻無法推導(dǎo)出零部件的裝配方向。拆卸法的局限性是必須滿足裝配和拆卸互為可逆過程這一前提條件。<4>基于知識的求解方法基于知識的方法求解裝配序列,采用一階謂詞邏輯來表達(dá)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、序列優(yōu)先約束和裝配資源約束等知識。系統(tǒng)以產(chǎn)品CAD模型為輸入,通過人機(jī)交互獲取零部件的裝配優(yōu)先約束、通過圖形搜索算法求解產(chǎn)品配合特征圖的最小交集來產(chǎn)生裝配序列,基于知識的裝配順序的求解方法,對于特定產(chǎn)品的裝配序列求解比較有效,但其適用面窄,且領(lǐng)域知識的獲取需要較深的專業(yè)知識。<5>基于矩陣運(yùn)算的方法裝配體中有配合關(guān)系的零件之間的聯(lián)接關(guān)系以矩陣記錄,矩陣中的每個(gè)元素代表零件的裝配關(guān)系。矩陣用線性代數(shù)中的有關(guān)運(yùn)算進(jìn)行變換、規(guī)約,簡化了聯(lián)結(jié)關(guān)系矩陣對應(yīng)的裝配序列。裝配序列生成是一個(gè)綜合性的問題,其中不僅涉及到幾何的、技術(shù)的、機(jī)械的問題,存在一些模糊經(jīng)驗(yàn)知識的應(yīng)用。若只從某個(gè)方面考慮,必然會失之片面。必須綜合考慮各個(gè)方面的因素,才能生成合理的接近實(shí)際的裝配序列。系統(tǒng)在生成裝配順序時(shí),采用面向典型裝配結(jié)構(gòu)的多級推理方式。首先確定組裝基準(zhǔn)件和部裝基準(zhǔn)件,其次確定組裝、部裝基準(zhǔn)件間的潛在裝配順序,最后將產(chǎn)品裝配關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的信息與產(chǎn)品裝配工藝知識庫中裝配工藝規(guī)則進(jìn)行匹配,推導(dǎo)出零部件的裝配順序。圖12.6裝配順序推理過程的流程圖在系統(tǒng)提供的創(chuàng)成式裝配上藝設(shè)計(jì)中,提供上藝人員進(jìn)行信息輸入與選擇的功能。在基于零部件裝配特征尺寸的裝配順序的推導(dǎo)過程中,由用戶進(jìn)行裝配特征尺寸的選擇,系統(tǒng)根據(jù)用戶的選擇,從CAD環(huán)境中直接提取出特征尺寸,對于系統(tǒng)中所缺數(shù)據(jù),用戶可以輸入。裝配上藝生成過程中,先采用推理機(jī)進(jìn)行裝配順序的初步設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)推導(dǎo)出裝配的順序后,在虛擬裝配模塊中對各零部件按照順序進(jìn)行虛擬裝配演示,觀察裝配時(shí)是否存在干涉,通過系統(tǒng)提供的裝配順序的瀏覽及修改界而,用戶可以對不合乎實(shí)際情況的零部件裝配順序進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)中進(jìn)行裝配順序的推理過程如圖12.6所示。裝配工序輸出工廠工藝設(shè)計(jì)的最終結(jié)果都是以工藝卡片的形式出現(xiàn),并利用它們來指導(dǎo)具體的生產(chǎn)加工。由于企業(yè)的制造環(huán)境千差萬別,因而不可避免地造成不同企業(yè)工藝卡片在形式和容上有很大的區(qū)別,而目前絕大多數(shù)CAPP和CAAPP系統(tǒng)只提供了有限的工藝卡片式樣,它們存儲在工藝卡片模板庫中,用戶只能選擇其中存在的卡片格式,而不能根據(jù)自身的需要對它們進(jìn)行修改或者完全從無到有地創(chuàng)成。由于這一工作只有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者才能完成,它己成為影響當(dāng)前CAPP和CAAPP系統(tǒng)通用性和實(shí)用性的主要原因之一。本文利用Microsoft提供Excel的強(qiáng)大制表功能進(jìn)行裝配工藝卡片的研究。在實(shí)際生產(chǎn)中,各個(gè)工廠根據(jù)自己的實(shí)際情況,所使用的工藝卡片的具體格式不完全一樣,但其基本容大體上是相同的。采用計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì),首先需要解決的一個(gè)問題就是要采用計(jì)算機(jī)可以接受的方式定制出各種工藝卡片格式。工藝卡片定制過程如圖12.7所示。圖12.7工藝卡片制定流程圖輸出打印是CAAPP系統(tǒng)的必備的功能模塊,用戶通過查詢工藝信息然后輸出。裝配工藝檢索功能主要是向用戶提供裝配工藝文件的瀏覽功能,還有信息的查詢等,用戶只能查看但是沒有修改和刪除的功能。1.基于Excel的工藝文件輸出文件輸出時(shí),系統(tǒng)首先從配置文件中讀出當(dāng)前文件