計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)

2008-2009學(xué)年二學(xué)期研究生課程考核

（讀書(shū)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：趙家勝

學(xué)號(hào)?：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(guó)際間經(jīng)濟(jì)競(jìng)

爭(zhēng)的重要手段，各工業(yè)化國(guó)家紛紛把先進(jìn)制造技術(shù)列為國(guó)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(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需

求，而且可以出口創(chuàng)匯，增強(qiáng)國(guó)力，提高國(guó)際地位。近百年來(lái)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(guò)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(chǎng)需求E趨多變、國(guó)際經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的環(huán)

境中。在這樣的環(huán)境下，一方面，自動(dòng)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(chǎng)需求的日益多樣化和競(jìng)爭(zhēng)的日趨

激烈，促使產(chǎn)品的制造過(guò)程加快、生產(chǎn)周期縮短、成本降低同時(shí)質(zhì)量要求提高，旦能根據(jù)遍

布全球的用戶(hù)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(dòng)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(guò)合理的工藝流程及各種必要的方式聯(lián)結(jié)組合起來(lái)，使之成為產(chǎn)品的過(guò)程。裝配過(guò)程是整

個(gè)產(chǎn)品制造過(guò)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(duì)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(dòng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品種類(lèi)和數(shù)量越來(lái)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(mǎn)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(wàn)變的市場(chǎng)對(duì)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(lái)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(guò)程的后期工作，各種零部件需經(jīng)過(guò)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(shuō)就是用計(jì)算機(jī)模擬人編制裝配工藝的方式，自動(dòng)生成裝配工藝文件的過(guò)程。計(jì)算機(jī)輔助

裝配工藝設(shè)計(jì)為擴(kuò)大CAD/CAPP/CAM（包括裝配在內(nèi)）的集成范圍提供了條件，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(mǎn)足并行工程的需要。裝配CAPP的集成化系統(tǒng)研

究對(duì)于并行工程的發(fā)展和虛疚裝配的實(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-ComputerIntegratedManufacturingSysiem）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(duì)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（包括裝配在內(nèi)）的集成范圍提供了條件。

12.1.1計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)功能

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(dòng)中解放出來(lái)，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(zhuān)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?jī)?yōu)化的工藝過(guò)程，使工藝規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)化、最優(yōu)化，工

藝術(shù)語(yǔ)和文件的規(guī)范化提高到新的水平，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(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)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(shí)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(duì)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(kāi)發(fā)

CAAPP系統(tǒng)平臺(tái)，可以適應(yīng)當(dāng)前日趨自動(dòng)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(wèn)題，存在著許多相似性的

設(shè)計(jì)信息，可以科學(xué)地歸類(lèi)，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)范化、合理化程度，大大減少各企業(yè)開(kāi)發(fā)應(yīng)用CAAPP

系統(tǒng)工作中的重復(fù)性勞動(dòng)，增強(qiáng)CAAPP對(duì)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(kù)中。

2.根據(jù)裝配工藝知識(shí)庫(kù)進(jìn)行裝配工藝的推導(dǎo)。

3.對(duì)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(duì)裝配工藝知識(shí)庫(kù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)維護(hù)，包括知識(shí)的添加、刪除和修改，知識(shí)庫(kù)的添加、導(dǎo)

出和導(dǎo)入。

5.通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)裝配工藝知識(shí)庫(kù)、裝配工藝文件以及虛擬裝配過(guò)程的傳輸與發(fā)布。

12.1.2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(shí)、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)o

盡管CAAPP系統(tǒng)的種類(lèi)很多，但基本結(jié)構(gòu)都離不開(kāi)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。

?基礎(chǔ)層

系統(tǒng)開(kāi)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(guò)程上分為功能模型、信息模型和數(shù)據(jù)模型。

Cl|C2iC3

Il_計(jì)算機(jī)輔助裝配

一工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)一Q2

Ml

Cl：裝配工藝知識(shí)C2：工藝管理方法

C3：裝配資源II：產(chǎn)品信息

01：裝配工藝文件02：工藝管理信息

Ml；人M2：計(jì)算機(jī)

圖12.1計(jì)算機(jī)輔助匚藝設(shè)計(jì)的IDER）模型（A-0）

?數(shù)據(jù)層

用來(lái)存儲(chǔ)、管理系統(tǒng)工作過(guò)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(hù)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。

?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(shí)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。

?功能層

功能層具體由產(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(xún)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(kù)為基礎(chǔ)，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、減小數(shù)據(jù)冗余。

,界面層

即系統(tǒng)與用戶(hù)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(jiǎn)單

易懂，友好的交互方式，良好的出錯(cuò)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(mǎn)足以下功能需求

和設(shè)計(jì)要求：

1.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(duì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)組織存儲(chǔ)產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)生成產(chǎn)品BOMo

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(shí)能夠在應(yīng)用中不斷積累和豐

富，系統(tǒng)具有初級(jí)的智能人機(jī)交互和自學(xué)習(xí)功能。

界面層

功能層

工具層

數(shù)據(jù)層

基礎(chǔ)層

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(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，只對(duì)工藝

設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)人員開(kāi)放。

4）工藝文件管理:針對(duì)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(xún):可以查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)中己有的裝配工藝，并可以用樹(shù)型結(jié)構(gòu)查詢(xún)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(duì)裝配過(guò)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(hù)可以對(duì)登錄用戶(hù)的密碼、權(quán)限進(jìn)行修改。系統(tǒng)管理員擁有

客碼分配權(quán)限。

2.設(shè)計(jì)要求

1）實(shí)用性系統(tǒng)具有友好的用戶(hù)界面，易學(xué)易用，能夠給工藝人員帶來(lái)工作便利，極大地

減輕他們的工作強(qiáng)度;系統(tǒng)能切實(shí)地為企業(yè)帶來(lái)實(shí)際效益，不片面地追求工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)

化;系統(tǒng)還應(yīng)具有一定的通用性，可以通過(guò)用戶(hù)定制自己的工藝卡片格式來(lái)滿(mǎn)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(guò)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(kù)系統(tǒng)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)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(mǎn)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(shí)庫(kù)、裝配順序決策和裝配工序圖的自動(dòng)生成。

12.2.1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(duì)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(wèn)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(dòng)態(tài)

數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)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(dòng)化和裝配工藝規(guī)劃提供信息源，

并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和評(píng)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(kù)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(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)CAD、CAPP的集成。

三維CAD系統(tǒng)提供專(zhuān)門(mén)的接口，利用基于對(duì)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(guò)其提供的OLEAutomation接口，利

用object對(duì)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(chēng)、零部件文件名稱(chēng)、零部件在裝配產(chǎn)品中的相互裝配關(guān)系等信息，存儲(chǔ)在臨

時(shí)數(shù)據(jù)表中，通過(guò)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(kù)，作為推導(dǎo)裝配工藝和虛斗裝配的輸入。

在產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，存儲(chǔ)有2個(gè)數(shù)據(jù)表文件。系統(tǒng)通過(guò)SolidEdge接口得到這些信息

后，工藝生成、產(chǎn)品裝配樹(shù)的瀏覽、零部件裝配關(guān)系的查看等都是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)表文件的操作

來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在數(shù)據(jù)表Sumlnf。中存儲(chǔ)產(chǎn)品零部件的基本信息數(shù)據(jù)，如零部件名稱(chēng)、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)

口的裝配體表示。在數(shù)據(jù)表Relations中存儲(chǔ)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(lèi)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：

⑴關(guān)聯(lián)圖模型

80年代中期，法國(guó)學(xué)者Bomjault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(mǎn)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(jiǎn)單，如對(duì)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(duì)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(dòng)裝配序列規(guī)劃。

圖12.4關(guān)聯(lián)圖

⑵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(duì)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(guò)找出單位值最多的行或列對(duì)應(yīng)的零件，識(shí)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(wú)物理裝配關(guān)系，可得到其聯(lián)接矩陣：

0100

1010

0101

001G

(3)增強(qiáng)聯(lián)系圖模型

HomendeMello和Sanderson在Bonijault裝配模型基礎(chǔ)上用5維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)表達(dá)裝配模

型：

G=vP,C,A,R,R>

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)體八表示裝

配體中各連接關(guān)系對(duì)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(jí)裝配模型

KunwooLee和DavidC.Gossard首先提出等級(jí)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(jí)子裝配體，下一級(jí)子裝配

體又包含更下一級(jí)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(jí)模型表達(dá)結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)具有層次性，等級(jí)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(jí)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?jí)模型的設(shè)計(jì)分析以裝

配體為研究對(duì)象，降低了問(wèn)題求解的復(fù)雜度。

等級(jí)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(jí)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(lèi)。根據(jù)機(jī)械裝配的有關(guān)知識(shí)，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(wú)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

天小等)。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(guò)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(guò)程特征三種類(lèi)型。

(1)幾何裝配特征一幾何裝配特征包括如下屬性：

配合特征幾何元素一零件間的配合點(diǎn)，線，面稱(chēng)為零件的配合特征幾何元素。

配合特征兒何元素的位姿一位姿屬性描述配合特征兒何元素的坐標(biāo)系相對(duì)于零件坐標(biāo)系

的空間位姿。

配合類(lèi)型一配合類(lèi)型屬性描述配合特征幾何元素之間的聯(lián)接類(lèi)型。包括相配、非接觸相

配、對(duì)齊、偏移對(duì)齊、插入、定向等。

零件位姿一零件位姿屬性定義裝配體中零件相對(duì)于裝配體全局坐標(biāo)系的位置(Position)和

方位(Orienlation)。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(guò)程中零件的裝配方向、裝配過(guò)程中的阻力、抓拿性、

對(duì)稱(chēng)性、有無(wú)定向與定位特征、裝配軌跡以及裝配方法等。

12.2.2裝配工藝知識(shí)庫(kù)

裝配工藝知識(shí)庫(kù)技術(shù)是裝配CAPP的重要支撐技術(shù)，其知識(shí)組織結(jié)構(gòu)及知識(shí)庫(kù)的管理對(duì)

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(shí)庫(kù)，首先要搜集整理裝配工藝設(shè)計(jì)知識(shí)，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(shí)，由這些知識(shí)所構(gòu)成的裝

配工藝設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)具有兼容性與擴(kuò)充性。在裝配工藝設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)中，裝配工藝知識(shí)在組織上

力求統(tǒng)一的知識(shí)表現(xiàn)形式。由于裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中的影響因素較多，所以每一條裝配工藝

設(shè)計(jì)知識(shí)在安排存儲(chǔ)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(kù)的管理要求。通過(guò)對(duì)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(chēng)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(lái)，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、去毛刺等二序安排在其它裝配工序之前進(jìn)行；

2.先下后上:對(duì)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、一再安裝空間位置處于上部的零部件，使機(jī)器在裝配過(guò)程中保持穩(wěn)定的狀態(tài)；

3.先內(nèi)后外:在進(jìn)行裝配體中零部件的裝配時(shí)，先安裝處于內(nèi)部的零部件，再安裝處于外

13的零部件，使先裝的零部件不會(huì)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_(kāi)始時(shí)裝配的活動(dòng)空問(wèn)比較大，便于安裝、

調(diào)整、檢測(cè)和機(jī)器的翻轉(zhuǎn)；

5.先重大后輕小:開(kāi)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(shí)庫(kù)的時(shí)候，這些規(guī)則還要通過(guò)處理，才能以計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的形式

存儲(chǔ)。由上述通用化規(guī)則的共性，可將其分為三類(lèi)：

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(shí)，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(shí)。一些零部件的裝配經(jīng)過(guò)長(zhǎng)

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v

3.與裝配某種零部件的輔助裝配操作內(nèi)容相關(guān)的裝配工藝知識(shí)。實(shí)際裝配操作過(guò)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(shí)庫(kù)采用多張數(shù)據(jù)表取代單一的數(shù)據(jù)表來(lái)描述裝配工藝知識(shí)。裝配工藝知識(shí)

以數(shù)據(jù)表記錄的形式存放在裝配工藝知識(shí)庫(kù)中，具有類(lèi)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(duì)應(yīng)于記錄中各字段的內(nèi)容，數(shù)據(jù)庫(kù)文件中的記錄可以根據(jù)要

求進(jìn)行擴(kuò)充與修改。

12.2.3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(mǎn)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(lèi)：

(1)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(duì)操作人員

要求高，而且容易出錯(cuò)。自動(dòng)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(shí)別的裝配序列求解方法

根據(jù)零件的組件分類(lèi)，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?；诮M件識(shí)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(guò)程為可逆過(guò)程，則可通過(guò)求解零件的拆卸法來(lái)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(mǎn)足拆卸條件，則該零件一定滿(mǎn)足裝配序列約束。

反之，裝配過(guò)程中某一階段滿(mǎn)足裝配條件的零件并不一定滿(mǎn)足裝配序列約束條件，因?yàn)樵摿?/p>

件有可能影響到后續(xù)零件的裝配。另外，通過(guò)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(wú)法推導(dǎo)出零部件的裝配方向。拆卸法的

局限性是必須滿(mǎn)足裝配和拆卸互為可逆過(guò)程這一前提條件。

(4)基于知識(shí)的求解方法

基于知識(shí)的方法求解裝配序列，采用一階謂詞邏輯來(lái)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(shí)。系統(tǒng)以產(chǎn)品CAD模型為輸入，通過(guò)人機(jī)交互獲取零部件的裝配優(yōu)先約

克、通過(guò)圖形搜索算法求解產(chǎn)品配合特征圖的最小交集來(lái)產(chǎn)生裝配序列，基于知識(shí)的裝配順

序的求解方法，對(duì)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(shí)的獲取

需要較深的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

(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(jiǎn)化了聯(lián)結(jié)關(guān)系矩陣對(duì)應(yīng)的裝配

序列。

裝配序列生成是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，其中不僅涉及到幾何的、技術(shù)的、機(jī)械的問(wèn)題，存

在一些模糊經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的應(yīng)用。若只從某個(gè)方面考慮，必然會(huì)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(jí)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(kù)

e的信息與產(chǎn)品裝配工藝知識(shí)庫(kù)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(guò)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(guò)程中，由用戶(hù)進(jìn)行裝配特征尺寸的選擇，系統(tǒng)根

據(jù)用戶(hù)的選擇，從CAD環(huán)境中直接提取出特征尺寸，對(duì)于系統(tǒng)中所缺數(shù)據(jù)，用戶(hù)可以輸入。

裝配上藝生成過(guò)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(duì)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(guò)系統(tǒng)提供的裝配順序的瀏覽及修改界而，用戶(hù)可以對(duì)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(guò)程如圖12.6所示。

12.2.4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(lái)指導(dǎo)具體的生產(chǎn)加

To由于企業(yè)的制造環(huán)境千差萬(wàn)別，因而不可避免地造成不同企業(yè)工藝卡片在形式和內(nèi)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(chǔ)在工藝卡片模板庫(kù)中，用戶(hù)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(duì)它

們進(jìn)行修改或者完全從無(wú)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，但其基本內(nèi)容大體上是相同的。采用計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，首先需要解決的一個(gè)問(wèn)

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(guò)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(hù)通過(guò)查詢(xún)工藝信息然后輸出。裝配工

藝檢索功能主要是向用戶(hù)提供裝配工藝文件的瀏覽功能，還有