具有典型裝配特征的零組件管理系統研究與開發

孫燕華，李桂東，周來水

SUN Yan-hua1,2, LI Gui-dong2, ZHOU Lai-shui2

（1. 無錫職業技術學院，無錫 214121；2. 南京航空航天大學 江蘇省精密與微細制造技術重點實驗室，南京 210016）

具有典型裝配特征的零組件管理系統研究與開發

Research and development of component management system which has typical parts assembly features

孫燕華1,2，李桂東2，周來水2

SUN Yan-hua1,2, LI Gui-dong2, ZHOU Lai-shui2

（1. 無錫職業技術學院，無錫 214121；2. 南京航空航天大學 江蘇省精密與微細制造技術重點實驗室，南京 210016）

研究了機械產品設計過程中的零組件的典型裝配特征，提出了基于典型裝配特征的編碼技術，建立了6碼段的編碼結構，基于數據庫技術，開發了基于典型裝配特征的零組件管理系統。

零組件；典型裝配特征；編碼技術；數據庫；管理系統

0 引言

在機械產品裝配建模過程中，國內外學者進行了大量的研究來提高建模的效率[1]，實現產品的自動裝配，針對研究目標的不同，其對裝配特征建模的描述側重點不同[2,3]。李春書[3]等將裝配特征定義為一組反應相關零件間裝配類型、配臺關系、相互約束及裝配操作方式的信息集；張宏星[6]等將裝配特征定義為用來描述零部件中參與裝配操作區域的信息單元，信息單元是指裝配信息的屬性集合。世界上目前有300多種分類編碼系統，每種分類編碼系統都有特定的目的和適用范圍，大都是按照根據零件的結構和工藝進行分類的[7,9]。在機械產品設計過程中有些產品（零件或者組件）經常重復使用，例如，常用的標準件，企業積累的常用典型組件等，提高這些產品的使用效率對于縮短產品設計周期有著重要的意義，本文結合產品的裝配建模技術和零件編碼技術，針對具有典型裝配特征的零組件的管理技術進行了研究，提出了基于典型裝配特征的零組件編碼技術，開發了相應的管理系統。

1 典型裝配特征的定義

典型裝配特征是指在機械產品建模過程中用于裝配的幾何元素，在裝配過程中，可以通過這些幾何元素對機械產品進行空間定位，來滿足裝配的要求。本文主要考慮了零組件幾何形狀約束方面的信息，將零組件的重要幾何元素抽象為零組件的典型裝配特征，典型裝配特征包括如下：點、直線、平面、球面、圓柱面、圓錐面、圓環面。其中點、直線、平面稱為基本典型裝配特征。

本文主要以飛機工裝建模設計過程中的組件為研究對象，為了便于對組件進行管理，將組件局部特征分為定位部分與工作部分：組件作為一個功能模塊存在于產品當中，組件與產品的接合部分稱為連接部分，用于固定組件的連接部分稱為組件的定位部分；用于固定其它組件或產品的連接部分稱為組件的工作部分。每個組件都必須有定位部分，但不一定有工作部分。

2 基于典型裝配特征的零組件編碼

具有典型裝配特征的零組件在機械產品建模設計過程中大量存在，如果能提高這部分零組件的設計與利用效率，將對縮短產品周期的起著重要的作用。本文結合企業現有的編碼，對其進行改進和擴充，結合裝配的需要，在典型裝配特征作為編碼屬性之一，將組件編碼結構分為6個碼段，各碼位由字母和數字組成，6個碼段分別介紹如下：

碼段Ⅰ：管理碼，由2～10位數字組成，每兩位為一級分類，各級分類之間為父子級聯關系，最多可分五級分類。碼段Ⅰ應至少包括兩位碼位，即組件至少有一級父類，每多一級子類，就多兩位碼位，用戶可根據企業對組件的需要及企業內部的分類標準對組件進行合理分類。

碼段Ⅱ：類別碼，由2～10位數字和字符組成，主要表達組件的類別及一些特征屬性，例如組件名字、所屬部門等。每兩個連續的碼位代表一級分類，默認有5級分類，第一級編碼不能為空。同組件類別碼段相似，各級分類之間為父子級聯關系。每多一級分類，就多兩位碼位，至少包含一級父類。

碼段Ⅲ：特征碼，由6位數字組成，前三位碼位用于表示組件定位裝配的幾何特征，后三位碼位用于表示組件工作裝配的幾何特征。每一位碼位代表一個發布特征，取值范圍為：0～9。表1列舉出了各幾何特征及其對應的編碼。

表1 幾何裝配特征及其編碼

表2 組件的約束種類及其編碼

碼段Ⅳ：功能碼，由12位數字組成。前六位為子功能碼一，表示組件的定位裝配形式，即組件與飛機工裝產品或其他組件的結合形式。每兩位碼位表示一種約束，三種約束無先后順序，組成一種定位裝配形式。可以為空，表示沒有定義組件的定位裝配形式。后六位為子功能碼二，表示組件的工作裝配形式，每兩位碼位表示一種約束，三種約束無先后順序，組成一種工作裝配形式。可以為空，表示沒有定義組件的工作裝配形式。表二列舉出了所有的裝配約束種類（定位和工作約束種類相同）。

碼段Ⅴ：關系碼。由3個碼段組成，分別為：標識碼、關系類別碼、關系功能碼。標識碼由數字0或1表示，用于標識當前組件是否有與之關聯的組件。關系類別碼和關系功能碼與前面所述的功能碼和類別碼結構一樣，當標識碼為1時，關系碼中的類別碼和功能碼才對應與當前組件關聯的組件的功能碼和類別碼，否則其值為0。

碼段Ⅵ：附加碼。由1～3位數字組成，是一個功能碼段，當前面5個碼段都相同時，表示以上所有碼段均相同的組件的個數，同時也用于保證每個組件編碼的唯一性，其默認值為1。

子功能碼之間以字符“%”標識，各碼段之間用字符“#”標識，這樣可以保證各碼段的柔性擴充而不會影響其他碼段信息的讀取，以達到柔性分類編碼的目的。整個零組件編碼結構如表三所示。如表3所示的壓緊定位器的編碼結構，管理碼為“01030203”表示該產品可通過4級管理模式進行管理；類別碼“030203”表示某公司（03）某部門（02）某科室（03）設計的產品；特征碼223003表征該產品定位裝配的幾何特征為“線－線－面”，工作裝配的幾何特征為“面”；功能碼“222233%33”表征該產品的定位裝配形式兩個“線-線”裝配和“面－面”裝配結合，工作裝配形式為“面-面”裝配，關系碼表征該產品與其他產品沒有關聯且與其他產品沒有編碼結構不相同。

表3 編碼結構及實例

圖1 系統構架及編碼映射關系

圖2 零組件管理系統主要界面圖

3 系統實現

基于以上的編碼結構，整個管理系統的構架分為三層：物理層、邏輯層、界面層。物理層基于Oracle數據庫來管理的后臺零組件信息表結構。在邏輯層中，按照系統功能將數據庫分解為參數數據庫、用戶數據庫、管理數據庫、裝配特征數據庫、約束數據庫、模型數據庫，各數據庫與物理層信息表形成一一對應關系。在界面層上，提供和諧、方便的用戶界面操作物理層數據庫，實現零組件的添加、刪除、修改、查詢等功能，整個管理系統構架如圖1所示。

本系統基于CATIA/CAA開發，已經成功應用某航空企業飛機零組件的管理，并成功應用與飛機工裝的快速設計系統中，該系統能有效的管理零組件的特征信息，為實現飛機工裝的快速建模提供了支持。

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[4] 鄭鐵,寧汝新,王恒,楊洪君. 基于裝配特征本體表達的虛擬產品建模研究[J].計算機集成制造系統,2006,12(12):1964-1985.

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[6] 張宏星,許敏,蔣祖華.面向自動裝配的裝配特征定義與表達方法研究[J].機械科學與技術,2005,24(7):824-851.

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TP273

A

1009-0134(2010)12(上)-0009-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.12(上).03

2010-06-22

孫燕華（1961 -），女，江蘇無錫人，副教授，研究方向為數字化制造、機械CAD/CAM。