裝配規劃技術的研究

楊光（中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176）

裝配規劃技術的研究

楊光
（中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176）

對裝配模型可以分為關系型模型和層次型模型。關系型模型是一種基于圖的結構來建立裝配模型，結點表示零件，邊表示它們之間的關系；而層次型模型則將某些零件合并為一個子裝配，使模型呈樹狀結構。在實用的更多地使用了兩者結合的混合模型。其中模型通過子裝配的劃分形成裝配體的樹型結構，而有同一父節點的兄弟之間則采用關系模型。

裝配 裝配序列規劃 關系模型 優先關系

1　引言

本文針對關系模型的產品零件數量不能太大，否則將給以后的裝配規劃帶來很大的困難這一缺點提出了基于裝配優先約束層次關系模型。之前人們對這一問題的結局方式大都是采用子裝配關系模型，將一些零件合并為一個子裝配，使模型產生層次關系，從而減少了每層元件的數量。這種辦法無疑對解決這一問題帶來了很大的效果，但是對解決具有大量元件的產品來說效果是有限的。如果某一個產品其屬于兄弟關系的零部件過多的話這種分層方式就不會非常的奏效，停留在每一裝配層次的元件數量還是會很多，那么就需要另外一種分成方案來解決這一問題。本文提出了一種基于約束關系的分層方法，該方法專門針對兄弟元件關系過多而不能僅僅依靠將一些零件合并為子裝配方法來解決的問題。

由于之前很多論文對基于父子關系層次模型的闡述都比較詳細，因此在本文中不對其進行過多的介紹。

2　裝配序列規劃技術

裝配規劃技術包括裝配路徑規劃技術和裝配順序規劃技術。傳統的裝配規劃的研究方法是針對特定的需求，在某些推理算法和規則的支持下，推理出幾何上可行的裝配順序。裝配路徑規劃在幾何上可行，在工藝上不一定可行。所以這種裝配規劃還需要工程技術人員對其進行工藝性分析，才能保證其在工程上的可行性。基于VA的裝配規劃就是在虛擬環境下利用虛擬設備模擬手工裝配拆卸的交互式過程，對裝配體進行可裝配性和可拆卸性分析，通過對自動裝配順序生成器產生的可行性裝配順序進行反復驗證來確定最優裝配規劃方案，并要力求避免一些最優的裝配順序和裝配路徑的遺漏，同時又能盡量縮小可行解的空間，以提高裝配規劃評價的效率。

裝配順序規劃（Assembly Sequence Planning，ASP）是描述產品裝配過程的一個重要信息，基于裝配順序自動規劃的裝配過程仿真對提高產品的裝配性能、縮短產品的開發周期和降低開發成本具有重要意義。

3　裝配信息的記錄

根據研究的主要對象和裝配模型的性質，本文需要對裝配模型的結構進行描述。

基于裝配優先約束層次關系模型與關系模型類似，結點表示同屬一個父子關系層次的零部件；邊表示它們之間的裝配關系。與關系模型不同之處是，在邊的信息上增加了up key屬性，代表的是該邊的直接關鍵裝配關系，即表示該裝配關系在其直接關鍵裝配關系為完成之前不能完成。通過up key屬性，可以得到每個裝配關系所屬的裝配約束層級，從而解決得了同一父子關系層級零部件過多的問題。該屬性的確定需要通過人工確定?；谘b配約束分層關系模型繼承了關系模型的比較直觀，容易由計算機自動生成，在裝配工藝規劃中其信息便于管理和利用這一優點，同時它也較為有效的解決了產品零件數量不能太大這一問題。但是其缺點還是存在的，比如模型生成需要人工參與。但是我相信這個問題會隨著產品設計軟件針對產品裝配的二次開發程序的發展得以解決。

4　優先約束關系

4.1優先約束關系分類

（1）建立兩零件間裝配的先后關系或兩零件間聯接與建立其他聯接之間的先后關系；

（2）由裝配狀態表示零件間或聯接間的先后約束關系。裝配狀態是指當前已裝零件和未裝零件或已實現的裝配聯接和未實現的裝配聯接情況，由一n維布爾矢量表示。

裝配狀態：S=｛ rl，r2，…，rn｝當n為產品零件總數時，

優先約束關系表示法可用謂詞MP （Must Precede）和NL （No later than）表示。MP （L1，L2）指條件Ll必須在條件L2之前裝配完成，對圖3.4輸出軸組件中P4必須在PS之前裝配，滿足MP （P4，PS）。NL （L1，L2）指條件L1不能在條件L2之后完成，對圖2.1輸出軸組件中P2和P6滿足NL（P2，P6）。兩謂詞的差別在條件L1和L2能否同時完成。對MP （L1，L2）和NL （L1，L2）中的條件L可以是零件、連接或裝配狀態。有兩種特殊情況：一是MP （L1，［］），指條件Ll必須最先裝配完成，二是MP（［］，L2），表示條件L2必須在所有條件裝配或完成后才裝配或完成。

4.2裝配優先關系具有以下性質

假設L1，L2，L3分別為裝配過程中的三個零件。

（1）優先關系的傳遞性

MP（L1，L2）MP（L2，L3）=>MP（L2，L3）

（2）優先關系的交換律

MP（L1，L2）=MP（L2，Ll）

（3）優先關系的分配律

4.3裝配優先關系具有以下三個基本規則，可減少不必要的工作量

（1）超集規則如果兩子裝配體在拆卸時發生干涉，則它們各自的超集之間也具有幾何干涉性；

（2）子集規則如果兩子裝配體在拆卸時不會發生相互干涉，則它們的子集之間也不會發生干涉；

（3）閉環規則聯系圖中的閉環需要同時完成閉環中的兩個連接關系。

5　結語

分層結構裝配模型，可以將一個由眾多零件組成的復雜產品的裝配序列規劃問題，簡化為多個由為數較少的零件組成的子裝配體的裝配序列規劃問題，其降低了求解復雜裝配體的難度，但是由于同一層中零件的裝配序列個數為ni！，當ni大于4時，裝配序列的解空間仍然較大。在考慮幾何優先約束關系的情況下，可以很大程度上降低裝配序列的解空間，兩者相互結合可以更好地提高裝配序列的推理效率。