裝配規(guī)劃技術(shù)的研究

楊光（中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

裝配規(guī)劃技術(shù)的研究

楊光
（中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

對(duì)裝配模型可以分為關(guān)系型模型和層次型模型。關(guān)系型模型是一種基于圖的結(jié)構(gòu)來(lái)建立裝配模型，結(jié)點(diǎn)表示零件，邊表示它們之間的關(guān)系；而層次型模型則將某些零件合并為一個(gè)子裝配，使模型呈樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。在實(shí)用的更多地使用了兩者結(jié)合的混合模型。其中模型通過(guò)子裝配的劃分形成裝配體的樹(shù)型結(jié)構(gòu)，而有同一父節(jié)點(diǎn)的兄弟之間則采用關(guān)系模型。

裝配 裝配序列規(guī)劃 關(guān)系模型 優(yōu)先關(guān)系

1　引言

本文針對(duì)關(guān)系模型的產(chǎn)品零件數(shù)量不能太大，否則將給以后的裝配規(guī)劃帶來(lái)很大的困難這一缺點(diǎn)提出了基于裝配優(yōu)先約束層次關(guān)系模型。之前人們對(duì)這一問(wèn)題的結(jié)局方式大都是采用子裝配關(guān)系模型，將一些零件合并為一個(gè)子裝配，使模型產(chǎn)生層次關(guān)系，從而減少了每層元件的數(shù)量。這種辦法無(wú)疑對(duì)解決這一問(wèn)題帶來(lái)了很大的效果，但是對(duì)解決具有大量元件的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)效果是有限的。如果某一個(gè)產(chǎn)品其屬于兄弟關(guān)系的零部件過(guò)多的話這種分層方式就不會(huì)非常的奏效，停留在每一裝配層次的元件數(shù)量還是會(huì)很多，那么就需要另外一種分成方案來(lái)解決這一問(wèn)題。本文提出了一種基于約束關(guān)系的分層方法，該方法專門針對(duì)兄弟元件關(guān)系過(guò)多而不能僅僅依靠將一些零件合并為子裝配方法來(lái)解決的問(wèn)題。

由于之前很多論文對(duì)基于父子關(guān)系層次模型的闡述都比較詳細(xì)，因此在本文中不對(duì)其進(jìn)行過(guò)多的介紹。

2　裝配序列規(guī)劃技術(shù)

裝配規(guī)劃技術(shù)包括裝配路徑規(guī)劃技術(shù)和裝配順序規(guī)劃技術(shù)。傳統(tǒng)的裝配規(guī)劃的研究方法是針對(duì)特定的需求，在某些推理算法和規(guī)則的支持下，推理出幾何上可行的裝配順序。裝配路徑規(guī)劃在幾何上可行，在工藝上不一定可行。所以這種裝配規(guī)劃還需要工程技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行工藝性分析，才能保證其在工程上的可行性?；赩A的裝配規(guī)劃就是在虛擬環(huán)境下利用虛擬設(shè)備模擬手工裝配拆卸的交互式過(guò)程，對(duì)裝配體進(jìn)行可裝配性和可拆卸性分析，通過(guò)對(duì)自動(dòng)裝配順序生成器產(chǎn)生的可行性裝配順序進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證來(lái)確定最優(yōu)裝配規(guī)劃方案，并要力求避免一些最優(yōu)的裝配順序和裝配路徑的遺漏，同時(shí)又能盡量縮小可行解的空間，以提高裝配規(guī)劃評(píng)價(jià)的效率。

裝配順序規(guī)劃（Assembly Sequence Planning，ASP）是描述產(chǎn)品裝配過(guò)程的一個(gè)重要信息，基于裝配順序自動(dòng)規(guī)劃的裝配過(guò)程仿真對(duì)提高產(chǎn)品的裝配性能、縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和降低開(kāi)發(fā)成本具有重要意義。

3　裝配信息的記錄

根據(jù)研究的主要對(duì)象和裝配模型的性質(zhì)，本文需要對(duì)裝配模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。

基于裝配優(yōu)先約束層次關(guān)系模型與關(guān)系模型類似，結(jié)點(diǎn)表示同屬一個(gè)父子關(guān)系層次的零部件；邊表示它們之間的裝配關(guān)系。與關(guān)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(guān)鍵裝配關(guān)系，即表示該裝配關(guān)系在其直接關(guān)鍵裝配關(guān)系為完成之前不能完成。通過(guò)up key屬性，可以得到每個(gè)裝配關(guān)系所屬的裝配約束層級(jí)，從而解決得了同一父子關(guān)系層級(jí)零部件過(guò)多的問(wèn)題。該屬性的確定需要通過(guò)人工確定?；谘b配約束分層關(guān)系模型繼承了關(guān)系模型的比較直觀，容易由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成，在裝配工藝規(guī)劃中其信息便于管理和利用這一優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它也較為有效的解決了產(chǎn)品零件數(shù)量不能太大這一問(wèn)題。但是其缺點(diǎn)還是存在的，比如模型生成需要人工參與。但是我相信這個(gè)問(wèn)題會(huì)隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件針對(duì)產(chǎn)品裝配的二次開(kāi)發(fā)程序的發(fā)展得以解決。

4　優(yōu)先約束關(guān)系

4.1優(yōu)先約束關(guān)系分類

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

（2）由裝配狀態(tài)表示零件間或聯(lián)接間的先后約束關(guān)系。裝配狀態(tài)是指當(dāng)前已裝零件和未裝零件或已實(shí)現(xiàn)的裝配聯(lián)接和未實(shí)現(xiàn)的裝配聯(lián)接情況，由一n維布爾矢量表示。

裝配狀態(tài)：S=｛ rl，r2，…，rn｝當(dāng)n為產(chǎn)品零件總數(shù)時(shí)，

優(yōu)先約束關(guān)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(duì)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(duì)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(shí)完成。對(duì)MP （L1，L2）和NL （L1，L2）中的條件L可以是零件、連接或裝配狀態(tài)。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(yōu)先關(guān)系具有以下性質(zhì)

假設(shè)L1，L2，L3分別為裝配過(guò)程中的三個(gè)零件。

（1）優(yōu)先關(guān)系的傳遞性

MP（L1，L2）MP（L2，L3）=>MP（L2，L3）

（2）優(yōu)先關(guān)系的交換律

MP（L1，L2）=MP（L2，Ll）

（3）優(yōu)先關(guān)系的分配律

4.3裝配優(yōu)先關(guān)系具有以下三個(gè)基本規(guī)則，可減少不必要的工作量

（1）超集規(guī)則如果兩子裝配體在拆卸時(shí)發(fā)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(guī)則如果兩子裝配體在拆卸時(shí)不會(huì)發(fā)生相互干涉，則它們的子集之間也不會(huì)發(fā)生干涉；

（3）閉環(huán)規(guī)則聯(lián)系圖中的閉環(huán)需要同時(shí)完成閉環(huán)中的兩個(gè)連接關(guān)系。

5　結(jié)語(yǔ)

分層結(jié)構(gòu)裝配模型，可以將一個(gè)由眾多零件組成的復(fù)雜產(chǎn)品的裝配序列規(guī)劃問(wèn)題，簡(jiǎn)化為多個(gè)由為數(shù)較少的零件組成的子裝配體的裝配序列規(guī)劃問(wèn)題，其降低了求解復(fù)雜裝配體的難度，但是由于同一層中零件的裝配序列個(gè)數(shù)為ni！，當(dāng)ni大于4時(shí)，裝配序列的解空間仍然較大。在考慮幾何優(yōu)先約束關(guān)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(jié)合可以更好地提高裝配序列的推理效率。