專利名稱：基于工程聯(lián)接關(guān)系的產(chǎn)品裝配表示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)品裝配關(guān)系的計(jì)算機(jī)表示方法，尤其是能將產(chǎn)品的工程聯(lián)接關(guān) 系轉(zhuǎn)化成一種圖，用以記錄產(chǎn)品的組成結(jié)構(gòu)、聯(lián)接關(guān)系以及其他信息，便于使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，與目前常用的基于零件聯(lián)接關(guān)系、基于聯(lián)接知識(shí)等產(chǎn)品裝配關(guān)系表示方 法不同。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)全球化和全球信息化的加速發(fā)展，產(chǎn)品的生產(chǎn)模式正在發(fā)生巨大的變 化，由少品種、大批量逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗥贩N、小批量生產(chǎn)模式，出現(xiàn)了產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間不能適應(yīng) 產(chǎn)品生命周期不斷縮短要求的問(wèn)題。在產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程中，產(chǎn)品裝配是產(chǎn)品制造全生命周 期中最重要的、耗費(fèi)大量精力和時(shí)間的步驟之一，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的主要過(guò)程。因此，產(chǎn)品 裝配設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性的作用。產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)的研究主要包括產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)的評(píng)估與優(yōu)化、裝配序列規(guī)劃和裝 配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。提高產(chǎn)品裝配水平的有效方法是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方 式，而采用計(jì)算機(jī)技術(shù)首先必須將產(chǎn)品的裝配用合適的方式加以表示，即進(jìn)行產(chǎn)品裝配的 計(jì)算機(jī)建模，得到產(chǎn)品的裝配模型。因此，無(wú)論是產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)的評(píng)估與優(yōu)化，還是產(chǎn)品 的裝配序列規(guī)劃和裝配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，其核心是裝配模型的建立與求解。下面分析國(guó) 內(nèi)外產(chǎn)品裝配建模的研究現(xiàn)狀。1)基于零件聯(lián)接關(guān)系的產(chǎn)品裝配模型產(chǎn)品裝配模型是裝配設(shè)計(jì)的核心與基礎(chǔ)，決定了裝配序列求解算法的能力與效 率。傳統(tǒng)的產(chǎn)品裝配模型主要表示產(chǎn)品幾何結(jié)構(gòu)及元件間的空間關(guān)系。Bourjault最早提 出了一種用圖表達(dá)的關(guān)聯(lián)模型，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[1]。該 方法描述簡(jiǎn)單但信息不完備，需要通過(guò)問(wèn)答式交互輸入來(lái)建立模型。Bourjault提出的關(guān)聯(lián) 模型也稱為裝配聯(lián)接圖，是以零件的幾何關(guān)系為核心，因此本質(zhì)上是對(duì)幾何信息的表示。它 既是最早的表示方法，也是后來(lái)許多研究工作的基礎(chǔ)。Bourjault最早提出的關(guān)聯(lián)模型在使用時(shí)需要用戶回答很多問(wèn)題，為了克服該缺 點(diǎn)，DeFazic^Whitney和Baldwin等人對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，減少了需要由用戶回答問(wèn)題的數(shù)量 [2]。其方法是以割集法代替Bourjault的交互問(wèn)答獲取零件聯(lián)接的優(yōu)先關(guān)系集，并利用 Bourjault提出的子集超集規(guī)則提高割集效率。Homem de Mello和Sanderson提出了將裝 配轉(zhuǎn)化為拆卸問(wèn)題，再以割集法求解的典型方法[3]。該方法先從裝配體的關(guān)系模型產(chǎn)生裝 配聯(lián)接圖，求出聯(lián)接圖的所有割集，再通過(guò)幾何可行性和機(jī)械穩(wěn)定性的檢驗(yàn)去掉不合理的 子裝配，進(jìn)而生成用與或圖表示的各種可行的拆卸順序，然后求其逆序即可得到所有可行 的裝配順序。其中，Homem de Mello和Sanderson提出的與或圖表示方法可以用來(lái)表示全 部的符合工程約束的裝配順序。采用割集方法雖然提高了效率，但仍然無(wú)法避免組合爆炸問(wèn)題，所以SiAhan Lee 提出了基于子裝配體提取的裝配規(guī)劃方法，即遞歸地將裝配體分解為子裝配體和零件的集合，這樣可以大大減少組合數(shù)[4]。與子裝配體劃分相似的減少組合數(shù)的方法還有層次化和 單元化等方法，例如，Qiang Su將裝配設(shè)計(jì)分為裝配模型和層次化ASP兩個(gè)層次[5]，而王 永等則將復(fù)雜產(chǎn)品的裝配規(guī)劃結(jié)構(gòu)按照裝配要求分解為簡(jiǎn)單的子裝配規(guī)劃結(jié)構(gòu)[6]。采用圖的方法描述雖然比較方便，但轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)表示時(shí)不如矩陣方便，所以用 矩陣表示也是常用的方法。例如Dini和Santochi利用干涉矩陣、接觸矩陣和連接矩陣表 達(dá)產(chǎn)品，其中干涉矩陣描述了零部件間沿坐標(biāo)軸方向裝配時(shí)相互間的干涉情況，接觸矩陣 描述了零部件間的物理接觸狀態(tài)，連接矩陣描述了零部件間的連接類型[7]。Huang等則將 6個(gè)干涉矩陣合并為一個(gè)拆卸矩陣，集成地表達(dá)零部件間沿坐標(biāo)軸方向的干涉情況[8]。由于這些方法一般局限于幾何信息的利用，沒(méi)有工程信息或者比較少，所以容易 出現(xiàn)工藝不合理的情況，也容易產(chǎn)生組合爆炸。為此，Huang和Lee在Bourjault的裝配聯(lián) 接圖中引入MP (即必須領(lǐng)先于)和NL(即不落后于)兩類優(yōu)先關(guān)系，根據(jù)有關(guān)工藝知識(shí)和 算法生成零件間聯(lián)系的優(yōu)先關(guān)系，降低了產(chǎn)品裝配順序生成難度[9]。另外一方面，裝配知識(shí)也可以特征的形式加以描述，所以有些學(xué)者提出基于特征 的裝配建模和序列規(guī)劃方法。例如Tiam Hock Eng等[10]和張剛等[11]通過(guò)抽取CAD系 統(tǒng)中的配合信息形成裝配特征?；谔卣鞯姆椒ㄅcCAD系統(tǒng)聯(lián)系比較密切，可以充分地保 留CAD模型信息。除了圖和矩陣的方法，Petri網(wǎng)也是一種非常有效的裝配知識(shí)表示方法。Petri網(wǎng) 擅長(zhǎng)處理過(guò)程，特別是并行的過(guò)程，對(duì)于分解裝配序列規(guī)劃中的關(guān)系表達(dá)與推理具有一定 的優(yōu)勢(shì)，所以Petri網(wǎng)也成為裝配序列規(guī)劃研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。Thomas J P在1992年就提 出了一個(gè)關(guān)于機(jī)械裝配序列表示的等級(jí)Petri網(wǎng)框架[12]，而Tatsuy等人則提出了基于代 數(shù)和圖論結(jié)構(gòu)特性的裝配Petri網(wǎng)及監(jiān)督控制算法[13]，ZHAXF等提出了基于知識(shí)Petri 網(wǎng)的智能柔性裝配規(guī)劃方法[14]。此外，還有采用二進(jìn)制表示方法進(jìn)行裝配建模與求解，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在算法上 的改進(jìn)。2)基于聯(lián)接知識(shí)的產(chǎn)品裝配模型基于零件聯(lián)接關(guān)系的產(chǎn)品裝配模型主要記錄的是幾何關(guān)系，這樣在求解時(shí)很難解 決組合爆炸問(wèn)題。人們注意到，產(chǎn)品的裝配是由聯(lián)接件完成的，如果按照聯(lián)接件或聯(lián)接知識(shí) 來(lái)對(duì)產(chǎn)品的裝配進(jìn)行描述，顯然更加符合工程要求，也會(huì)大大減少裝配次序的搜索。早在1994年，Gui等就提出了應(yīng)用聯(lián)接件的思想，即將組成產(chǎn)品的所有零件分為 普通零件和聯(lián)接件再進(jìn)行產(chǎn)品的裝配建模[15]。Yin等則從復(fù)用的思想出發(fā)，提出了基于 聯(lián)接件結(jié)構(gòu)的層次化模型CBS和聯(lián)接關(guān)系模型CBRM，通過(guò)CBRM生成CBS，然后利用CBS再 進(jìn)行裝配序列規(guī)劃[16]。由于CBS是一種樹狀結(jié)構(gòu)，包含了符合工程要求的各種可行的裝 配次序，所以降低了裝配序列規(guī)劃算法出現(xiàn)組合爆炸的可能。CBS模型的優(yōu)勢(shì)在于該模型不 僅包含了幾何信息，而且還包含了非幾何信息即一部分工程信息，但該模型仍然存在一定 的局限性，其聯(lián)接件的定義比較狹窄，局限于螺栓螺母聯(lián)接和螺釘聯(lián)接，通用性較弱。由于裝配知識(shí)非常復(fù)雜，僅僅依靠模型是不夠的，需要將裝配知識(shí)用某種知識(shí)表 示方法進(jìn)行表示，并為裝配知識(shí)的應(yīng)用提供有效的檢索、匹配、增加、修改和推理等功能。常 用的方法是，將裝配知識(shí)進(jìn)行分析，抽象出某些重要的特征或指標(biāo)，然后用知識(shí)表示，最后 使用知識(shí)推理方法依據(jù)這些特征或指標(biāo)進(jìn)行檢索、匹配。例如，張剛等對(duì)CAD模型進(jìn)行分析，獲得與裝配規(guī)劃有關(guān)的特征并用知識(shí)表示，然后建立產(chǎn)品的裝配特征矩陣，對(duì)其進(jìn)行求 解[17]。在裝配知識(shí)表示時(shí)，可以采用人工智能中的各種方法，但最常用的是采用專家系 統(tǒng)方法，即通過(guò)對(duì)裝配知識(shí)建立規(guī)則庫(kù)，在應(yīng)用時(shí)利用規(guī)則的匹配進(jìn)行推理。由于這種方法 效率比較低，如果對(duì)裝配知識(shí)進(jìn)行進(jìn)一步的抽象，歸納出特征參數(shù)，則可以提高求解速度， 例如張剛等將裝配知識(shí)轉(zhuǎn)化成裝配特征矩陣[11]。因?yàn)檠b配知識(shí)的核心是聯(lián)接知識(shí)，以聯(lián)接件知識(shí)為核心進(jìn)行裝配知識(shí)的應(yīng)用成為 一個(gè)重要的研究方向。董天陽(yáng)等建立了基于聯(lián)接件知識(shí)的零件表達(dá)式，并運(yùn)用有向聯(lián)接件 知識(shí)求解裝配序列規(guī)劃[18]。李榮等則通過(guò)分析組成裝配體的零件特征，提出了連接結(jié)構(gòu) (沒(méi)有使用公認(rèn)的聯(lián)接一詞)的概念，并采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行信息存儲(chǔ)，構(gòu)成基本裝配單 元，然后形成Petri網(wǎng)[19]。李榮等引入連接知識(shí)使裝配建模上升到了聯(lián)接的層次，這樣大 大地降低了裝配序列規(guī)劃的復(fù)雜性，但其對(duì)連接知識(shí)的應(yīng)用沒(méi)有上升到抽象模型的層次， 仍然屬于知識(shí)檢索和管理應(yīng)用。3)現(xiàn)狀分析通過(guò)對(duì)產(chǎn)品裝配建模方面的研究可以得出以下兩個(gè)結(jié)論(1)只在幾何信息層次上構(gòu)建裝配模型不能避免裝配序列規(guī)劃中的組合爆炸問(wèn) 題。數(shù)十年的研究告訴我們，僅僅依靠幾何信息進(jìn)行裝配序列規(guī)劃必然會(huì)出現(xiàn)組合爆炸，這 是因?yàn)楫a(chǎn)品的裝配和零件的配合關(guān)系并不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，只有完整地記錄從工程到幾 何信息各層次的信息才能最大限度的減少裝配組合數(shù)，甚至避免組合爆炸的發(fā)生。(2)對(duì)工程聯(lián)接知識(shí)的應(yīng)用停留在知識(shí)系統(tǒng)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)的簡(jiǎn)單應(yīng)用不能滿足 產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)的要求。知識(shí)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單應(yīng)用例如裝配專家系數(shù)本身就存在知識(shí)爆炸問(wèn)題， 而離開有效的裝配模型的面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用對(duì)產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)能力的提升也是有限的，因?yàn)?最根本的問(wèn)題是產(chǎn)品裝配本身的表示和處理。雖然產(chǎn)品裝配建模取得了很大的成績(jī)，但由于這些裝配模型沒(méi)有充分記錄從工程 聯(lián)接層次到幾何信息層次上的全部信息，所以在進(jìn)行產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)時(shí)仍然不能滿足設(shè)計(jì)人 員要求。例如，常用商用CAD系統(tǒng)對(duì)裝配序列規(guī)劃等的處理比較有限。因?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)的核 心是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，離開產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，裝配模型將成為無(wú)本之源，所以現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)均 是以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)作為裝配設(shè)計(jì)的核心任務(wù)。當(dāng)我們需要對(duì)產(chǎn)品裝配的其他設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn) 行處理時(shí)，例如進(jìn)行裝配序列規(guī)劃時(shí)，現(xiàn)有CAD系統(tǒng)雖然記錄了豐富的幾何信息和一些結(jié) 構(gòu)信息等非幾何信息，但沒(méi)有記錄比較高級(jí)的工程聯(lián)接信息，需要進(jìn)行信息補(bǔ)充，而這些信 息有很多應(yīng)該在進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)已經(jīng)出現(xiàn)在設(shè)計(jì)者的思維過(guò)程中，從而造成不必要的重復(fù)工 作。通過(guò)在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索網(wǎng)頁(yè)上使用關(guān)鍵詞“裝配”、“聯(lián)接”、“模型”、“表 示方法”等進(jìn)行檢索，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)本發(fā)明所提出的基于工程聯(lián)接知識(shí)的產(chǎn)品裝配表示方法。主要參考文獻(xiàn)[l]Bourjault A. 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發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的產(chǎn)品裝配計(jì)算機(jī)表示方法中沒(méi)有同時(shí)表達(dá)較高層次的工程聯(lián)接 關(guān)系和較低層次的幾何信息的不足，本發(fā)明提出一種新的產(chǎn)品裝配表示方法。該方法以工 程聯(lián)接關(guān)系作為裝配知識(shí)和裝配模型表示的主線，將產(chǎn)品及其組成零部件按照工程聯(lián)接關(guān) 系用廣義環(huán)方法表示，形成工程聯(lián)接圖即產(chǎn)品裝配模型，這樣既可以在工程聯(lián)接的層次上 表示產(chǎn)品的聯(lián)接組成關(guān)系，同時(shí)由于在相關(guān)結(jié)點(diǎn)上附加了信息，也可在較低層次上表示幾 何信息或其他非幾何信息，從而比較完整地表達(dá)產(chǎn)品裝配信息，既便于產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)，也便于裝配序列規(guī)劃等裝配設(shè)計(jì)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如圖1所示。在本發(fā)明中，對(duì)于產(chǎn)品的裝配定義兩類基本對(duì)象。(1)元件。零件、子裝配體和裝配體的統(tǒng)稱。工程上又稱子裝配體為部件，裝配體
為廣品。在產(chǎn)品裝配層次上，零件是不可再分的，而子裝配體和裝配體是可分的。直接構(gòu)成 可分元件的元件稱為該可分元件的子元件。(2)聯(lián)接操作對(duì)象。將聯(lián)接操作或裝配操作定義為聯(lián)接操作對(duì)象。其中，聯(lián)接操作對(duì)象是一種抽象對(duì)象，表示一個(gè)或一組裝配操作。它可以包含聯(lián)接 件，也可以不包含聯(lián)接件。圖1所示的產(chǎn)品裝配表示方法是一種根據(jù)發(fā)明人提出的廣義環(huán)和廣義環(huán)圖樹設(shè) 計(jì)的，是一種廣義的圖。該圖有以下特點(diǎn)(1)圖的頂點(diǎn)分為兩類一類為零件、子裝配體和裝配體，即元件，用空心圓點(diǎn)表 示，如圖1中空心點(diǎn)A，E，F(xiàn)，G，H，I，J，K，M, N為元件；一類為聯(lián)接操作對(duì)象，用實(shí)心圓點(diǎn)表 示，如圖1中實(shí)心點(diǎn)B、C和D表示裝配體A是由3個(gè)聯(lián)接操作裝配而成。(2)邊也分兩類一類為元件裝配操作組成關(guān)系，表示一個(gè)元件是由哪些裝配操 作形成的，如圖1中AB、AC和AD邊表示裝配體A是由3個(gè)裝配操作形成的；另一類為裝配 或聯(lián)接操作對(duì)象組成關(guān)系，表示一個(gè)裝配操作對(duì)象的具體組成，如BE、BF和BG表示B聯(lián)接 操作對(duì)象的裝配操作的元件對(duì)象是E、F和G。(3)同一個(gè)聯(lián)接操作對(duì)象可以有不同的操作處理元件對(duì)象，即可以有不同的操作 方式。例如，聯(lián)接操作對(duì)象即裝配操作B可以有兩種操作方式，一種是對(duì)元件E、F和G進(jìn)行 裝配操作，一種是對(duì)元件H、I和J進(jìn)行裝配操作。這些不同的操作之間是或的關(guān)系，元件E、F和G與H、I和J不一定相同，但它們的并集相同。(4)裝配不僅可以加元件，也可以減去元件。例如圖1中邊DN表示該裝配操作的 任務(wù)是從M中減去N。(5)從形式上看，該圖類似一棵倒樹，即最上層的空心圓點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)，表示整個(gè)裝 配體，其他所有的點(diǎn)都是該點(diǎn)的分支和葉節(jié)點(diǎn)。(6)表示了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)關(guān)系。如果將實(shí)心圓點(diǎn)收縮消失，則下層空心圓點(diǎn)是所屬上 層空心圓點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，表示上層元件由下層元件組成。例如，圖1中元件E，F(xiàn)，G，H，I，J，K， M，N的并集是元件A的組成元件。(7)隱含表示了工程聯(lián)接順序關(guān)系。假定每個(gè)裝配操作的元件對(duì)象必須預(yù)先完成 裝配，同一元件的各個(gè)裝配操作順序關(guān)系隨意，則該圖可以表示所有的符合工程要求的聯(lián) 接順序關(guān)系。圖1既表示了元件的組成關(guān)系，也表示了元件之間工程意義上的聯(lián)接關(guān)系，所以 稱為工程聯(lián)接圖。因?yàn)樵搱D本質(zhì)上表示了一種層次關(guān)系，所以又稱為工程聯(lián)接樹。本發(fā)明所帶來(lái)的有益效果是，所提出的產(chǎn)品裝配表示方法即產(chǎn)品裝配模型可以適 合產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配序列規(guī)劃和裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)等裝配設(shè)計(jì)的需要，裝配信息更加完 整，而且在進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)求解時(shí)更加有效，特別在進(jìn)行裝配序列規(guī)劃時(shí)可以有效避免組合 爆炸情況的出現(xiàn)，從而繞過(guò)了裝配序列規(guī)劃求解中的一個(gè)最棘手、最困難的問(wèn)題。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的產(chǎn)品裝配的計(jì)算機(jī)表示即產(chǎn)品裝配模型圖。圖1中，空心圓點(diǎn)A， E，F(xiàn)，G，H，I，J，K，M，N為元件，實(shí)心圓點(diǎn)B、C和D為聯(lián)接操作對(duì)象，DN邊上的-表示該裝配 操作是減去元件操作。圖2是手電筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖2中，零件用數(shù)字表示，S卩1.頭部，2.筒身，3.電池，
4.后蓋。圖3是手電筒各元件之間的裝配關(guān)聯(lián)圖。圖3中，數(shù)字所表示的對(duì)象與圖2相同， 即1.頭部，2.筒身，3.電池，4.后蓋?？招膱A點(diǎn)之間的連線表示對(duì)應(yīng)零件之間有聯(lián)接關(guān)系。圖4是按照本發(fā)明所繪制的手電筒產(chǎn)品裝配模型。圖4中，1.頭部，2.筒身，3.電 池，4.后蓋，12.頭部和筒身聯(lián)接元件，24.筒身和后蓋聯(lián)接元件，1234.裝配完成后的手電 筒，A.手電筒總體聯(lián)接操作對(duì)象，B.頭部和筒身聯(lián)接操作對(duì)象，C.筒身和后蓋聯(lián)接操作對(duì) 象。圖4中，數(shù)字表示元件對(duì)象，而字母表示聯(lián)接操作對(duì)象，邊或連線用它兩端的字母和數(shù) 字表示，例如A12表示聯(lián)接操作對(duì)象A和元件對(duì)象12之間的連線。
具體實(shí)施例方式以圖2所示的手電筒裝配設(shè)計(jì)作為說(shuō)明對(duì)象，根據(jù)本發(fā)明所揭示的基于工程聯(lián)接 關(guān)系的計(jì)算機(jī)表示方法的流程圖和實(shí)現(xiàn)方案說(shuō)明如下，即對(duì)于每個(gè)可分的元件重復(fù)下面2 個(gè)操作步驟，直到所有的元件都分解為不可分元件步驟1 按照工程聯(lián)接關(guān)系對(duì)所選取的元件的裝配操作進(jìn)行分解。為說(shuō)明簡(jiǎn)單， 這里僅以選取手電筒整體即裝配體進(jìn)行裝配操作的分解過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明，其他元件的分解相似。從圖2可知，手電筒由頭部⑴元件、筒身(2)元件、電池(3)元件、底部⑷元件4部 分元件組成，它們都是零件元件，不可再分。圖3表示了這些元件之間的聯(lián)接關(guān)系。如果僅 根據(jù)圖3表示的聯(lián)接關(guān)系來(lái)進(jìn)行裝配序列規(guī)劃，則必須對(duì)這些元件的裝配順序進(jìn)行組合。 顯然，元件數(shù)越多，組合數(shù)就越大，就越容易出現(xiàn)組合爆炸。但是，對(duì)于實(shí)際問(wèn)題，我們常常 是按工程的方法來(lái)進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)的。例如可以將手電筒裝配體的最后裝配定義為總體裝配 操作，用圖4所示的節(jié)點(diǎn)A表示。這里需要說(shuō)明的是，元件的裝配操作可以有多個(gè)，對(duì)于多 個(gè)裝配操作則需要定義這些裝配操作的先后次序。步驟2 對(duì)所選取元件的每一種裝配操作設(shè)計(jì)其具體的實(shí)現(xiàn)操作方式。例如，手電 筒的總體裝配操作操作A常常采用以下兩種方式一種是由頭部(1)元件+筒身( 元件、 電池C3)元件、底部(4)元件三部分裝配而成，另一種是由頭部(1)元件、電池C3)元件、筒 身(2)元件+底部(4)元件三部分裝配而成。當(dāng)然還可以進(jìn)一步將上面三部分的裝配改成 兩部分的裝配，即將電池與筒身( 元件所在的元件先進(jìn)行裝配，這樣使任何裝配都只是 兩個(gè)元件的裝配。為說(shuō)明簡(jiǎn)便，這里允許多個(gè)元件同時(shí)裝配。在圖4中連線A12、A3、A4表 示第一種裝配操作方式，而連線Al、A3、AM表示第二種裝配操作方式。這兩種裝配方式是 或的關(guān)系，而A12、A3、A4之間和Al、A3、A24之間是與的關(guān)系，因此裝配操作的具體實(shí)現(xiàn)和 與或圖是一致的，也具有與或圖對(duì)于裝配關(guān)系表達(dá)的能力。這里需要說(shuō)明的是，每種裝配操 作方式中元件的先后次序也是可以指定的，一般情況下約定從左至右。重復(fù)步驟1和步驟2對(duì)所有非零件的元件進(jìn)行操作即可形成一個(gè)完整的產(chǎn)品裝配 模型。圖4是手電筒經(jīng)過(guò)工程聯(lián)接關(guān)系分析以后得到的工程聯(lián)接圖即產(chǎn)品裝配模型。顯然，對(duì)于一個(gè)元件來(lái)說(shuō)，如果只有一個(gè)裝配操作或雖有多個(gè)裝配操作但次序確 定，而且每種裝配操作的具體方式的次序也確定，則該元件的裝配序列是惟一的。如果裝配 操作數(shù)少，或者裝配元件少即組成該元件的子元件少，則該元件的裝配序列數(shù)量就比較小。 由于在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品總是分解成不同層次的零部件，即子元件總是比較少的，所以 組合數(shù)相對(duì)比較小。例如，按照?qǐng)D4的裝配模型，手電筒的裝配序列只有兩種，一種是頭部 (1)元件和筒身( 元件先組裝，然后再和電池C3)元件、底部(4)元件一起組裝；另一種 是筒身( 元件和底部(4)元件先組裝，然后再和頭部(1)元件、電池C3)元件一起組裝。 顯然，這對(duì)于裝配序列規(guī)劃的求解是非常有益的。對(duì)于上述兩個(gè)步驟的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，可采用常用的樹結(jié)構(gòu)類似的實(shí)現(xiàn)方式，但需要 注意在本發(fā)明中圖的節(jié)點(diǎn)有兩類，不能直接采用父子、兄弟指針表示。一種具體實(shí)現(xiàn)方式如 下步驟A 建立元件對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。元件對(duì)象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要包含元件本身的信息 數(shù)據(jù)和裝配操作對(duì)象鏈指針。前者包括元件的基本數(shù)據(jù)(如幾何數(shù)據(jù))、附加的數(shù)據(jù)(如配 合數(shù)據(jù))等，與目前常用的CAD系統(tǒng)中裝配數(shù)據(jù)相同；后者指向裝配操作對(duì)象鏈。步驟B 建立裝配操作對(duì)象鏈。裝配操作對(duì)象鏈記錄某一個(gè)元件所有的裝配操作。 它是一個(gè)鏈，每個(gè)鏈節(jié)主要包含裝配操作對(duì)象指針和附加數(shù)據(jù)。前者指向具體的裝配操作 對(duì)象；后者可指明該鏈節(jié)的裝配操作先后次序等。步驟C 建立裝配操作對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。裝配操作對(duì)象用于記錄本裝配操作的作 用對(duì)象表，其主要內(nèi)容包含基本數(shù)據(jù)和元件對(duì)象鏈指針。前者主要記錄裝配操作的基本數(shù) 據(jù)(如類型)等；后者用于記錄該裝配操作的全部具體對(duì)象。
步驟D 建立元件對(duì)象鏈。元件對(duì)象鏈主要用來(lái)記錄某一個(gè)裝配操作的全部元件 對(duì)象。它是一個(gè)鏈，每個(gè)鏈節(jié)主要包含元件對(duì)象指針和附加數(shù)據(jù)。前者指向具體的元件對(duì) 象；后者可指明該鏈節(jié)的裝配操作先后次序、是否增加元件或去除元件等。本具體實(shí)施步驟特別適合機(jī)械產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)，因?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造必須 遵守工程規(guī)范，其設(shè)計(jì)結(jié)果是設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)意圖的體現(xiàn)，并且以容易理解的零部件形式表現(xiàn) 出來(lái)，由于本發(fā)明所提出的裝配模型非常直觀，可以更好地記錄設(shè)計(jì)者的工程設(shè)計(jì)意圖，因 而可以更加有力地支持裝配設(shè)計(jì)。對(duì)于其他產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)雖然可能不太直觀，但如果這 些產(chǎn)品也包含工程聯(lián)接或去除關(guān)系則也可用本發(fā)明提出的裝配模型加以表達(dá)。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，本發(fā)明所涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法可以在一般的計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，舉例而言，可以使用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言VC++加以實(shí)現(xiàn)。以上所述，僅為本發(fā)明其中的較佳實(shí)施例而已，并非用來(lái)限制本發(fā)明的實(shí)施范圍； 即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆為本發(fā)明專利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)品裝配關(guān)系的計(jì)算機(jī)表示方法，應(yīng)用于基于計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)特別是機(jī) 械產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)，其特征是將產(chǎn)品及其組成部分的零件、子裝配體和裝配體定義成與之 有關(guān)的元件，產(chǎn)品中全部可分的元件均用對(duì)各自子元件的若干個(gè)有序的裝配操作表示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品裝配關(guān)系的計(jì)算機(jī)表示方法，其特征是在產(chǎn)品裝配層 次上，零件元件是不可再分的，而子裝配體和裝配體元件是可分的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品裝配關(guān)系的計(jì)算機(jī)表示方法，其特征是直接構(gòu)成可分 元件的元件稱為該可分元件的子元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品裝配關(guān)系的計(jì)算機(jī)表示方法，其特征是可分元件的裝 配操作用若干個(gè)裝配操作對(duì)象表示，它們之間的關(guān)系是與的關(guān)系，并且存在一定的先后順 序關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的產(chǎn)品裝配關(guān)系的計(jì)算機(jī)表示方法，其特征是裝配操作對(duì)象 包含若干個(gè)裝配操作方式，這些裝配操作方式之間的關(guān)系是或的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的產(chǎn)品裝配關(guān)系的計(jì)算機(jī)表示方法，其特征是裝配操作方式 記錄被裝配的全部子元件及各子元件的裝配次序、增加元件或去除元件標(biāo)志等信息。
全文摘要
一種產(chǎn)品裝配關(guān)系的計(jì)算機(jī)表示方法即產(chǎn)品裝配建模方法，應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助裝配設(shè)計(jì)系統(tǒng)特別是CAD系統(tǒng)的開發(fā)。該方法以工程聯(lián)接關(guān)系作為裝配知識(shí)和裝配模型表示的主線，將產(chǎn)品及其組成零部件按照工程聯(lián)接關(guān)系用廣義環(huán)方法表示，形成工程聯(lián)接圖即產(chǎn)品裝配模型，這樣既可以在工程聯(lián)接的層次上表示產(chǎn)品的聯(lián)接組成關(guān)系，同時(shí)由于在相關(guān)結(jié)點(diǎn)上附加信息，也可在較低層次上表示幾何信息或其他非幾何信息，從而比較完整地表達(dá)產(chǎn)品裝配信息，可以適合產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配序列規(guī)劃和裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)等裝配設(shè)計(jì)的需要，使裝配設(shè)計(jì)求解時(shí)更加有效，特別在進(jìn)行裝配序列規(guī)劃時(shí)可以有效避免組合爆炸情況的出現(xiàn)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102129494SQ20111005162
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者尹文生 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)