虛擬制造中的裝配順序規(guī)劃

虛擬制造中的裝配順序規(guī)劃

虛擬制造技術(shù)虛擬制造是新世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的重要方向之一，是計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)實(shí)制造過程的本質(zhì)的實(shí)現(xiàn)。它能在虛擬狀態(tài)下設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和分析產(chǎn)品,從而更迅速、更有效地進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和制造虛擬制造可以簡(jiǎn)單地理解為“在計(jì)算機(jī)內(nèi)制造”,通過應(yīng)用集成的、用戶友好的軟件系統(tǒng)生成“軟樣機(jī)”,對(duì)產(chǎn)品、工藝和整個(gè)企業(yè)的性能進(jìn)行仿真、建模和分析。虛擬制造包括:虛擬設(shè)計(jì)、虛擬裝配和虛擬加工過程。虛擬裝配是虛擬制造的關(guān)鍵組成部分之一,它通過計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品裝配過程和裝配結(jié)果進(jìn)行分析和仿真,評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)產(chǎn)品模型,作出與裝配相關(guān)的工程決策,不需要實(shí)際產(chǎn)品作支持。它通過統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)過程與產(chǎn)品零部件制造、裝配過程的高度統(tǒng)一。虛擬裝配技術(shù)主要包括虛擬裝配建模方法、裝配順序規(guī)劃、裝配干涉檢驗(yàn)技術(shù)和裝配仿真技術(shù)。下面著重從裝配順序規(guī)劃加以闡述:1、配線裝置條件的求解裝配順序規(guī)劃實(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,求解出滿足各種約束條件、性能優(yōu)良的裝配順序。裝配順序是裝配規(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。1.1裝配順序規(guī)劃根據(jù)產(chǎn)品中各部分的功能,將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)逐級(jí)細(xì)化,初步確定裝配結(jié)構(gòu)與裝配順序;使用拆卸順序法獲得零件組的裝配順序;對(duì)裝配零部件結(jié)構(gòu)逐級(jí)歸納與總結(jié),最終得到產(chǎn)品的裝配順序。在進(jìn)行裝配順序規(guī)劃時(shí),根據(jù)產(chǎn)品的分層狀況,最低層可采用人機(jī)交互形式分析;其它各層采用人工分析形式較為簡(jiǎn)便。1.2裝配件順序規(guī)劃(1)基于可拆卸法的裝配順序生成原理,以裝配模型層次劃分與子裝配體為基礎(chǔ),引入各個(gè)層次的主矢方向干涉矩陣。干涉矩陣表示如下(僅以X向主矢干涉矩陣為例):建立干涉矩陣規(guī)則如下,(1)通過分析裝配模型的具體結(jié)構(gòu)采取相對(duì)的簡(jiǎn)化形式,以簡(jiǎn)化干涉矩陣的形式和降低裝配順序規(guī)劃的搜索難度。(2)將子裝配體視為獨(dú)立的裝配件。(3)在建立的三個(gè)主矢方向矩陣中,矩陣元素(eij﹑fij﹑gij)分別表示裝配件與裝配件j在該主矢方向上的裝配干涉關(guān)系。(2)根據(jù)模型的具體裝配情況,從三個(gè)主矢方向干涉矩陣中選擇主要干涉矩陣,其余的矩陣可作為參考干涉矩陣。(3)在各層干涉矩陣中,存在i行的行向量全為零時(shí),優(yōu)先拆卸裝配件i,并記錄。并劃去三個(gè)主矢方向矩陣的i行與i列,生成新矩陣。仍使用上述方法對(duì)新矩陣的進(jìn)一步處理,依次得到該層的拆卸順序。(4)逐級(jí)確定主要干涉矩陣與參考干涉矩陣,逐級(jí)生成新矩陣,直到剩下最后一個(gè)裝配零件的元素為止,從而確定出裝配體的拆卸順序。(5)對(duì)層次模型的拆卸分析時(shí),可選擇“自上而下”式或“自下而上式”。(6)獲取每一層模型的裝配順序信息后,該層模型(子裝配體)再參加上一層模型的裝配順序規(guī)劃研究。或者對(duì)下一層模型的自裝配體按上述方法操作,獲得拆卸順序。重復(fù)上述過程,直至最終完成裝配模型的順序規(guī)劃。2、拆卸法的應(yīng)用錫錠連鑄機(jī)組搭錠機(jī)構(gòu)應(yīng)用此方法,通過引入三個(gè)主矢裝配干涉矩陣,僅采用普通的規(guī)劃過程,即可得搭錠機(jī)構(gòu)模型的裝配順序。2.1堆垛機(jī)組搭錠機(jī)構(gòu)錫錠連續(xù)鑄造機(jī)組是專門用于生產(chǎn)重熔錫錠的集機(jī)、電、光、液和氣于一體的自動(dòng)化成套冶金生產(chǎn)線。在PLC程序控制下,錫錠連續(xù)鑄造機(jī)組可自動(dòng)化完成錫錠的鑄造、冷卻、堆垛、打包和成品運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)工序。錫錠連續(xù)鑄造機(jī)組主要由鑄造機(jī)組、冷運(yùn)機(jī)組和堆垛機(jī)組組成。堆垛機(jī)組的搭錠機(jī)構(gòu)由兩塊滑道板﹑兩塊支持板﹑氣缸﹑兩根滑動(dòng)軸﹑三根滾動(dòng)軸﹑六個(gè)深溝球軸承﹑四個(gè)軸向檔圈兩根連接軸﹑四個(gè)內(nèi)六角螺釘和四個(gè)彈簧墊圈組成,其中,氣缸軸與滑動(dòng)軸6存在螺紋連接,搭錠機(jī)構(gòu)由內(nèi)六角螺釘連接與整列機(jī)相連接。在搭錠機(jī)構(gòu)的協(xié)助下,在錫錠搭接過程中,氣缸根據(jù)信號(hào)將支持板架的相關(guān)零部件迅速抬起,使得偶數(shù)塊錫錠作適當(dāng)抬高以實(shí)現(xiàn)與奇數(shù)塊鋁錠(錫錠1、3或5)的物理輪廓相結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)順利搭接和錫錠整列﹑進(jìn)一步提高了錫錠連鑄生產(chǎn)線的穩(wěn)定性與可靠性。利用Pro/E軟件中的mechanism模塊建立機(jī)構(gòu)的裝配模型如圖1所示。2.2模型的裝配順序按照上文所述,對(duì)裝配模型逐層構(gòu)建主矢方向矩陣?？梢杂^察到在裝配模型的第三層中,三個(gè)子裝配體的裝配情況相同(子裝配體由滾動(dòng)軸與兩個(gè)深溝球軸承構(gòu)成);四對(duì)螺紋連接情況相同(使用彈簧墊圈增加預(yù)緊力,內(nèi)六角螺釘與連接軸相連);兩個(gè)連接軸的裝配情況相同;兩個(gè)滑動(dòng)軸的裝配情況相同。在建立主矢方向矩陣時(shí),可以選取1(支持板1)、2(支持板2)和子裝配體c(滾動(dòng)軸及兩側(cè)軸承)、6(右滑動(dòng)軸)、9(右連接軸)以及9的聯(lián)接件p1(右側(cè)螺釘與彈簧墊圈)和m2(左側(cè)螺釘與彈簧墊圈),以簡(jiǎn)化主矢方向矩陣形式。根據(jù)模型中裝配零部件的拆卸干涉狀況,建立模型的第三層三個(gè)主矢方向矩陣如圖2所示?？疾煅b配模型的零部件位置分布與零部件的拆卸方向,選擇模型第三層中X向主矢干涉矩陣為主要順序搜索矩陣,Y向與Z向主矢干涉矩陣為參考搜索矩陣。在該層X向干涉矩陣中,由于裝配件p1的行向量皆為0,可優(yōu)先拆p1,并劃去X向、Y向與Z向主矢干涉矩陣中p1的行向量與p1的列向量。新X向主矢干涉矩陣中,裝配件3的行向量為0,則拆去3,并劃去新X向、Y向與Z向主矢干涉矩陣中3的行向量與3的列向量。使用該劃分方法,將該層主矢干涉矩陣逐步拆分到最后一個(gè)裝配件。采取同樣的方法可依次確定第二層及第一層的拆卸順序第三層的拆卸順序?yàn)?p1→1→(c,6)→p2→9→2。裝配順序應(yīng)與拆卸順序相反,則裝配順序應(yīng)為:2→9→p2→(c,6)→1→p1。其中,第三層子裝配體c的裝配順序?yàn)樯顪锨蜉S承(左側(cè))→滾動(dòng)軸→深溝球軸承(右側(cè));彈簧墊圈與內(nèi)六角螺釘?shù)难b配順序?yàn)閺椈蓧|圈→內(nèi)六角螺釘。第二層裝配順序?yàn)?第二級(jí)子裝配體→5(氣缸)。同理,第一層裝配模型的裝配順序?yàn)?第一級(jí)子裝配體→軸向檔圈→滑動(dòng)板。最后,綜合以上各層次中裝配模型零部件的裝配順序,可得搭錠機(jī)構(gòu)的裝配順序。3、零件滿足裝配順序約束若零件裝配和拆卸互為可逆過程,則可通過求解零件的拆卸順序來得到零件的裝配順序。拆卸法求解裝配順序的優(yōu)點(diǎn)是若判定某零件滿足拆卸條件,則該零件一定滿足序列約束。但裝配過程中某一階段