《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造》課件第10章

第10章計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝10.1概述10.2裝配工藝的自動(dòng)生成10.3裝配過程仿真

10.1概述

10.1.1計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝(CAAPP)的意義

裝配是整個(gè)制造過程的后期工作，各種零部件都需經(jīng)過正確的裝配才能形成最終產(chǎn)品。如何將零件裝配成產(chǎn)品，并達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的裝配精度，這是裝配工藝所要解決的問題。10.1.2人工設(shè)計(jì)裝配工藝的主要工作

工藝人員在編制產(chǎn)品的裝配工藝文件時(shí)，需要做的主要工作包括：

(1)審查資料，了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

(2)分析技術(shù)要求。

(3)確定裝配順序。

(4)編制裝配工藝文件。10.1.3計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程及其研究中的問題

1.計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程

1)基于人工智能技術(shù)的計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究階段

該階段的CAAPP系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)針對(duì)特定產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，具有單機(jī)和集成的特點(diǎn)。這個(gè)時(shí)期的系統(tǒng)構(gòu)造的核心是推理機(jī)，其他模塊皆圍繞著推理機(jī)所需要的信息而展開，如圖10-1所示。圖10-1以推理機(jī)為核心構(gòu)造的CAAPP系統(tǒng)

2)面向敏捷制造模式的CAAPP研究階段

敏捷制造環(huán)境下的裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，需要具有適應(yīng)于敏捷制造的可重用性、可重組性和即插即用性，具有適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的產(chǎn)品、合作伙伴、裝配資源、裝配方法、裝配知識(shí)的能力。敏捷制造環(huán)境下裝配CAPP系統(tǒng)具有以下功能：

(1)提取產(chǎn)品裝配圖中的信息到產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫中。

(2)根據(jù)裝配工藝知識(shí)庫進(jìn)行裝配工藝的指導(dǎo)。

(3)對(duì)系統(tǒng)生成的裝配順序在虛擬裝配環(huán)境下進(jìn)行虛擬裝配的設(shè)置與演示，分析裝配的幾何可行性，調(diào)整裝配順序。

(4)對(duì)裝配工藝知識(shí)庫進(jìn)行動(dòng)態(tài)維護(hù)，包括知識(shí)的添加、刪除和修改，知識(shí)庫的添加、導(dǎo)出和導(dǎo)入。

(5)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)裝配工藝知識(shí)庫、裝配工藝文件以及虛擬裝配過程的傳輸與發(fā)布。敏捷制造模式下CAAPP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖10-2所示。圖10-2敏捷制造模式下CAAPP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

3)面向網(wǎng)絡(luò)化制造的CAAPP系統(tǒng)的研究階段

網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境下CAAPP系統(tǒng)的構(gòu)造借鑒和結(jié)合了

以上兩類裝配CAPP系統(tǒng)開發(fā)中積累的經(jīng)驗(yàn)和方法，系統(tǒng)的研究和開發(fā)始終圍繞網(wǎng)絡(luò)化、集成化、分布化和協(xié)同化的目的。在綜合了以推理機(jī)為核心和以模塊化為構(gòu)造方法的基礎(chǔ)上，提出了基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、采用Browser/Server模

式、構(gòu)造裝配CAPP系統(tǒng)的方法。其體系結(jié)構(gòu)如圖10-3

所示。圖10-3面向網(wǎng)絡(luò)化制造的CAAPP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.?CAAPP系統(tǒng)研究中的注意事項(xiàng)

總結(jié)分析CAAPP系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，作為計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)的研究，有幾點(diǎn)必須予以注意：一是裝配工藝設(shè)計(jì)時(shí)必須緊密結(jié)合具體對(duì)象，并按照先部裝再總裝的研究順序逐步展開；二是要深入實(shí)際調(diào)查研究、收集第一線操作工人的裝配經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，將其系統(tǒng)化、規(guī)范化，采用相應(yīng)的規(guī)則建立裝配工藝知識(shí)庫；三是要以成組技術(shù)原理為指導(dǎo)，研究相似性在裝配工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；最后是CAAPP系統(tǒng)研究開發(fā)中技術(shù)的先進(jìn)性和系統(tǒng)的實(shí)用性的

統(tǒng)一。10.1.4計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法

1.?CAAPP系統(tǒng)的通用化體系結(jié)構(gòu)

目前CAAPP系統(tǒng)的通用化體系結(jié)構(gòu)如圖10-4所示。圖10-4CAAPP系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

2.?CAAPP系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法

CAAPP技術(shù)在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，有以下兩種主要的實(shí)現(xiàn)方式：檢索式和創(chuàng)成式。

檢索式CAAPP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖10-5所示。圖10-5檢索式裝配工藝設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)組成創(chuàng)成式CAAPP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖10-6所示。由創(chuàng)成式CAAPP系統(tǒng)所獲得的產(chǎn)品裝配工藝文件可以作為該類產(chǎn)品的裝配工藝模板，在下一次同類產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)時(shí)，用檢索式設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)裝配工藝。圖10-6創(chuàng)成式CAAPP的結(jié)構(gòu)

10.2裝配工藝的自動(dòng)生成

10.2.1裝配順序決策

1.裝配順序決策的方法

裝配順序的確定是裝配工藝設(shè)計(jì)中最重要而又最困難的問題，它的影響因素很多，同時(shí)又缺乏相應(yīng)的理論支持，目前在很大程度上取決于人的經(jīng)驗(yàn)。

2.計(jì)算機(jī)輔助裝配順序規(guī)劃的體系結(jié)構(gòu)

裝配順序規(guī)劃的體系結(jié)構(gòu)如圖10-7所示。裝配決策的過程主要有以下幾個(gè)階段：裝配關(guān)系建模階段、裝配順序生成階段、裝配順序評(píng)價(jià)及選擇階段、裝配工藝規(guī)程管理階段，其中裝配關(guān)系建模、裝配順序生成和裝配順序評(píng)價(jià)及選擇是三個(gè)主要的功能模塊。圖10-7裝配順序規(guī)劃的體系結(jié)構(gòu)

1)裝配關(guān)系建模

裝配模型是整個(gè)裝配規(guī)劃的基礎(chǔ)，它主要是對(duì)組成產(chǎn)品的零件的幾何形狀、相互之間的接觸關(guān)系以及物理、裝配工藝等信息的描述。

2)裝配順序生成

從技術(shù)人員設(shè)計(jì)裝配工藝的思路及計(jì)算機(jī)決策的特

點(diǎn)看，裝配順序的設(shè)計(jì)應(yīng)該分階段有層次地進(jìn)行，即從

建立框架入手，由粗到細(xì)，不斷充實(shí)與調(diào)整，最終生成

合理的順序。以部件裝配而言，其一般決策過程如圖10-8

所示，圖10-8部件裝配順序決策過程

3)裝配順序評(píng)價(jià)及選擇

一個(gè)產(chǎn)品可行的裝配順序一般不止一個(gè)，尤其是當(dāng)組成產(chǎn)品的零件較多時(shí)，可行的裝配順序變得非常多。這就需要根據(jù)若干評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，選擇一個(gè)最適合于特定生產(chǎn)環(huán)境的裝配順序。10.2.2裝配工序圖的自動(dòng)生成

1.基本算法

眾所周知，零件加工CAPP中一個(gè)非常困難的研究領(lǐng)域就是工序圖的自動(dòng)生成，此領(lǐng)域的研究一直未能取得突破性的進(jìn)展。相對(duì)于零件加工工序圖，裝配工序圖自動(dòng)生成的研究更困難，其原因在于裝配工序圖將涉及不同類型的零件及其空間的位置關(guān)系難以處理。

2.實(shí)現(xiàn)方法

通過上述的分析比較，目前裝配CAAPP系統(tǒng)工序圖的自動(dòng)化生成一般采用基于典型的裝配副關(guān)系生成典型副裝配工序圖的實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)部分吸收了方案(2)的思想，通過整理現(xiàn)有的裝配工序圖，確立裝配對(duì)象所涉及的典型裝配的類型、結(jié)構(gòu)；然后整理典型裝配副和零部件的連接方式，確立它們之間的相互關(guān)系；最后總結(jié)典型裝配副和零部件在生成裝配工序圖過程中的組合方法。

3.實(shí)例分析

某車床主軸箱計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有自動(dòng)生成裝配工序圖的功能，它的基本原理是采用方案(3)的做法，并部分吸收方案(2)的思想。圖10-9裝配工序簡(jiǎn)圖庫的建立過程

10.3裝配過程仿真

10.3.1裝配過程仿真概述

仿真是以相似原理、信息系統(tǒng)、系統(tǒng)技術(shù)及其相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的一門綜合性技術(shù)。10.3.2裝配過程仿真原理

裝配過程仿真的實(shí)質(zhì)就是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)對(duì)由模型生成模塊的零件圖，按照裝配工藝順序生成模塊而產(chǎn)生的裝配路徑進(jìn)行空間位姿變換，同時(shí)進(jìn)行干涉檢查，從而進(jìn)行裝配的可行性分析。

各模塊之間的配合關(guān)系如圖10-10所示。圖10-10裝配仿真模塊信息流程圖10.3.3可視化虛擬裝配技術(shù)

基于網(wǎng)絡(luò)的可視化虛擬裝配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品裝配的動(dòng)態(tài)分析。

1.虛擬裝配的實(shí)現(xiàn)方案

1)主流CAD系統(tǒng)的裝配功能分析

可視化虛擬裝配是通過對(duì)產(chǎn)品裝配模型的操作實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)在有很多種主流的三維CAD系統(tǒng)能夠建立產(chǎn)品裝配模型，典型的有UG、Pro/E、Catia、SolidWorks、SolidEdge等。

2)基于VRML技術(shù)的虛擬裝配實(shí)現(xiàn)方案

虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML(VirtualRealityModelingLanguage)是一種能與WWW結(jié)合使用的可以生成三維復(fù)雜場(chǎng)景的虛擬現(xiàn)實(shí)語言。VRML不但可以生成靜態(tài)的對(duì)象，還可以控制對(duì)象的動(dòng)畫，它是一種面向?qū)ο笳Z言，通過Java和JavaScript的編程接口提供了廣闊的三維應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境。

2.虛擬裝配的體系結(jié)構(gòu)

虛擬裝配模塊實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品裝配的動(dòng)態(tài)分析，系統(tǒng)中的模塊包含：建立虛擬裝配仿真過程；利用裝配工藝提供的裝配順序驗(yàn)證裝配工藝；對(duì)產(chǎn)品裝配模型進(jìn)行幾何干涉分析和動(dòng)態(tài)裝配分析；仿真演示產(chǎn)品裝配的全過程；輸出產(chǎn)品裝配的動(dòng)態(tài)演示過程，以供網(wǎng)絡(luò)上的其他用戶對(duì)裝配進(jìn)行評(píng)價(jià)。綜上所述，可以歸納得出系統(tǒng)的IDEFO圖，如圖10-11所示。圖10-11可視化虛擬裝配系統(tǒng)的功能IDEFO圖

3.虛