杨光（中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176）

装配规划技术的研究

杨光
（中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176）

对装配模型可以分为关系型模型和层次型模型。关系型模型是一种基于图的结构来建立装配模型，结点表示零件，边表示它们之间的关系；而层次型模型则将某些零件合并为一个子装配，使模型呈树状结构。在实用的更多地使用了两者结合的混合模型。其中模型通过子装配的划分形成装配体的树型结构，而有同一父节点的兄弟之间则采用关系模型。

装配 装配序列规划 关系模型 优先关系

1　引言

本文针对关系模型的产品零件数量不能太大，否则将给以后的装配规划带来很大的困难这一缺点提出了基于装配优先约束层次关系模型。之前人们对这一问题的结局方式大都是采用子装配关系模型，将一些零件合并为一个子装配，使模型产生层次关系，从而减少了每层元件的数量。这种办法无疑对解决这一问题带来了很大的效果，但是对解决具有大量元件的产品来说效果是有限的。如果某一个产品其属于兄弟关系的零部件过多的话这种分层方式就不会非常的奏效，停留在每一装配层次的元件数量还是会很多，那么就需要另外一种分成方案来解决这一问题。本文提出了一种基于约束关系的分层方法，该方法专门针对兄弟元件关系过多而不能仅仅依靠将一些零件合并为子装配方法来解决的问题。

由于之前很多论文对基于父子关系层次模型的阐述都比较详细，因此在本文中不对其进行过多的介绍。

2　装配序列规划技术

装配规划技术包括装配路径规划技术和装配顺序规划技术。传统的装配规划的研究方法是针对特定的需求，在某些推理算法和规则的支持下，推理出几何上可行的装配顺序。装配路径规划在几何上可行，在工艺上不一定可行。所以这种装配规划还需要工程技术人员对其进行工艺性分析，才能保证其在工程上的可行性。基于VA的装配规划就是在虚拟环境下利用虚拟设备模拟手工装配拆卸的交互式过程，对装配体进行可装配性和可拆卸性分析，通过对自动装配顺序生成器产生的可行性装配顺序进行反复验证来确定最优装配规划方案，并要力求避免一些最优的装配顺序和装配路径的遗漏，同时又能尽量缩小可行解的空间，以提高装配规划评价的效率。

装配顺序规划（Assembly Sequence Planning，ASP）是描述产品装配过程的一个重要信息，基于装配顺序自动规划的装配过程仿真对提高产品的装配性能、缩短产品的开发周期和降低开发成本具有重要意义。

3　装配信息的记录

根据研究的主要对象和装配模型的性质，本文需要对装配模型的结构进行描述。

基于装配优先约束层次关系模型与关系模型类似，结点表示同属一个父子关系层次的零部件；边表示它们之间的装配关系。与关系模型不同之处是，在边的信息上增加了up key属性，代表的是该边的直接关键装配关系，即表示该装配关系在其直接关键装配关系为完成之前不能完成。通过up key属性，可以得到每个装配关系所属的装配约束层级，从而解决得了同一父子关系层级零部件过多的问题。该属性的确定需要通过人工确定。基于装配约束分层关系模型继承了关系模型的比较直观，容易由计算机自动生成，在装配工艺规划中其信息便于管理和利用这一优点，同时它也较为有效的解决了产品零件数量不能太大这一问题。但是其缺点还是存在的，比如模型生成需要人工参与。但是我相信这个问题会随着产品设计软件针对产品装配的二次开发程序的发展得以解决。

4　优先约束关系

4.1优先约束关系分类

（1）建立两零件间装配的先后关系或两零件间联接与建立其他联接之间的先后关系；

（2）由装配状态表示零件间或联接间的先后约束关系。装配状态是指当前已装零件和未装零件或已实现的装配联接和未实现的装配联接情况，由一n维布尔矢量表示。

装配状态：S=｛ rl，r2，…，rn｝当n为产品零件总数时，

优先约束关系表示法可用谓词MP （Must Precede）和NL （No later than）表示。MP （L1，L2）指条件Ll必须在条件L2之前装配完成，对图3.4输出轴组件中P4必须在PS之前装配，满足MP （P4，PS）。NL （L1，L2）指条件L1不能在条件L2之后完成，对图2.1输出轴组件中P2和P6满足NL（P2，P6）。两谓词的差别在条件L1和L2能否同时完成。对MP （L1，L2）和NL （L1，L2）中的条件L可以是零件、连接或装配状态。有两种特殊情况：一是MP （L1，［］），指条件Ll必须最先装配完成，二是MP（［］，L2），表示条件L2必须在所有条件装配或完成后才装配或完成。

4.2装配优先关系具有以下性质

假设L1，L2，L3分别为装配过程中的三个零件。

（1）优先关系的传递性

MP（L1，L2）MP（L2，L3）=>MP（L2，L3）

（2）优先关系的交换律

MP（L1，L2）=MP（L2，Ll）

（3）优先关系的分配律

4.3装配优先关系具有以下三个基本规则，可减少不必要的工作量

（1）超集规则如果两子装配体在拆卸时发生干涉，则它们各自的超集之间也具有几何干涉性；

（2）子集规则如果两子装配体在拆卸时不会发生相互干涉，则它们的子集之间也不会发生干涉；

（3）闭环规则联系图中的闭环需要同时完成闭环中的两个连接关系。

5　结语

分层结构装配模型，可以将一个由众多零件组成的复杂产品的装配序列规划问题，简化为多个由为数较少的零件组成的子装配体的装配序列规划问题，其降低了求解复杂装配体的难度，但是由于同一层中零件的装配序列个数为ni！，当ni大于4时，装配序列的解空间仍然较大。在考虑几何优先约束关系的情况下，可以很大程度上降低装配序列的解空间，两者相互结合可以更好地提高装配序列的推理效率。