基于特征的数字化产品的装配信息模型研究与实现.pdf

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装备制造业与信息化高层论坛 基于特征的数字化产品的装配信息模型研究与实现 南风强汪惠芬 (南京理工大学机械工程学院CIMS研究所，江苏南京，210094) 摘要： 产品装配模型必须准确、合理地描述产品装配的完整信息，本文在研究产品的装配 模型及数学表达基础上，利用特征技术，用分层的思想将模型划分为四个层次：层次模型层、 关联模型层、特征模型层、特征元素模型层。通过映射关系建立层之间的联系，将产品的层次 模型和关联模型有机的结合起来．然后用面向对象的方法建立数字化预装配系统的模型． 关键词： 数字化预装配，虚拟装配，装配模型，产品信息表达，特征技术 1 引言 目前，产品的异地设计和制造、敏捷制造技术、虚拟制造技术等先进的制造模式和技术正在成为制 造工程界研究和应用的热点和重点领域【l一】。其中，产品数字化预装配(Product DigitalPre-assembly) 技术是实现以上先进生产方式的关键支撑技术，近年来越来越受到国内外各界的重视。 产品装配模型是数字化预装配技术研究的主要内容之一。其主要目的是在计算机内有效地描述和表 达产品的组成结构、功能、零部件内在的特性与外在联系的特性等内容，使设计人员、分析人员和工艺 人员可以在虚拟装配环境中对产品装配进行设计、规划、分析、仿真与评估。 一个产品通常由若干个零件和子装配体按照产品的技术要求和安装顺序装配而成。因此产品装配模 型中除了能描述零件的几何信息(零件的几何形状、尺寸信息、材料信息等)，更重要的是能够描述零 部件间的拓扑信息及工程语义信息等，来描述零件间的联接关系，相互位置关系等信息。目前研究装配 体比较流行的模型有三种D】：普通CAD模型，关联模型，层次模型。 子 件2lI零件3II子装配体3I|零件4I|零件5 奎壁垒I l奎堡2I 图l关联模型图 图2层次模型图 普通CAD模型是当前大多数的CAD系统所采用的模型，即依据零件的局部坐标来表达它们的空间 位置关系。这种模型可用于装配体的图形显示，但进一步应用的信息需求是远远不够的。在关联网络装 配模型中，认为产品是由各个零件以及它们之间的关系组成的网络结构。零件之间的装配关系通过各子 装配特征间的几何关系来实现，通常用联接图表示，如图1所示，其特点是比较直观，容易由计算机自 动生成，在装配工艺规划等后续工作中其信息便于管理和利用，缺点是信息描述往往在同一层次进行， 不符合产品的实际结构组织和人们的自然思维习惯，当产品零件数量太多(特别是同一装配体中有若干 个相同零件)时，将引起网络图复杂度成几何级数增长。在层次树型装配模型中。认为产品有多个子装 配和零件逐级分解组成，整个产品装配模型呈层次树分布。如图2所示，层次树型模型的优点是符合人 们的思维习惯，能较好地体现设计意图和产品结构，并且能减少组成装配体的元件数量，降低装配规划、 分析的复杂性，但是其缺点是各零件之间的装配关系描述不够直观，不能涵盖零件装配操作所需的必要 信息。另外，子装配的划分没有明确的规则，导致模型生成往往需要人工参与。 2数字化产品的装配信息模型 特征可理解为具有属性，与设计、制造活动有关，并具有工程意义的基本几何实体或信息的集合。 基于特征的数字化产品的装配信息模型研究与实现 因此在不同的应用环境中。各研究人员对特征的分类也有所不同【4．引。在本系统里，我们采用特征技术 来表达产品的各种信息，将特征分为三类：零件级特征、装配级特征和管理级特征。 零件级特征：用于表述零件的几何形状特征和零件属性特征。 装配级特征：用于描述零件之间、特征之间的装配关系，是产生产品装配顺序、装配路径及装配可 行性分析的重要依据，其描述了零件间的联接约束关系和为了保证此种关系所需的操作方向的集合。 管理级特征：用于描述产品、零部件的全部管理信息。 同时，本文引入特征元素的概念，特征元素是描述特征信息不可再分的、基本的组成单位。

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