基于标准件信息定义的快速装配技术研究

现代产品设计领域,尤其是在飞机产品设计的装配过程中,大量标准件的使用,使得装配特征的提取,装配约束的添加成为一项繁复耗时的工作。因此,通过CATIA CAA V5二次开发,根据标准件及其装配的具体特点,提出了面向快速装配的三维模型标准件信息表达方法以及标准件规格自动确定方法,以及标准件批量实例化装配方法,实现了同种规格的标准件的成批、智能、自动、快速地装配,加快了标准件装配设计流程,提高了飞机等复杂产品的协同设计水平。     

基于端口自动匹配的产品智能装配建模技术

为提高装配效率,提出了一种基于端口自动匹配的智能装配技术,用来提高复杂结构产品装配的智能性和自动化程度.通过装配端口及约束关系定义,建立了装配元件间约束关系的高级抽象表达.基于装配端口特征布局图,提取基准三角形;利用端口匹配算法,快速判定端口的可装配性;通过语义推理,自动创建两匹配端口间配合操作约束集.利用三维几何约束求解引擎,计算方位变换矩阵,实现元件的自动装配.开发了智能装配原型系统,并以结构复杂的零部件装配为例进行了实验,实践表明该技术可有效减少装配过程中的三维交互操作,提高装配速度.     

微机上基于约束的二维装配图尺寸驱动关键技术的研究

对二维装配图尺寸驱动进行了理论研究和实践 ,通过零件特征定义及装配约束定义使以简单低级几何元素组成的二维图形在更高层次上具有了装配信息。在用联接图表示产品装配模型基础上 ,提出了基于装配的约束的顺序求解法 ,并解决了装配图尺寸驱动的三个关键问题     

支持虚拟装配的装配约束关系信息动态生成

分析了虚拟装配规划中装配模型重构对装配约束关系信息的需求,提出了装配约束关系信息动态生成的处理技术.通过分析装配特征及装配特征信息,建立了基于装配特征的装配关系模型.将装配约束关系信息以零件为单位构建零件装配约束关系集,以子装配体内所有零件装配约束关系集为集合元素,构建子装配体装配约束关系集族.通过子装配体装配约束关系集族的"广义并集"与"广义交集"的差运算,获取子装配体与其外部零件之间的装配约束关系信息;通过子装配体或装配体的装配约束关系集族的"广义交运算",并利用装配约束二元关系的传递性,获得零件之间未定义的装配约束关系信息,从而实现装配关系模型信息的动态生成,以支持虚拟装配中装配模型的重构、装配规划和装配仿真.     

面向虚拟装配的约束建模与装配意图捕捉技术

为保证虚拟装配操作的精度和效率,提出了一种准确高效的用户装配意图捕捉算法.给出了虚拟装配环境中约束模型的表达和建模方法,引入约束元素包围盒的概念,并提出了其构造原则及方法.将约束元素包围盒的相交测试作为装配意图捕捉算法的入口,根据约束元素和自由度之间的映射关系,提出了约束多层识别算法来判断约束元素之间的装配约束类型,并通过设置约束元素优先级和利用约束元素间的进给增量比较策略来实现约束的智能确认.最后,使用时间花费代价函数表征装配意图捕捉算法的计算效率.通过某航天产品中的装配实例验证了所提算法的有效性.     

虚拟环境中的快速产品装配建模

提出虚拟环境中“堆积木”式的快速产品装配建模方法,使设计人员可以方便地进行结构设计、修改,专注于产品功能的实现;介绍了与此方法相适应的配合约束的识别方法,提出“零件偏置体”的概念以便提高识别效率;并以关系图的方式记录识别到的配合约束关系,最终形成约束驱动的产品装配模型,从而有力地支持Ｔｏｐ－ｄｏｗｎ设计过程中装配体的演化。     

面向装配的特征层次建模方法研究

为了避免不同建模方法导致同一产品在不同设计者之间和不同设计过程中数据不一致的问题,提出了基于装配单元的特征层次建模方法。该方法将传统装配层次结构模型中的单一零件和子装配体统一为装配单元,作为组成产品的一个基本单元,构造了基于装配单元的产品模型。采用面向对象技术,以装配单元作为装配信息的载体,对不同类型装配单元的装配信息采用相同的层次结构进行了组织和存储。在每个装配单元中,采用类继承的方法,可以方便地查询到该单元最基本的组成体素。以球阀产品为例,详细介绍了装配单元的装配特征层次模型的建立方法,为保持设计过程中产品装配数据的一致性提供了保障。     

基于二进制编码的并行装配序列规划方法研究

为了提高复杂产品的装配效率,提出了基于二进制编码的并行装配序列规划方法,实现产品的并行装配.通过二进制编码来描述产品各零件之间的装配优先关系,定义了带时间约束的装配特征表,使用二进制运算操作来更新装配过程中零件间的优先关系,提出了并行装配序列的生成算法,适用于复杂产品的并行装配规划.机用虎钳实例验证结果表明了该方法的可行性和有效性.     

基于变量表达式的级进模结构设计装配建模及求解

针对级进模结构特点，提出能完整描述级进模组成部件功能有约束的约束树模型，并采用基于变量表达式的约束求解方法实现级进模装配模型的快速更新。该方法为实现基于约束的自项向下的级进模结构设计奠定了基础。     

基于遗传模拟退火融合算法的船舶分段装配序列优化

针对复杂船舶分段装配序列规划问题,提出基于遗传模拟退火算法的分段装配序列规划求解方法,综合考虑分段装配中的工艺约束和几何约束,建立以分段装配所需时间和消耗成本为优化目标的问题模型,并为模型求解设计了遗传模拟退火融合算法,将模拟退火算法的局部搜索能力与遗传算法的快速全局搜索能力相结合,达到快速收敛到全局最优解的目的.通过实例验证了该算法的有效性.     

基于装配特征的装配建模

提出了一种基于装配特征的零件装配模拟方法,设计者只需指定参与装配的两个零件上装配区域内的任一面,就可以自动完成零件装配的整个过程,在两个零件模型中,参与装配的面集及对应关系确定以后,零件装配的过程包括装配自由度,装配基面的确定及装配特征坐标系的建立等即可自动完成,在并行协同设计中,零件参数改变后,可以实现零件的完全自动装配,而不再需要设计者的任何操作。     

基于约束的虚拟装配技术研究

为了实现基于约束的虚拟装配操作，给出了虚拟环境中装配约束的统一表达方法，以及约束与自由度的等价关系和运动自由度的归约等，提出了一套虚拟装配中的约束处理算法。首先，利用装配关系自动识别算法，判断两个零件几何约束元素之间的位姿关系是否在给定的误差范围内；其次，使用定位求解算法，使主动体零件在满足已经确认约束的基础上，以最小的位姿调整量满足新约束；最后，提出了基于广义坐标系的运动导航算法，根据装配零件满足的约束对其运动进行引导。这些算法已经应用于集成虚拟装配环境的系统中，实践证明它们能很好地支持集成虚拟装配环境的约束处理，实现了虚拟装配过程与实际装配过程的高度统一。     

基于配合约束的装配序列规划的遗传算法研究

为提高装配序列规划问题的寻优效率,提出了一种将装配约束条件和遗传算法相结合的求解方法.对配合约束进行了分类并给出每种类型特征尺寸的定义.在此基础上,引入特征标签的概念,用于描述零件的装配特征信息和配合约束关系.根据零件间特征标签的相似程度设计了可装配度函数,以度量装配的可行程度,并以该函数为基础构建了遗传算法的适应度函数.另外,为减少无用个体的数目,提出了基于配合约束的子代个体的保留策略,并以此为指导进行子代的有效性检验.最后,通过实例说明了该算法的有效性.     

支持自顶向下模具设计的装配建模方法

按照自顶向下的设计思想,应先进行装配设计再进行零件设计,因而装配设计时缺少零件的实体信息,通过引入装配特征的概念,使得模具装配设计面向的是装配则不是实体零件,从而实现先装配后零件的设计顺序。     

基于焊装工艺相似的白车身零件实例检索

为充分利用前人的成功工艺经验,提出了一种基于焊装工艺相似的白车身零件实例检索的方法。考虑零件的主特征、辅助特征及特征之间的约束关系,建立了零件特征信息模型。从焊装工艺相似的角度,分3个阶段计算了零件间的相似度。第一阶段计算零件间主、辅特征的形状相似度和关系相似度,过滤掉形状不相似的零件;第二阶段计算零件间的几何尺寸的相似度,再次过滤掉尺寸相差较大的零件;第三阶段计算零件间的材料种类和材料厚度的相似度,获得工艺最相似的零件。通过具体的实例验证了该方法的有效性。     

Extraction of machining features for CAD/CAM integration

Feature-based CAD/CAM integration is a technology used to realise automatic transmission and conversion of component information among CAD, CAPP and CAM applications. A feature is the medium of information transmission in the integration. Since a process planning downstream application has a different viewpoint from the component designer, feature conversion or feature extraction methodology is used to create a machining feature model based on the design feature model. One of the major difficulties in generating machining features is the preservation of feature integrity because of feature interactivity. The most current research, therefore, focuses on the planar-type form feature conversion. This paper discusses the problem of feature interactivity and proposes a feature-based approach to generating hole-series machining features from a design feature model. Hole-series features are important machining features for gearbox components used in machine tools. These kinds of features cannot be obtained directly from a design feature database. A constraint-based method is developed in this paper to define a hole-series feature model based on the geometric and topological information extracted from the design database. In addition, a STEP file is generated to interface the converted machining feature model with the downstream CAPP application. The implemented feature conversion system is verified by considering its application to some component examples and the developed prototype CAPP system. This revised version was published online in October 2004 with a correction to the issue number.     

基于约束解除的装配序列并行化优化

为了提高产品装配的效率，提高装配序列的并行性，提出了基于约束解除和简化配合关联图的装配序列并行优化方法。给出了装配效率的评价指标一并行性评价因子的数学模型。将模糊逻辑用于装配约束的量化过程，通过约束归约方法将无约束条件下可自由运动零件的自身约束与零件间通过点、线、面之间几何约束关系所表达的装配约束进行求交，建立零件间的等价约束评价值即联接度，联接度概念的提出清晰地表达了配合关联图中的薄弱环节；在此基础上，建立装配体的赋权配合关联图，并根据联接度值的大小对零件间的虚联接进行简化，给出了一个基于阈值的追求装配最高并发度的配合关联图分解与重组策略，实现了装配序列并行优化，并通过实例说明了该算法的有效性。     

基于适应性装配特征的自动装配技术研究

装配设计是现代CAD技术中的一个重要组成部分,但其中对零部件自动装配的研究还相对薄弱。笔者在研究参数化设计和装配建模的基础上,提出了基于适应性装配特征的零部件自动装配方法,根据适应性装配特征来确定零部件间装配关系和装配对象的主参数,以便适应调整装配对象姿态、完成自动装配、提高装配设计的速度和效率。根据以上研究开发的基于CATIA平台的导管焊接夹具自动装配模块,验证了该方法的有效性和实用性。     

敏捷制造环境下装配产品变形设计方法

为了获得满足顾客个性化需求的装配产品设计方案 ,提出了通过修改现有成熟零件的设计的变形设计方法。建立了描述装配产品构成零件之间配合关系的模型并识别出反映装配产品构成零部件之间尺寸关联关系的约束组。每个约束组的变形设计过程被归结为一个混合整数线性规划 (MILP)问题 ,而所有约束组的MILP问题的组合求解过程则反映了装配产品的变形设计优化过程。开发了软件原型系统并进行了仿真 ,仿真结果表明该方法能够在合理的时间内获得新的、可行的装配产品设计方案 ,可以作为装配产品设计方案的生成器 ,以缓解顾客个性化需求对产品设计带来的压力