基于CATIA/CAA的复杂产品装配干涉矩阵自动生成方法研究

为了实现CATIA环境下复杂产品装配干涉矩阵的快速自动生成,首先,阐述了干涉检测理论,研究了包围盒预检测法的实现机理,并采用包围盒预检测的干涉判断方法,通过比较零件轴向包围盒在全局坐标系下的相对位置,初步快速进行零件间的干涉判断,获得部分零件间的装配干涉信息;然后,对剩余零件间的干涉情况做进一步判断,给出基于CATIA/CAA进行产品装配干涉检查的实现方案,通过比较CATIA/CAA不同接口的干涉检查效率,确定选用CATIA/CAA自带接口进行产品的装配干涉检查;最后,开发了原型系统,通过实例展示了装配干涉矩阵的自动生成,并借助实验数据比较了不同干涉检测方法的效率。     

基于有向约束图的装配序列并行化方法研究

并行装配与串行装配相比可以缩短装配时间,提高装配效率。为了实现产品的并行装配,提出了基于有向约束图的装配序列并行化方法。定义了装配约束矩阵和零件约束度的数学模型来描述装配体在装配过程中各零件的干涉状态,建立了装配体的有向约束图描述零件间的约束关系,给出了基于关联解除的有向约束图分解方法生成装配序列,采用装配序列并行化策略产生了基于多叉树结构的并行装配序列。通过机用虎钳装配实例验证结果表明了该方法的可行性。     

装配顺序自动规划及其评价的研究

基于现有的商用CAD实体造型系统,提出了经动态干涉检测而得到装配体的干涉矩阵,详细分析了干涉矩阵的性质并通过干涉矩阵得到装配体优化后的装配顺序,同时提出了评价装配顺序的指标体系。     

基于包围盒十字相交的装配干涉检测方法

鉴于现有装配干涉检测方法仅限于利用包围盒排除不干涉的对象,提出轴向包围盒和方向包围盒的十字相交判断方法,使得基于包围盒即可检测出零件在平移过程中产生的硬干涉关系,从而有效缩短检测时间。利用基于扩展结构的层次包围盒逐渐逼近且紧密包覆几何模型、排除不可能干涉的零件并进行包围盒十字相交判断,可大幅度减少干涉检测的运算量并提高算法效率。基于包围盒十字相交判断与层次包围盒,提出面向零件平移的装配干涉检测算法和流程。在AeroAssem装配设计系统中实现了该方法,通过在装配干涉矩阵生成中的实例验证分析,说明所提方法是有效的和精确的,可广泛应用于装配规划与仿真等设计任务中。     

基于图论的产品拆卸顺序规划

为了提高产品拆卸顺序规划效率,分析装配体零件间的配合特征,提出将图论中的度引入产品拆卸顺序规划中,研究干涉矩阵与干涉图之间的关系,明确了装配连接图的邻接矩阵表达方式,推演了子装配体判别准则,给出了子装配体识别算法流程,实现了在拆卸过程中迅速确定基准件和子装配体的目的。实例分析表明,采用该方法降低了拆卸顺序分析的复杂度。     

产品拆卸运动仿真与干涉分析

为了支持计算机辅助设计环境下的拆卸分析过程,提出了3维拆卸仿真的基本原理和零件拆卸运动干涉的分析方法.在3维装配环境下,用位姿矩阵表达3维装配体中零件的位置和姿态,通过位姿矩阵变换控制仿真拆卸过程中的零件运动.拆卸运动中的干涉可分为接触干涉和非接触干涉两种基本类型.在拆卸运动干涉分析中,分别采用约束配合分析法和多方向动态干涉分析法对两种干涉进行了检验,最终获得了零件的实际可拆卸方向集.最后,用一个实例阐述了该方法的分析过程.     

基于功能结构树的工艺子装配体识别及其装配约束关系的分析

针对复杂产品工艺子装配体识别的问题,提出了一种基于功能结构树的工艺子装配体识别方法。首先给出了产品的功能子装配体和工艺子装配体的定义和性质,给出了判断功能子装配体间干涉关系的算法;然后通过分析功能子装配体间的干涉关系和稳定性,提出了识别工艺子装配体和生成装配工艺结构树的算法,并给出了工艺子装配体装配约束关系方程组的计算步骤,最后通过实例验证了所提出方法的正确性和可行性。该方法简化了子装配体的识别过程,为提高大规模装配体的装配效率提供了条件。     

基于子装配识别的产品拆卸序列生成研究

对含有较多零件的复杂产品拆卸方法作了讨论,提出了一种基于子装配识别的拆卸序列生成算法。根据装配连接图和干涉图识别出子装配体,然后将子装配体看作一个零件,采用装配经验知识与几何推理相结合的方法生成子装配体序列,最后以一个装配实例说明了算法的有效性。     

基于递归循环的层次化爆炸图自动生成方法

提出以递归循环和深度优先搜索层次化装配序列的策略自动生成复杂产品层次化爆炸图的方法。为使设计结构符合装配规划的要求,设计了可方便定义子装配体和编辑装配树的装配结构重构功能。为避免重复的干涉检测,研究干涉矩阵合成方法,通过对原始装配关系信息的整合,柔性化生成面向层次化结构的装配关系矩阵。为降低大规模序列规划问题的复杂性,将整体规划任务分解为若干个及若干层级子任务,子任务内采用多规则筛选算法,以基于干涉矩阵的几何可行性为前提,并行性、连续性、稳定性和方向性等为优化筛选指标,循环构建序列。提出递归爆炸算法,循环对层次化装配序列进行深度优先搜索,实时计算已爆炸零部件的累积包围盒,从而确定待爆炸零件位移矢量,自动生成间隔均匀有序、结构紧凑且空间层次感强的爆炸图。开发了基于Siemens NX的装配规划系统Auto Assem,以减速器及汽车部件实例验证了方法的有效性。     

增强现实诱导拆卸序列规划研究

装配体的拆卸序列规划研究对于增强现实维修诱导系统具有重要意义。为能以较高效率求解诱导拆卸装配体的序列方案,基于装配体中零件之间的干涉矩阵,提出并建立目标装配体的拆卸混合层次图模型。通过拆卸影响因子的分析,进一步得到装配体拆卸时间数学模型,并运用自适应遗传算法求解最优的拆卸路径。最后,通过增强现实诱导拆卸系统仿真实例,验证了此方法的可行性和准确性,为增强现实诱导拆装系统的进一步开发和改进奠定了基础。     

Optimization of disassembly sequence planning for preventive maintenance

Disassembly sequence planning is considered an important research topic in the manufacturing automation field. In recent years, in close collaboration with manufacturers, many investigations have been conducted to design robust and profitable dismantling systems. Therefore, the designers of new products have to consider the disassembly constraints in the design phase of products. Moreover, considering the disassembly constraints is important not only in the context of life end of a product but also in its life cycle in order to reduce problems related to its exploitation and maintenance. Consequently, the optimization of the disassembly process of a product is a crucial task for improving the product design. This article presented an automated disassembly sequence planning approach based on ant colony algorithm. The developed method permits the generation of an optimal and feasible disassembly sequence planning of a product from its computer-aided design (CAD) model. Several criteria were introduced in this approach such as part volume, tool change, disassembly directions, and the maintainability of wearing part. A comparison between genetic and ant colony algorithms was conducted to reveal the effectiveness of the proposed approach. A case study is presented and an implemented tool was developed. The obtained results demonstrate the satisfactory side of the considered criterions to identify the feasible disassembly sequence plan.     

A converse method-based approach for assembly sequence planning with assembly tool

In order to improve the quality and efficiency of assembly sequence planning for complex mechanical product, a converse method-based approach for assembly sequence planning is proposed. Firstly, the disassembly interference matrix of product and the disassembly constraint degree of part are defined. Product disassembly sequence is obtained through geometry reasoning algorithm and the searching work of disassembly sequence is simplified by the contact constraint set. Secondly, the maneuverability of tool is inspected through the using matrix and interference matrix of assembly tool. The infeasible disassembly sequence is excluded and product assembly sequence is obtained by reversing the order of disassembly sequence. Thirdly, the evaluation mechanism for assembly sequence is established to get the optimal assembly sequence and the optimal assembly sequence is selected by calculating the value of evaluation function. Finally, a vibration generator is illustrated to verify the validity and feasibility of the proposed approach.     

集成三维设计模型的装配顺序规划

装配顺序规划是研究和开发计算机辅助装配工艺设计系统,实现产品装配设计过程和装配工艺设计过程有效集成的关键技术。研究了CAD模型中装配设计信息提取、子装配体识别法和拆卸法综合应用的装配顺序规划、基于装配结构树的装配设计与工艺集成数据接口的定义等相关技术。在这些研究的基础上,借助国产三维CAD平台CAXA的二次开发平台和XML技术,对以上技术进行了实现。最后,以电机产品为研究对象,给出了相关实例。     

基于拆卸约束图的产品可行拆卸序列生成算法

拆卸序列生成是拆卸工艺及规划的重要内容之一。针对拆卸序列规划过程中的可行拆卸序列遗漏问题,首先阐述了拆卸约束图(disassembly constraint graph,DCG)理论,提出了一种基于干涉矩阵的邻接点判断方法,结合拆卸约束图,建立拆卸模型,给出了生成产品所有可行拆卸序列的算法。最后,给出了一个生成可行拆卸序列实例,验证了这一方法的可行性及其有效性。关键词:拆卸;拆卸序列规划;拆卸约束图;干涉矩阵     

基于不确定规划的产品拆卸序列规划

分析了产品拆卸序列规划中的不确定性,在基于混合图的产品拆卸模型的基础上,将产品拆卸序列规划转化为一类不确定规划问题。以机会约束规划模型为基础,使用模拟退火算法,给出了基于不确定规划的产品拆卸序列规划求解流程和算法。最后,通过一个简化的计算机主机箱实例说明了方法的有效性及优越性。     

[退役产品拆卸和回收利用]基于向位妨碍的约束状态图模型及其拆卸序列

为了有效衡量拆卸过程中零部件约束方向区间的大小,提出了一种基于向位妨碍的约束状态图模型及其拆卸序列生成方法。根据零部件之间在拆卸过程中的约束类型及空间妨碍关系,提出了一种三维向位妨碍的概念及其计算方法,并构建了基于向位妨碍的约束状态图模型;在此基础上构建了相应的状态矩阵和拆卸算子矩阵,将拆卸过程转化为拆卸算子矩阵与状态矩阵的迭代运算过程,并给出了相应的拆卸规则及拆卸序列规划算法。以平口钳产品拆卸为例,进行了拆卸建模与序列规划求解,结果表明该方法有效、可行。     

面向再制造的基于Pro/Toolkit的拆卸仿真

产品拆卸是再制造工程中重要的环节,拆卸的好坏直接影响产品再制造性。通过研究Pro/Toolkit二次开发的方法,得到拆卸仿真系统开发的流程:建立产品拆卸模型,提取模型拆卸信息,规划产品拆卸序列,进行产品再制造拆卸评估。研究了层次概率模糊认知图的数学模型规化拆卸序列的方法,得出了实现变速箱目标拆卸的最优拆卸序列。分析了拆卸仿真系统的再制造拆卸评估准则,给出了从零件的拆卸时间、拆卸费用、环境性影响、经济性、可拆卸度性、再制造性、回收价值性、零件耐用性、再制造工艺性、技术稳定性等方面进行产品再制造评估的改进算法。最后使用MFC对话框设计技术设计再制造拆卸仿真系统的对话框,得到面向再制造的拆卸仿真系统。     

面向产品回收设计的拆卸序列规划

基于绿色产品设计的思想，定义了产品的层次化结构模型，对产品的拆卸进行了建模分析，并主要讨论了拆卸序列组合爆炸、零部件邻接矩阵、拆卸算法等关键问题，实现了产品回收与再设计的拆卸序列规划。     

基于Pareto解集蚁群算法的拆卸序列规划

为提高产品拆卸序列规划的效率,分析拆卸序列规划问题中的多个优化目标平衡问题,提出一种基于Pareto解集的多目标蚁群优化算法求解此类拆卸规划问题,并给出拆卸序列的构建过程。通过利用拆卸矩阵推导拆卸可行条件,获得可以执行拆卸操作的零件及其可行的拆卸方向。通过利用零件的轴向包围盒(Axis aligned bounding boxes,AABB)计算零件的拆卸行程。考虑拆卸方向改变次数、拆卸总行程、拆卸零件数量为优化目标,通过利用蚁群算法搜索可行解并计算各个解之间的支配关系,得到Pareto解集,实现求解优化的拆卸序列,给出算法的具体步骤。最后以单杠发动机为拆卸实例,利用所提方法进行拆卸序列规划求解,通过分析试验结果,并对比典型的单目标蚁群规划算法,证明了该方法的高效性和可行性。     

Disassembly sequence planning approach for product virtual maintenance based on improved max–min ant system

In order to realize automation and intelligence of product disassembly process in a virtual maintenance environment, an improved max–min ant system based methodology for product disassembly sequence planning was proposed. The feasibility graph for product disassembly process was defined and the mathematic model of product disassembly sequence planning problem was set up. Thus, the problem of product disassembly sequence planning was transformed into the problem of searching optimal path on a feasibility graph. Moreover, an improved max–min ant system based on the strategy of sorting elite ants was presented and the flowchart of the improved algorithm was designed. Finally, by simulation examples, the robustness and outperforming others of the improved algorithm were verified.