計算機輔助裝配工藝設計

2008-2009學年二學期研究生課程考核

（讀書報告、研究報告）

考核科目：計算機輔助設計與制造

學生所在院（系）：機電學院

學生所在學科：機械設計及其理論

姓名：趙家勝

學號?：08091

題目：計算機輔助裝配工藝設計

第十二章計算機輔助裝配工藝設計

12.1計算機輔助裝配工藝設計概述

制造技術是當代科學技術發(fā)展最為活躍的領域，是產(chǎn)品更新、生產(chǎn)發(fā)展、國際間經(jīng)濟競

爭的重要手段，各工業(yè)化國家紛紛把先進制造技術列為國家的高新關鍵技術和優(yōu)先發(fā)展領域,

給予了極大的重視。

制造業(yè)是各種產(chǎn)業(yè)的支柱工業(yè)，各種產(chǎn)業(yè)的水平和發(fā)展受到制造技術的水平和發(fā)展的制

約。強有力的制造技術可以快速推出具有世界水平的全新產(chǎn)品，不僅可以滿足國內(nèi)市場的需

求，而且可以出口創(chuàng)匯，增強國力，提高國際地位。近百年來制造業(yè)的實踐主要致力于具體

制造技術的改進、提高和制造過程的合理組織，從而大大加強了大批量生產(chǎn)模式的主導地位。

當今的制造企業(yè)正處于技術進步日新月異、市場需求E趨多變、國際經(jīng)濟競爭日益激烈的環(huán)

境中。在這樣的環(huán)境下，一方面，自動化技術、計算機技術、材料技術等的迅猛發(fā)展為制造

技術和生產(chǎn)方式的改變提供了強有力的武器;另一方面，市場需求的日益多樣化和競爭的日趨

激烈，促使產(chǎn)品的制造過程加快、生產(chǎn)周期縮短、成本降低同時質(zhì)量要求提高，旦能根據(jù)遍

布全球的用戶要求生產(chǎn)出更具有“個性化”的產(chǎn)品。

裝配是制造業(yè)的主要活動之一，是根據(jù)確定的精度標準和技術要求，將一組零散的零件

通過合理的工藝流程及各種必要的方式聯(lián)結組合起來，使之成為產(chǎn)品的過程。裝配過程是整

個產(chǎn)品制造過程中最后一個環(huán)節(jié)，裝配工作的效率和裝配工作的質(zhì)量對產(chǎn)品的制造成本和產(chǎn)

品的最終質(zhì)量有著極大的影響。產(chǎn)品裝配在產(chǎn)品生產(chǎn)中占有重要的地位，據(jù)統(tǒng)計在產(chǎn)品的生

產(chǎn)活動中，其裝配作業(yè)時間占生產(chǎn)時間的53%,裝配工作的成本占總制造成本的40%至60%

左右。

隨著科學技術的迅猛發(fā)展，全球市場競爭日益激烈，產(chǎn)品種類和數(shù)量越來越多，需要管

理的產(chǎn)品數(shù)據(jù)量急劇增加。傳統(tǒng)手工的裝配工藝設計方法已不能滿足制造系統(tǒng)高效率、高柔

性和信息高度集成的要求以瞬息萬變的市場對產(chǎn)品的要求，信息技術的發(fā)展有力地支持了計

算機輔助裝配工藝設計的發(fā)展。因此需要建立一個有效的機制來正確、敏捷、有效、分布地

管理數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)各個計算機輔助應用系統(tǒng)的信息共享與傳遞。

裝配是整個機械制造過程的后期工作，各種零部件需經(jīng)過正確的裝配，才能形成最終產(chǎn)

品。計算機輔助裝配工藝設計（ComputerAidedAssemblyProcessPlanning（CAAPP））從本質(zhì)

上說就是用計算機模擬人編制裝配工藝的方式，自動生成裝配工藝文件的過程。計算機輔助

裝配工藝設計為擴大CAD/CAPP/CAM（包括裝配在內(nèi)）的集成范圍提供了條件，能及時向產(chǎn)品

設計的CAD系統(tǒng)反饋可裝配性的信息，滿足并行工程的需要。裝配CAPP的集成化系統(tǒng)研

究對于并行工程的發(fā)展和虛疚裝配的實現(xiàn)都具有極其重要的意義。隨著計算機集成制造系統(tǒng)

（CIMS-ComputerIntegratedManufacturingSysiem）領域研究的不斷深入，計算機輔助裝配工藝

設計研究的重要性也得到了高度的重視。在CIMS環(huán)境下，計算機輔助裝配工藝設計不僅能

夠提供指導裝配作業(yè)的技術文件，同時也為管理信息系統(tǒng)提供了對裝配生產(chǎn)線進行科學管理

的信息數(shù)據(jù)，并為擴大CAD/CAPP/CAM（包括裝配在內(nèi)）的集成范圍提供了條件。

12.1.1計算機輔助裝配工藝設計功能

應用CAAPP系統(tǒng)，使實踐經(jīng)驗較少的工藝人員也能設計出較好的工藝規(guī)程，這樣能使

有經(jīng)驗的工藝人員從繁瑣重復性勞動中解放出來，致力于改進現(xiàn)行工藝和研究新工藝。

CAAPP系統(tǒng)不僅充分發(fā)揮計算機高速處理信息的能力，而且將工藝專家集體智慧融合在

CAPP系統(tǒng)中，所以保證了高速獲得質(zhì)量優(yōu)化的工藝過程，使工藝規(guī)程標準化、最優(yōu)化，工

藝術語和文件的規(guī)范化提高到新的水平，使工藝設計周期大幅度縮短，保證工藝設計質(zhì)量，

降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品在市場上的競爭能力。

在總結有實踐經(jīng)驗的工藝設計人員的經(jīng)驗知識的基礎上，行成智能化CAPP系統(tǒng)，提高

企業(yè)工藝的繼承性。對于解決企業(yè)有經(jīng)驗的工藝設計人員不足方面具有特殊意義。開發(fā)

CAAPP系統(tǒng)平臺，可以適應當前日趨自動化的制造環(huán)節(jié)的需要以及實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng)

(CIMS)和集成化的CAD系統(tǒng)，創(chuàng)造必要的技術基礎。

隨著各種先進制造模式不斷地提出，與之相適應的CAPP系統(tǒng)也就成為新的研究熱點，

如面向并行上程的CAPP研究、面向計算機集成制造系統(tǒng)的CAPP研究以及基于快速重組制

造系統(tǒng)的CAPP研究等。在裝配工藝的設計工作中有很多共性的問題，存在著許多相似性的

設計信息，可以科學地歸類，借助現(xiàn)代的計算機手段，建立計算機輔助裝配工藝設計系統(tǒng)。

這樣，就能有效地提高工藝設計的規(guī)范化、合理化程度，大大減少各企業(yè)開發(fā)應用CAAPP

系統(tǒng)工作中的重復性勞動，增強CAAPP對各企業(yè)環(huán)境的適應性和實用性。

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)裝配工藝知識庫進行裝配工藝的推導。

3.對系統(tǒng)生成的裝配順序在虛擬裝配環(huán)境下進行虛擬裝配的設置與演示，分析裝配的幾

何可行性，調(diào)整裝配順序。

4.對裝配工藝知識庫進行動態(tài)維護，包括知識的添加、刪除和修改，知識庫的添加、導

出和導入。

5.通過網(wǎng)絡實現(xiàn)裝配工藝知識庫、裝配工藝文件以及虛擬裝配過程的傳輸與發(fā)布。

12.1.2計算機輔助裝配工藝設計組成

計算機輔助裝配工藝設計系統(tǒng)以產(chǎn)品信息為輸入，以裝配工藝知識、裝配工藝管理方法

和裝配資源為約束，在人員和計算機系統(tǒng)的支持下，產(chǎn)生裝配工藝文件和管理信息(如圖

12.1)o

盡管CAAPP系統(tǒng)的種類很多，但基本結構都離不開基礎層、數(shù)據(jù)層、工具層、功能層

和界面層五大組成部分，如圖12.2所示為一典型的CAAPP的結構圖。

?基礎層

系統(tǒng)開發(fā)建立的基礎理論和方法，包括系統(tǒng)建模方法和實現(xiàn)功能層各種應用功能的支持

理論與方法。系統(tǒng)模型從過程上分為功能模型、信息模型和數(shù)據(jù)模型。

Cl|C2iC3

Il_計算機輔助裝配

一工藝設計系統(tǒng)一Q2

Ml

Cl：裝配工藝知識C2：工藝管理方法

C3：裝配資源II：產(chǎn)品信息

01：裝配工藝文件02：工藝管理信息

Ml；人M2：計算機

圖12.1計算機輔助匚藝設計的IDER）模型（A-0）

?數(shù)據(jù)層

用來存儲、管理系統(tǒng)工作過程中所需要和產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)和信息，包括產(chǎn)品結構信息、

裝配資源、工藝信息、典型工藝、用戶信息等數(shù)據(jù)以及支持系統(tǒng)各功能或模塊之間進行數(shù)據(jù)

交換的動態(tài)數(shù)據(jù)庫。

?工具層

包括數(shù)據(jù)管理、典型工藝維護以及裝配工藝管理等。數(shù)據(jù)管理工具包括基礎數(shù)據(jù)管理和

工藝知識管理;典型工藝的維護與管理;裝配工藝管理主要完成工藝卡片、工序卡片以及各種

統(tǒng)計卡片的維護等。

?功能層

功能層具體由產(chǎn)品信息獲取模塊、裝配工藝設計模塊、工藝文件管理模塊、工藝信息查

詢模塊以及工藝文件輸出模塊組成。該系統(tǒng)以數(shù)據(jù)信息為主線，各模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞和交

換以工程數(shù)據(jù)庫為基礎，便于實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、減小數(shù)據(jù)冗余。

,界面層

即系統(tǒng)與用戶之間的交互界面，實現(xiàn)信息輸入與輸出，人機交互等功能。提示信息簡單

易懂，友好的交互方式，良好的出錯處理等。

除去以上五大基本組成部分外，計算機輔助裝配工藝設計系統(tǒng)還應當滿足以下功能需求

和設計要求：

1.功能需求

1）產(chǎn)品BOM:系統(tǒng)需提供方便快捷的產(chǎn)品BOM生成模塊，可以用于讀入CAD系統(tǒng)中有

用的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)，并針對關系型數(shù)據(jù)庫組織存儲產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)結構生成產(chǎn)品BOMo

2）典型工藝:典型工藝的設定和導入功能，系統(tǒng)的工藝知識能夠在應用中不斷積累和豐

富，系統(tǒng)具有初級的智能人機交互和自學習功能。

界面層

功能層

工具層

數(shù)據(jù)層

基礎層

圖12.2計算機輔助裝配工藝設計系統(tǒng)的體系結構

3）裝配工藝設計:進行裝配工藝的設計、編輯、修改，并存儲于數(shù)據(jù)庫中，只對工藝

設計專業(yè)人員開放。

4）工藝文件管理:針對已編制的裝配工藝信息進行統(tǒng)計，比如設備信息、刀具信息、

工裝信息及輔料信息。還要能夠提供企業(yè)個性化文件變形卡的生成功能。

5）工藝查詢:可以查詢數(shù)據(jù)庫中己有的裝配工藝，并可以用樹型結構查詢各工藝的詳

細統(tǒng)計信息。

6）工藝輸出:在Excel環(huán)境下正確輸出編輯后的裝配工藝。

7）裝配資源管理:對裝配過程中使用的設備、工具、輔具及消耗的輔料等裝配資源信

息進行維護，能夠進行添加、刪除和修改等操作。

8）系統(tǒng)維護:有權限的用戶可以對登錄用戶的密碼、權限進行修改。系統(tǒng)管理員擁有

客碼分配權限。

2.設計要求

1）實用性系統(tǒng)具有友好的用戶界面，易學易用，能夠給工藝人員帶來工作便利，極大地

減輕他們的工作強度;系統(tǒng)能切實地為企業(yè)帶來實際效益，不片面地追求工藝設計過程的自動

化;系統(tǒng)還應具有一定的通用性，可以通過用戶定制自己的工藝卡片格式來滿足企業(yè)個性化的

要求。

2）集成性系統(tǒng)提供接口中介實現(xiàn)與CAD等系統(tǒng)的集成,在進行工藝設計時繼承產(chǎn)品設計

信息，從而實現(xiàn)設計與工藝的集成。另外，系統(tǒng)在進行工藝規(guī)程設計的同時，生成與裝配工

藝過程相關的管理信息，實現(xiàn)工藝設計與裝配生產(chǎn)的信息共享。

3）基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關系型數(shù)據(jù)庫保存所有數(shù)據(jù)，這樣保證了工藝數(shù)據(jù)的一致性的同

時還增強了數(shù)據(jù)的靈活性，工藝規(guī)程文件的相關編輯和重復利用能力得到大大提高;同時系統(tǒng)

與CAD,PDM,ERP等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與集成能力也增強了。

4）經(jīng)濟性系統(tǒng)應在滿足基本功能需求及安全可靠的情況下，盡量降低成本，減少企業(yè)的

投資。

12.2計算機輔助裝配工藝設計關鍵技術

計算機輔助裝配工藝設計的關鍵技術主要包括以下四個方面：裝配信息描述方法、裝配

工藝知識庫、裝配順序決策和裝配工序圖的自動生成。

12.2.1裝配信息描述方法

裝配信息是系統(tǒng)進行裝配上藝設計的對象和依據(jù)，如何輸入和描述裝配信息是裝配

（CAPP）最關鍵的問題之一。裝配信息獲取模塊用于從產(chǎn)品裝配圖中獲取裝配上藝設計所

需的各種信息，包括零部件的基本信息和零件間的相互裝配關系信息，并將信息提交到動態(tài)

數(shù)據(jù)庫中。

產(chǎn)品裝配模型不僅描述了零、部件本身的信息，而且還描述產(chǎn)品零、部件之間的層次關

系、裝配關系以及不同層次的裝配體中的裝配設計參數(shù)的約束和傳遞關系。

建立產(chǎn)品裝配模型的目的在于建立完整的產(chǎn)品裝配信息表達，一方面使系統(tǒng)對產(chǎn)品設計

能進行全面支持;另一方面它可以為CAD系統(tǒng)中的裝配自動化和裝配工藝規(guī)劃提供信息源，

并對設計進行分析和評價。裝配（CAPP）系統(tǒng)中，裝配信息是直接從CAD系統(tǒng)的圖形數(shù)據(jù)

庫中提取的，以保證在分布式的設計制造環(huán)境中數(shù)據(jù)的快速、共享、可靠和一致性，減少中

間數(shù)據(jù)轉換可能出現(xiàn)的錯誤，實現(xiàn)CAD、CAPP的集成。

三維CAD系統(tǒng)提供專門的接口，利用基于對象的操作與屬性的設置，提取產(chǎn)品零部件

信息和零部件之間的裝配關系。例如SolidEdge就是通過其提供的OLEAutomation接口，利

用object對象的操作與屬性的設置，提取產(chǎn)品零部件信息和零部件之間的裝配關系。產(chǎn)品裝

配信息獲取模塊從SolidEdge的產(chǎn)品裝配體文件中提取產(chǎn)品零部件的幾何位置、角度姿態(tài)信

息、零部件名稱、零部件文件名稱、零部件在裝配產(chǎn)品中的相互裝配關系等信息，存儲在臨

時數(shù)據(jù)表中，通過系統(tǒng)提供的提交命令，將這些信息提交到裝配CAPP系統(tǒng)的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)

庫，作為推導裝配工藝和虛斗裝配的輸入。

在產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫中，存儲有2個數(shù)據(jù)表文件。系統(tǒng)通過SolidEdge接口得到這些信息

后，工藝生成、產(chǎn)品裝配樹的瀏覽、零部件裝配關系的查看等都是通過對數(shù)據(jù)表文件的操作

來實現(xiàn)的。在數(shù)據(jù)表Sumlnf。中存儲產(chǎn)品零部件的基本信息數(shù)據(jù)，如零部件名稱、零部件數(shù)

口、零部件層次、零部件父節(jié)點、零部件所屬產(chǎn)品等，由這些字段信息可以構成產(chǎn)品在系統(tǒng)

口的裝配體表示。在數(shù)據(jù)表Relations中存儲的是構成產(chǎn)品的零部件間的裝配關系，有零部件

裝配關系類型，裝配關系零部件一，裝配關系零部件二，零部件所屬產(chǎn)品4個字段.

裝配模型中零件間裝配關系的表達是產(chǎn)品裝配建模的一個重要方面，主要有以下幾種模

型：

⑴關聯(lián)圖模型

80年代中期，法國學者Bomjault提出一種用二維拓撲結構表達的關聯(lián)圖模型。其表達

式如下：

G=<P,L>

其中，G表示裝配體，P表示零件實體，L為零件間的聯(lián)系。Bonrjault將零件之間的物

理接觸關系定義為聯(lián)系即裝配關系、裝配體中聯(lián)系L的數(shù)量滿足一定的關系。

采用關聯(lián)圖表達產(chǎn)品裝配關系的優(yōu)點是方法簡單，如對圖12.3所示的裝配體即可得到

產(chǎn)品裝配關系聯(lián)系圖12.4。關聯(lián)圖模型缺點是零件之間的聯(lián)系并不對應具體的裝配操作，利

用聯(lián)系圖模型難于實現(xiàn)自動裝配序列規(guī)劃。

圖12.4關聯(lián)圖

⑵聯(lián)接矩陣法

裝配關系聯(lián)接矩陣(connectionmatrix)是聯(lián)系圖模型的矩陣表示形式。裝配體中的零件分

別沿矩陣行和列排列，如果零件之間存在物理裝配關系，則對應的矩陣元素為單位值1,否

則為零。用聯(lián)接矩陣表示裝配關系的優(yōu)點是根據(jù)裝配關系聯(lián)接矩陣的代數(shù)特性，能容易地判

斷裝配體中零件的聯(lián)接緊密度，并可通過找出單位值最多的行或列對應的零件，識別出裝配

體的基礎件。根據(jù)圖2.1裝配體，約定零件與自身有無物理裝配關系，可得到其聯(lián)接矩陣：

0100

1010

0101

001G

(3)增強聯(lián)系圖模型

HomendeMello和Sanderson在Bonijault裝配模型基礎上用5維拓撲結構來表達裝配模

型：

G=vP,C,A,R,R>

其中，P表示裝配體中的零件實體;C表示裝配體中兩零件之間的連接關系實體八表示裝

配體中各連接關系對應的裝配操作實體;R表示實體P、A、C之間的關系;F表示裝配體中各

種實體的功能屬性。5維拓撲模型是3維拓撲模型的擴展，它可以描述更多的裝配信息。

(4)產(chǎn)品等級裝配模型

KunwooLee和DavidC.Gossard首先提出等級數(shù)據(jù)。產(chǎn)品總是由一個或多個功能部件和

零件裝配而成，這些部件分別實現(xiàn)自己的功能，又往往包含下一級子裝配體，下一級子裝配

體又包含更下一級子裝配體，如此拆分，直到最終不可拆分的零件，如圖12.5所示：

圖12.5等級模型表達結構

產(chǎn)品結構具有層次性，等級模型的優(yōu)點是能表達產(chǎn)品中零部件間的層次關系。等級模型

用“子裝配體”表達一組功能上或物理結構上相關的零件集?；诘燃壞Ｐ偷脑O計分析以裝

配體為研究對象，降低了問題求解的復雜度。

等級模型中不同層次零件的裝配存在先后順序約束，下層零件的裝配應優(yōu)先于上層零件

的裝配，不同裝配體中的零件可并行裝配。因而，等級模型隱含了部分裝配順序信息。

從不同的應用角度，特征有不同的分類。根據(jù)機械裝配的有關知識，零件的裝配性能不

僅取決于零件本身的幾何特征，如軸孔配合有無倒角，還部分地取決于零件的非幾何特征(如

零件的重量、精密程度)和裝配操作的有關特征(如零件的裝配方向，、裝配方法以及裝配力的

天小等)。根據(jù)以上所述，給出裝配特征的完整定義如下：

裝配特征:與零件裝配有關的幾何、非幾何信息以及裝配操作的過程信息。因此，裝配特

征可分為幾何裝配特征、物理裝配特征以及裝配操作過程特征三種類型。

(1)幾何裝配特征一幾何裝配特征包括如下屬性：

配合特征幾何元素一零件間的配合點，線，面稱為零件的配合特征幾何元素。

配合特征兒何元素的位姿一位姿屬性描述配合特征兒何元素的坐標系相對于零件坐標系

的空間位姿。

配合類型一配合類型屬性描述配合特征幾何元素之間的聯(lián)接類型。包括相配、非接觸相

配、對齊、偏移對齊、插入、定向等。

零件位姿一零件位姿屬性定義裝配體中零件相對于裝配體全局坐標系的位置(Position)和

方位(Orienlation)。位姿屬性由零件的局部坐標系LCS(LocalCoordinateSystem)在裝配體全局

坐標系GCS(GlobalCoordinateSystem)一下的坐標軸方向矢量和坐標原點位置矢量表達。

(2)物理裝配特征屬性:與零部件裝配有關的物理特征屬性。包括零件的體積、重量、配合

面粗糙度、剛性以及粘性等。

(3)裝配操作特征屬性:指裝配操作過程中零件的裝配方向、裝配過程中的阻力、抓拿性、

對稱性、有無定向與定位特征、裝配軌跡以及裝配方法等。

12.2.2裝配工藝知識庫

裝配工藝知識庫技術是裝配CAPP的重要支撐技術，其知識組織結構及知識庫的管理對

于系統(tǒng)的效率和工藝的生成有著極為重要的影響。

為了建立裝配工藝知識庫，首先要搜集整理裝配工藝設計知識，并進行抽象化和提取工

作，確定將其中一定適應性和擴充性的部分作為裝配工藝設計知識，由這些知識所構成的裝

配工藝設計知識庫具有兼容性與擴充性。在裝配工藝設計知識庫中，裝配工藝知識在組織上

力求統(tǒng)一的知識表現(xiàn)形式。由于裝配工藝設計過程中的影響因素較多，所以每一條裝配工藝

設計知識在安排存儲的時候，都要考慮其規(guī)則的形式，既能夠符合推理機的需要，又符合數(shù)

據(jù)庫的管理要求。通過對實際生產(chǎn)中裝配工藝文件的分析和生產(chǎn)實踐中經(jīng)驗的總結，有一些

在多數(shù)裝配工藝設計中都要遵循的基本規(guī)則，可稱為通用化規(guī)則。這些規(guī)則決定了裝配中基

本的裝配順序方案，是粗裝配工藝設計的依據(jù)，歸納起來，主要有以下幾點：

1.預處理優(yōu)先:即零部件的清洗、倒角、去毛刺等二序安排在其它裝配工序之前進行；

2.先下后上:對于同一個裝配體產(chǎn)品中的零部件，可以先安裝兒何位置處于下部的零部

件、一再安裝空間位置處于上部的零部件，使機器在裝配過程中保持穩(wěn)定的狀態(tài)；

3.先內(nèi)后外:在進行裝配體中零部件的裝配時，先安裝處于內(nèi)部的零部件，再安裝處于外

13的零部件，使先裝的零部件不會成為后續(xù)作業(yè)的障礙；

4.先難后易:先安裝難于裝配的零部件，因為開始時裝配的活動空問比較大，便于安裝、

調(diào)整、檢測和機器的翻轉；

5.先重大后輕小:開始時安裝體積大、重量大的零部件，后安裝體積小、重量輕的零部件;

6.先精密后一般:先進行影響機器精度大的零部件的安裝與調(diào)試，再安裝一般的零部件；

當然,在具體建立知識庫的時候，這些規(guī)則還要通過處理，才能以計算機可以識別的形式

存儲。由上述通用化規(guī)則的共性，可將其分為三類：

1.與裝配體中的零部件的幾何位置及零部件.上的特征尺寸相關的裝配工藝知識，可以進

行裝配順序的推導。

2.與裝配體中的零部件的通常裝配順序相關的裝配工藝知識。一些零部件的裝配經(jīng)過長

期的生產(chǎn)實踐，已經(jīng)形成了固定的實際可行的先后順序，能夠指導裝配工藝的生成v

3.與裝配某種零部件的輔助裝配操作內(nèi)容相關的裝配工藝知識。實際裝配操作過程中，在

一些裝配操作前后，必須進行相關的輔助裝配操作。

裝配工藝知識庫采用多張數(shù)據(jù)表取代單一的數(shù)據(jù)表來描述裝配工藝知識。裝配工藝知識

以數(shù)據(jù)表記錄的形式存放在裝配工藝知識庫中，具有類似產(chǎn)生式規(guī)則的形式。產(chǎn)生式規(guī)則中

的條件(if)和結論(Then)分別對應于記錄中各字段的內(nèi)容，數(shù)據(jù)庫文件中的記錄可以根據(jù)要

求進行擴充與修改。

12.2.3裝配順序決策

裝配順序決策實質(zhì)上就是在各種幾何約束條件及工藝約束條件的制約下，求解出滿足各

種約束條件、性能優(yōu)良的裝配順序。裝配序列是裝配規(guī)劃最基本的信息，產(chǎn)品中零件之間的

幾何關系、物理結構及功能決定了產(chǎn)品的裝配順序。

裝配序列的決策方法可分為如下幾類：

(1)基于裝配優(yōu)先約束關系的裝配序列生成方法

獲取優(yōu)先約束關系并將其顯式表達是最直觀的裝配順序生成方法。優(yōu)先約束關系指零件

之間的裝配順序約束。裝配序列優(yōu)先約束是表達零件裝配先后順序的一種非常緊湊的方法。

這種方法的關鍵是裝配優(yōu)先約束關系的獲取。采用人機交互的方法，工作量大，對操作人員

要求高，而且容易出錯。自動獲取優(yōu)先約束則有一定的難度，然而一旦獲得零件裝配的優(yōu)先

約束，則能很容易地求得零件的裝配順序。

(2)基于組件識別的裝配序列求解方法

根據(jù)零件的組件分類，確定組件之后，分層次生成組件的裝配順序，綜合組件的裝配順

序，即可求得產(chǎn)品的裝配序列?；诮M件識別的求解方法可以有效地減小裝配順序生成的組

合復雜性，刪除那些裝配操作工藝性差但理論上可行的裝配序列。

(3)拆卸法求解裝配順序的方法

若零件的裝配過程為可逆過程，則可通過求解零件的拆卸法來得到零件的裝配順序。拆

卸法求解裝配順序的優(yōu)點是:若判定某零件滿足拆卸條件，則該零件一定滿足裝配序列約束。

反之，裝配過程中某一階段滿足裝配條件的零件并不一定滿足裝配序列約束條件，因為該零

件有可能影響到后續(xù)零件的裝配。另外，通過幾何計算和推理可從零部件的裝配狀態(tài)演繹出

零部件拆卸的初始方向，而從自由狀態(tài)的零部件卻無法推導出零部件的裝配方向。拆卸法的

局限性是必須滿足裝配和拆卸互為可逆過程這一前提條件。

(4)基于知識的求解方法

基于知識的方法求解裝配序列，采用一階謂詞邏輯來表達產(chǎn)品結構、序列優(yōu)先約束和裝

配資源約束等知識。系統(tǒng)以產(chǎn)品CAD模型為輸入，通過人機交互獲取零部件的裝配優(yōu)先約

克、通過圖形搜索算法求解產(chǎn)品配合特征圖的最小交集來產(chǎn)生裝配序列，基于知識的裝配順

序的求解方法，對于特定產(chǎn)品的裝配序列求解比較有效，但其適用面窄，且領域知識的獲取

需要較深的專業(yè)知識。

(5)基于矩陣運算的方法

裝配體中有配合關系的零件之間的聯(lián)接關系以矩陣記錄，矩陣中的每個元素代表零件的

裝配關系。矩陣用線性代數(shù)中的有關運算進行變換，規(guī)約，簡化了聯(lián)結關系矩陣對應的裝配

序列。

裝配序列生成是一個綜合性的問題，其中不僅涉及到幾何的、技術的、機械的問題，存

在一些模糊經(jīng)驗知識的應用。若只從某個方面考慮，必然會失之片面。必須綜合考慮各個方

面的因素，才能生成合理的接近實際的裝配序列。

系統(tǒng)在生成裝配順序時，采用面向典型裝配結構的多級推理方式。首先確定組裝基準件

和部裝基準件，其次確定組裝、部裝基準件間的潛在裝配順序，最后將產(chǎn)品裝配關系數(shù)據(jù)庫

e的信息與產(chǎn)品裝配工藝知識庫中裝配工藝規(guī)則進行匹配，推導出零部件的裝配順序。

圖12.6裝配順序推理過程的流程圖

在系統(tǒng)提供的創(chuàng)成式裝配上藝設計中，提供上藝人員進行信息輸入與選擇的功能。在基

于零部件裝配特征尺寸的裝配順序的推導過程中，由用戶進行裝配特征尺寸的選擇，系統(tǒng)根

據(jù)用戶的選擇，從CAD環(huán)境中直接提取出特征尺寸，對于系統(tǒng)中所缺數(shù)據(jù)，用戶可以輸入。

裝配上藝生成過程中，先采用推理機進行裝配順序的初步設計。在系統(tǒng)推導出裝配的順

序后，在虛擬裝配模塊中對各零部件按照順序進行虛擬裝配演示，觀察裝配時是否存在干涉,

通過系統(tǒng)提供的裝配順序的瀏覽及修改界而，用戶可以對不合乎實際情況的零部件裝配順序

進行調(diào)整。

系統(tǒng)中進行裝配順序的推理過程如圖12.6所示。

12.2.4裝配工序輸出

工廠工藝設計的最終結果都是以工藝卡片的形式出現(xiàn)，并利用它們來指導具體的生產(chǎn)加

To由于企業(yè)的制造環(huán)境千差萬別，因而不可避免地造成不同企業(yè)工藝卡片在形式和內(nèi)容上

有很大的區(qū)別，而目前絕大多數(shù)CAPP和CAAPP系統(tǒng)只提供了有限的工藝卡片式樣，它們

存儲在工藝卡片模板庫中，用戶只能選擇其中存在的卡片格式，而不能根據(jù)自身的需要對它

們進行修改或者完全從無到有地創(chuàng)成。由于這一工作只有系統(tǒng)的設計者才能完成，它己成為

影響當前CAPP和CAAPP系統(tǒng)通用性和實用性的主要原因之一。本文利用Microsoft提供

Excel的強大制表功能進行裝配工藝卡片的研究。

在實際生產(chǎn)中，各個工廠根據(jù)自己的實際情況，所使用的工藝卡片的具體格式不完全一

樣，但其基本內(nèi)容大體上是相同的。采用計算機輔助工藝過程設計，首先需要解決的一個問

題就是要采用計算機可以接受的方式定制出各種工藝卡片格式。工藝卡片定制過程如圖12.7

所示。

圖12.7工藝卡片制定流程圖

輸出打印是CAAPP系統(tǒng)的必備的功能模塊，用戶通過查詢工藝信息然后輸出。裝配工

藝檢索功能主要是向用戶提供裝配工藝文件的瀏覽功能，還有