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基于MBD的三維裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030751485
- 條形碼：9787030751485 ; 978-7-03-075148-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
基于MBD的三維裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù) 內(nèi)容簡介
通過本教材使學(xué)生了解人工智能與智能制造產(chǎn)生背景和基本知識(shí)，掌握傳統(tǒng)人工智能技術(shù)（符號推理、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯）性能特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)和把握新一代人工智能技術(shù)（如深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)智能和自主智能系統(tǒng)等）發(fā)展動(dòng)態(tài)；結(jié)合機(jī)械加工等制造業(yè)發(fā)展需求，能應(yīng)用所學(xué)人工智能的基本原理和基本知識(shí)，初步掌握智能制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與方法，進(jìn)而把握智能制造系統(tǒng)構(gòu)成與運(yùn)作機(jī)制及其發(fā)展趨勢,為解決實(shí)際智能制造問題打下良好知識(shí)基礎(chǔ)。
基于MBD的三維裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù) 目錄
目錄
第1章 綜述 1
1.1 裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù) 1
1.2 MBD技術(shù)簡介 1
1.3 裝配關(guān)鍵技術(shù) 2
第2章 基于MBD的三維裝配工藝建模方法 9
2.1 三維裝配工藝模型結(jié)構(gòu) 9
2.2 面向三維裝配工藝的產(chǎn)品信息建模機(jī)制 10
2.2.1 產(chǎn)品信息模型概述 10
2.2.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的創(chuàng)建 10
2.2.3 產(chǎn)品零部件三維模型的構(gòu)造技術(shù) 15
2.2.4 產(chǎn)品標(biāo)注信息的管理機(jī)制 19
2.2.5 產(chǎn)品信息模型的處理技術(shù) 22
2.3 基于產(chǎn)品層次結(jié)構(gòu)的裝配工藝建模機(jī)制 25
2.3.1 裝配工藝建模過程概述 25
2.3.2 工藝模型信息詳述 26
2.3.3 拆卸工藝模型的創(chuàng)建 34
2.3.4 裝配工藝模型的信息完善 39
第3章 基于人機(jī)交互的裝配路徑與工藝序列設(shè)計(jì) 42
3.1 裝配元件位姿和運(yùn)動(dòng)描述 42
3.2 裝配路徑與工藝序列設(shè)計(jì)總體流程 43
3.3 基于人機(jī)交互的裝配路徑規(guī)劃 46
3.3.1 三維操縱柄的設(shè)計(jì) 46
3.3.2 基于裝配特征的操縱柄位姿調(diào)整 48
3.3.3 三維操縱柄的人機(jī)交互功能的實(shí)現(xiàn) 49
3.3.4 裝配路徑信息記錄 53
第4章 基于三維模型的裝配路徑與序列智能生成技術(shù) 56
4.1 面向裝配工藝智能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵信息建模 56
4.1.1 優(yōu)先連接矩陣 57
4.1.2 約束集和配合方向集 57
4.1.3 裝配層次模型 60
4.1.4 基礎(chǔ)件識(shí)別流程 61
4.1.5 裝配信息建模表達(dá)機(jī)制 62
4.2 裝配路徑智能規(guī)劃 63
4.2.1 復(fù)雜產(chǎn)品的干涉檢測方法 63
4.2.2 裝配路徑規(guī)劃前置處理 65
4.2.3 基于配合方向集的路徑推理 69
4.2.4 裝配路徑規(guī)劃流程 71
4.2.5 算例 74
4.3 裝配序列智能規(guī)劃技術(shù) 75
4.3.1 蟻群算法介紹 75
4.3.2 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建立 77
4.3.3 基于并行蟻群算法的序列求解 81
4.3.4 基于相似計(jì)算的同步并行序列生成 85
4.3.5 算例及算法分析 90
第5章 三維裝配工藝仿真驗(yàn)證技術(shù) 95
5.1 基于包圍盒的零件模型干涉預(yù)檢測 95
5.1.1 三維模型的凸包計(jì)算 97
5.1.2 基于三維凸包的OBB包圍盒的計(jì)算 100
5.1.3 基于分離軸理論的OBB包圍盒相交測試 103
5.2 基于產(chǎn)品層次結(jié)構(gòu)的逐層分解的快速干涉過濾算法 104
5.2.1 包圍盒的定義及構(gòu)造 104
5.2.2 包圍盒干涉檢測算法判據(jù) 105
5.2.3 子裝配包圍盒層次結(jié)構(gòu)的分解規(guī)則 106
5.3 基于模型邊界面的層次包圍盒結(jié)構(gòu)的精確碰撞檢測 107
5.3.1 零件干涉面對的提取 107
5.3.2 基于模型邊界面的層次包圍盒的精確求交計(jì)算 109
5.4 裝配仿真的基本原理及驗(yàn)證流程 110
5.5 裝配仿真的具體實(shí)現(xiàn) 111
第6章 三維裝配工藝設(shè)計(jì)中資源的使用 115
6.1 裝配工裝概述 115
6.1.1 工裝模塊的主要功能 115
6.1.2 裝配定位的主要模塊 115
6.1.3 裝配定位交互式實(shí)現(xiàn)的總體流程 116
6.2 裝配工藝系統(tǒng)中的工裝模型 117
6.2.1 工裝模型的表達(dá) 117
6.2.2 零件幾何模型與幾何元素 119
6.2.3 裝配約束與幾何約束 119
6.3 三維幾何元素的形位表達(dá) 120
6.3.1 空間零件的位姿表達(dá) 120
6.3.2 幾何元素的特征參數(shù)表達(dá) 121
6.4 基于自由度推理的裝配約束求解 122
6.4.1 自由度和約束的關(guān)系 122
6.4.2 自由度分析 123
6.4.3 自由空間的形位表達(dá) 124
6.4.4 自由度推理 127
6.5 基于幾何約束的裝配定位求解 129
第7章 裝配工藝流程自動(dòng)生成 134
7.1 裝配工藝流程模型 134
7.1.1 裝配工藝流程數(shù)據(jù)組成 134
7.1.2 基于層次關(guān)系的裝配工藝流程 135
7.2 裝配工藝結(jié)構(gòu)樹與裝配工藝流程映射方法 136
7.2.1 裝配工藝結(jié)構(gòu)樹解析及預(yù)處理 136
7.2.2 裝配工步與工藝流程節(jié)點(diǎn)的映射 138
7.2.3 裝配工藝流程圖的生成 139
7.3 裝配工藝流程的應(yīng)用 140
7.3.1 裝配工藝流程的管理 141
7.3.2 裝配流程仿真 141
7.3.3 裝配進(jìn)度監(jiān)控 142
第8章 三維裝配工藝發(fā)布與展示技術(shù) 144
8.1 三維工藝輕量化文件建模技術(shù) 144
8.1.1 三維工藝輕量化文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 144
8.1.2 工藝信息輕量化文件建模 146
8.1.3 幾何模型輕量化文件建模 149
8.1.4 工藝尺寸標(biāo)注輕量化建模 150
8.2 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的裝配模型匹配共享技術(shù) 153
8.2.1 三維裝配工藝特點(diǎn)與模型共享技術(shù)原理 153
8.2.2 裝配工藝模型輕量化文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 154
8.2.3 重復(fù)子模型組合模式挖掘算法 155
8.2.4 本地子模型組緩存維護(hù) 159
8.2.5 裝配子模型組匹配共享系統(tǒng)工作流程 163
8.2.6 匹配共享系統(tǒng)效率驗(yàn)證 164
第9章 基于人機(jī)交互的三維裝配工藝設(shè)計(jì)原型系統(tǒng) 167
9.1 系統(tǒng)開發(fā)方案 167
9.1.1 系統(tǒng)開發(fā)方式的選擇 167
9.1.2 系統(tǒng)內(nèi)核的選擇 167
9.1.3 開發(fā)方案的確定 169
9.2 三維裝配工藝設(shè)計(jì)軟件的總體方案 170
9.2.1 系統(tǒng)需求分析 170
9.2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 170
9.2.3 系統(tǒng)功能模塊 172
9.2.4 系統(tǒng)工作流程 173
9.3 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例 175
9.3.1 產(chǎn)品信息模型構(gòu)建 175
9.3.2 裝配資源模型構(gòu)建 175
9.3.3 三維裝配工藝設(shè)計(jì) 180
9.3.4 裝配工藝流程生成與應(yīng)用 185
9.3.5 三維裝配工藝輕量化文件參數(shù)模型演示 189
第10章 裝配工藝智能設(shè)計(jì)原型系統(tǒng) 191
10.1 系統(tǒng)開發(fā)方案 191
10.2 裝配工藝智能設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)總體方案 193
10.2.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 193
10.2.2 系統(tǒng)主要功能模塊 195
10.2.3 系統(tǒng)工作流程 196
10.3 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例 197
10.3.1 裝配信息建模 197
10.3.2 裝配序列規(guī)劃 199
10.3.3 裝配路徑規(guī)劃 202
參考文獻(xiàn) 204
第1章 綜述 1
1.1 裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù) 1
1.2 MBD技術(shù)簡介 1
1.3 裝配關(guān)鍵技術(shù) 2
第2章 基于MBD的三維裝配工藝建模方法 9
2.1 三維裝配工藝模型結(jié)構(gòu) 9
2.2 面向三維裝配工藝的產(chǎn)品信息建模機(jī)制 10
2.2.1 產(chǎn)品信息模型概述 10
2.2.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的創(chuàng)建 10
2.2.3 產(chǎn)品零部件三維模型的構(gòu)造技術(shù) 15
2.2.4 產(chǎn)品標(biāo)注信息的管理機(jī)制 19
2.2.5 產(chǎn)品信息模型的處理技術(shù) 22
2.3 基于產(chǎn)品層次結(jié)構(gòu)的裝配工藝建模機(jī)制 25
2.3.1 裝配工藝建模過程概述 25
2.3.2 工藝模型信息詳述 26
2.3.3 拆卸工藝模型的創(chuàng)建 34
2.3.4 裝配工藝模型的信息完善 39
第3章 基于人機(jī)交互的裝配路徑與工藝序列設(shè)計(jì) 42
3.1 裝配元件位姿和運(yùn)動(dòng)描述 42
3.2 裝配路徑與工藝序列設(shè)計(jì)總體流程 43
3.3 基于人機(jī)交互的裝配路徑規(guī)劃 46
3.3.1 三維操縱柄的設(shè)計(jì) 46
3.3.2 基于裝配特征的操縱柄位姿調(diào)整 48
3.3.3 三維操縱柄的人機(jī)交互功能的實(shí)現(xiàn) 49
3.3.4 裝配路徑信息記錄 53
第4章 基于三維模型的裝配路徑與序列智能生成技術(shù) 56
4.1 面向裝配工藝智能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵信息建模 56
4.1.1 優(yōu)先連接矩陣 57
4.1.2 約束集和配合方向集 57
4.1.3 裝配層次模型 60
4.1.4 基礎(chǔ)件識(shí)別流程 61
4.1.5 裝配信息建模表達(dá)機(jī)制 62
4.2 裝配路徑智能規(guī)劃 63
4.2.1 復(fù)雜產(chǎn)品的干涉檢測方法 63
4.2.2 裝配路徑規(guī)劃前置處理 65
4.2.3 基于配合方向集的路徑推理 69
4.2.4 裝配路徑規(guī)劃流程 71
4.2.5 算例 74
4.3 裝配序列智能規(guī)劃技術(shù) 75
4.3.1 蟻群算法介紹 75
4.3.2 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建立 77
4.3.3 基于并行蟻群算法的序列求解 81
4.3.4 基于相似計(jì)算的同步并行序列生成 85
4.3.5 算例及算法分析 90
第5章 三維裝配工藝仿真驗(yàn)證技術(shù) 95
5.1 基于包圍盒的零件模型干涉預(yù)檢測 95
5.1.1 三維模型的凸包計(jì)算 97
5.1.2 基于三維凸包的OBB包圍盒的計(jì)算 100
5.1.3 基于分離軸理論的OBB包圍盒相交測試 103
5.2 基于產(chǎn)品層次結(jié)構(gòu)的逐層分解的快速干涉過濾算法 104
5.2.1 包圍盒的定義及構(gòu)造 104
5.2.2 包圍盒干涉檢測算法判據(jù) 105
5.2.3 子裝配包圍盒層次結(jié)構(gòu)的分解規(guī)則 106
5.3 基于模型邊界面的層次包圍盒結(jié)構(gòu)的精確碰撞檢測 107
5.3.1 零件干涉面對的提取 107
5.3.2 基于模型邊界面的層次包圍盒的精確求交計(jì)算 109
5.4 裝配仿真的基本原理及驗(yàn)證流程 110
5.5 裝配仿真的具體實(shí)現(xiàn) 111
第6章 三維裝配工藝設(shè)計(jì)中資源的使用 115
6.1 裝配工裝概述 115
6.1.1 工裝模塊的主要功能 115
6.1.2 裝配定位的主要模塊 115
6.1.3 裝配定位交互式實(shí)現(xiàn)的總體流程 116
6.2 裝配工藝系統(tǒng)中的工裝模型 117
6.2.1 工裝模型的表達(dá) 117
6.2.2 零件幾何模型與幾何元素 119
6.2.3 裝配約束與幾何約束 119
6.3 三維幾何元素的形位表達(dá) 120
6.3.1 空間零件的位姿表達(dá) 120
6.3.2 幾何元素的特征參數(shù)表達(dá) 121
6.4 基于自由度推理的裝配約束求解 122
6.4.1 自由度和約束的關(guān)系 122
6.4.2 自由度分析 123
6.4.3 自由空間的形位表達(dá) 124
6.4.4 自由度推理 127
6.5 基于幾何約束的裝配定位求解 129
第7章 裝配工藝流程自動(dòng)生成 134
7.1 裝配工藝流程模型 134
7.1.1 裝配工藝流程數(shù)據(jù)組成 134
7.1.2 基于層次關(guān)系的裝配工藝流程 135
7.2 裝配工藝結(jié)構(gòu)樹與裝配工藝流程映射方法 136
7.2.1 裝配工藝結(jié)構(gòu)樹解析及預(yù)處理 136
7.2.2 裝配工步與工藝流程節(jié)點(diǎn)的映射 138
7.2.3 裝配工藝流程圖的生成 139
7.3 裝配工藝流程的應(yīng)用 140
7.3.1 裝配工藝流程的管理 141
7.3.2 裝配流程仿真 141
7.3.3 裝配進(jìn)度監(jiān)控 142
第8章 三維裝配工藝發(fā)布與展示技術(shù) 144
8.1 三維工藝輕量化文件建模技術(shù) 144
8.1.1 三維工藝輕量化文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 144
8.1.2 工藝信息輕量化文件建模 146
8.1.3 幾何模型輕量化文件建模 149
8.1.4 工藝尺寸標(biāo)注輕量化建模 150
8.2 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的裝配模型匹配共享技術(shù) 153
8.2.1 三維裝配工藝特點(diǎn)與模型共享技術(shù)原理 153
8.2.2 裝配工藝模型輕量化文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 154
8.2.3 重復(fù)子模型組合模式挖掘算法 155
8.2.4 本地子模型組緩存維護(hù) 159
8.2.5 裝配子模型組匹配共享系統(tǒng)工作流程 163
8.2.6 匹配共享系統(tǒng)效率驗(yàn)證 164
第9章 基于人機(jī)交互的三維裝配工藝設(shè)計(jì)原型系統(tǒng) 167
9.1 系統(tǒng)開發(fā)方案 167
9.1.1 系統(tǒng)開發(fā)方式的選擇 167
9.1.2 系統(tǒng)內(nèi)核的選擇 167
9.1.3 開發(fā)方案的確定 169
9.2 三維裝配工藝設(shè)計(jì)軟件的總體方案 170
9.2.1 系統(tǒng)需求分析 170
9.2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 170
9.2.3 系統(tǒng)功能模塊 172
9.2.4 系統(tǒng)工作流程 173
9.3 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例 175
9.3.1 產(chǎn)品信息模型構(gòu)建 175
9.3.2 裝配資源模型構(gòu)建 175
9.3.3 三維裝配工藝設(shè)計(jì) 180
9.3.4 裝配工藝流程生成與應(yīng)用 185
9.3.5 三維裝配工藝輕量化文件參數(shù)模型演示 189
第10章 裝配工藝智能設(shè)計(jì)原型系統(tǒng) 191
10.1 系統(tǒng)開發(fā)方案 191
10.2 裝配工藝智能設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)總體方案 193
10.2.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 193
10.2.2 系統(tǒng)主要功能模塊 195
10.2.3 系統(tǒng)工作流程 196
10.3 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例 197
10.3.1 裝配信息建模 197
10.3.2 裝配序列規(guī)劃 199
10.3.3 裝配路徑規(guī)劃 202
參考文獻(xiàn) 204
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基于MBD的三維裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù) 節(jié)選
第1章 綜述 1.1 裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù) 裝配指根據(jù)技術(shù)要求將若干零件接合成部件或?qū)⑷舾闪慵筒考雍铣僧a(chǎn)品的勞動(dòng)過程。裝配工藝的基本任務(wù)就是研究在一定的生產(chǎn)條件下，以高生產(chǎn)率和低成本裝配出高質(zhì)量的產(chǎn)品。 產(chǎn)品的裝配工藝過程包括裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)四個(gè)過程。其中裝配的主要步驟包括：①確定裝配工作的具體內(nèi)容，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和裝配精度要求確定每個(gè)裝配工序的具體內(nèi)容；②確定裝配工藝方法及設(shè)備，選擇合適的裝配方法及所需的設(shè)備、工具、夾具和量具等，當(dāng)車間沒有對應(yīng)的設(shè)備、工具、夾具、量具時(shí)，還得提出設(shè)計(jì)任務(wù)書，所用的工藝參數(shù)可參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或計(jì)算確定；③確定裝配順序，各級裝配單元裝配時(shí)，先要確定一個(gè)基準(zhǔn)件進(jìn)行裝配，然后安排其他零件、組件或部件進(jìn)入裝配順序；④確定工時(shí)定額及工人的技術(shù)等級，目前裝配的工時(shí)定額大都根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，工人的技術(shù)等級并不做嚴(yán)格規(guī)定。 除此之外，在裝配過程中還應(yīng)該保證產(chǎn)品的裝配精度，保證裝配精度的裝配方法有互換裝配法、修配裝配法、選擇裝配法以及調(diào)整裝配法。采用互換裝配法時(shí)，被裝配的每一個(gè)零件不需做任何挑選、修配與調(diào)整就能達(dá)到規(guī)定的裝配精度要求，其裝配精度主要取決于零件的制造精度，可分為完全互換法和部分互換法。修配裝配法就是將裝配尺寸鏈中的各組成環(huán)按經(jīng)濟(jì)加工精度制造，通過改變尺寸鏈中的某一預(yù)先確定的組成環(huán)尺寸的方法來保證裝配精度。選擇裝配法是將裝配尺寸鏈中組成環(huán)的公差放大到經(jīng)濟(jì)可行的程度，然后選擇合適的零件進(jìn)行裝配，以保證裝配精度達(dá)到要求。調(diào)整裝配法通過改變調(diào)整零件在機(jī)器結(jié)構(gòu)中的相對位置或選用合適的調(diào)整件來達(dá)到裝配精度。 1.2 MBD技術(shù)簡介 MBD(model based definition)即基于模型的定義[4]，是一個(gè)用集成的三維實(shí)體模型來完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息的方法，它詳細(xì)規(guī)定了三維實(shí)體模型中產(chǎn)品尺寸、公差的標(biāo)注規(guī)則和工藝信息的表達(dá)方法。MBD改變了傳統(tǒng)由二維工程圖紙來描述幾何形狀信息的方法，它是采用三維實(shí)體模型來定義形狀、尺寸、公差和工藝信息的產(chǎn)品數(shù)字化方法。同時(shí)，MBD使三維實(shí)體模型成為生產(chǎn)制造過程中的唯一依據(jù)，改變了傳統(tǒng)以工程圖紙為主而以三維實(shí)體模型為輔的制造方法。 目前，在MBD技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域中，波音公司率先在波音787飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造過程中應(yīng)用了MBD技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的全三維數(shù)字化和無紙化，極大地提高了飛機(jī)的生產(chǎn)和管理效率，充分體現(xiàn)了MBD技術(shù)的優(yōu)越性[5]。洛克希德 馬丁公司提出了3DPMI計(jì)劃，通過將具有PMI的三維產(chǎn)品模型應(yīng)用于產(chǎn)品研制階段的各個(gè)環(huán)節(jié)，改善了企業(yè)的業(yè)務(wù)流程[6]。Zhu等[7]構(gòu)建了一個(gè)擴(kuò)展的MBD模型，使中國航空工業(yè)的集成設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)成為可能。田富軍等[8]將零件制造的中間狀態(tài)作為基本單元，建立了MBD工藝信息模型，模型的幾何信息和工藝信息通過加工特征進(jìn)行集成。田富軍等[9]還基于過程模型、過程中模型和過程參考模型的定義，提出了基于MBD的三維加工工藝規(guī)劃模型。趙鳴和王細(xì)洋[10]提出了基于體分解的*大加工特征識(shí)別和工藝路線生成方法，實(shí)現(xiàn)了MBD工藝模型的快速生成。Xiong等[11]將MBD工藝模型作為工藝規(guī)劃與優(yōu)化的基礎(chǔ)，建立了評價(jià)方法。Geng等[12]利用MBD技術(shù)成功地將維護(hù)、維修和大修規(guī)劃數(shù)據(jù)集成到產(chǎn)品3D模型中，其中，擴(kuò)展的MDB數(shù)據(jù)集被認(rèn)為是產(chǎn)品生命周期中交付文檔的唯一來源。 1.3 裝配關(guān)鍵技術(shù) 基于MBD的三維裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù)是以產(chǎn)品三維模型為基礎(chǔ)，融入工藝內(nèi)容、工藝參數(shù)、工藝尺寸標(biāo)注、工裝模型、操作語義等信息的工藝技術(shù)，其中工藝信息不僅以三維形式表達(dá)，還關(guān)聯(lián)于產(chǎn)品的三維模型，可在產(chǎn)品裝配的動(dòng)態(tài)演變過程中基于三維模型進(jìn)行工藝信息展示，操作者能夠非常直觀地了解設(shè)計(jì)意圖和工藝要求。基于MBD的三維裝配工藝設(shè)計(jì)采用集成化三維數(shù)字模型來完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息，并使其作為裝配過程的唯一依據(jù)，其不僅定義了傳統(tǒng)裝配模型的三維模型、BOM信息、層次關(guān)系，還完整定義了特征、約束關(guān)系、公差信息等。為實(shí)現(xiàn)基于MBD的三維裝配工藝設(shè)計(jì)，需要開展基于三維模型的裝配工藝建模技術(shù)、三維裝配工藝路徑設(shè)計(jì)技術(shù)、三維裝配工藝序列生成技術(shù)、三維裝配工藝仿真驗(yàn)證技術(shù)、裝配資源規(guī)劃技術(shù)、工藝流程生成技術(shù)以及三維模型輕量化演示技術(shù)的研究，并基于上述方法，圍繞三維裝配工藝設(shè)計(jì)、裝配工藝過程優(yōu)化、裝配工藝發(fā)布等方面開發(fā)三維裝配工藝設(shè)計(jì)軟件工具。 1. 裝配工藝建模技術(shù) 裝配工藝建模是裝配工藝設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，完整、準(zhǔn)確地表達(dá)裝配信息是裝配工藝建模的首要條件。裝配工藝信息模型應(yīng)具備完整清晰的層次信息，零部件、機(jī)構(gòu)之間的連接關(guān)系信息，以及裝配操作信息。另外，構(gòu)建的信息模型需要能為裝配工藝的設(shè)計(jì)及評價(jià)過程提供所有**信息。信息模型的質(zhì)量好壞會(huì)對CAPP(computer aided process planning)系統(tǒng)后續(xù)設(shè)計(jì)工作的效率產(chǎn)生直接影響，因此構(gòu)建一個(gè)集成度豐富、信息完備的裝配信息模型具有重要的意義。當(dāng)前，中外學(xué)者主要研究的裝配建模方式有四種：基于圖的裝配模型、層次模型、語義模型及混合模型等。Bourjault和Lambert[13]提出了采用二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來建立裝配模型，該裝配模型可表達(dá)為G=，其中，G表示總裝配體；E為邊集，表示裝配體中零件之間的裝配連接關(guān)系；節(jié)點(diǎn)集合V為非空節(jié)點(diǎn)集，用來表示裝配體中子裝配體或零件。由于該模型只包含了基礎(chǔ)的連接關(guān)系，因此并不能完整表達(dá)裝配信息。20世紀(jì)末，Homen de Mello和Sanderson和Lambert[14]在Bourjault和Lambert模型基礎(chǔ)上提出了五維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表達(dá)方法，該方法能夠較為直觀地表達(dá)裝配體零部件間的接觸連接關(guān)系，其表達(dá)式為G=。Lee和Yi[15]提出了在層次模型中引入虛鏈(virtual link)的建模方法，虛鏈描述了裝配體的配合特征、約束條件等信息。該方法清晰地反映了父子裝配體、零部件間的從屬關(guān)系。Shah和Tadepalli[16]提出了一個(gè)包含5種關(guān)系、基于特征劃分層次結(jié)構(gòu)的裝配模型，關(guān)系構(gòu)成分別是從屬關(guān)系、自由度、運(yùn)動(dòng)約束、結(jié)構(gòu)關(guān)系和尺寸約束，并通過實(shí)體的類型、方向、位姿和自由度構(gòu)建了一個(gè)求解表來求解*終的裝配約束。語義模型是一種特殊的自定義描述性語言，是在對研究對象進(jìn)行深入探究后開發(fā)的，這種語言描述了裝配體和裝配體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。宋玉銀等[17]提出了廣義鍵的理論，并通過廣義鍵描述了零部件之間的裝配關(guān)系，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了零部件之間裝配關(guān)系模型。Zhao等[18]基于MBD建立了裝配精度信息模型，模型包含裝配關(guān)系層、部件連接層、特征元素層和公差信息層。該模型用于提高飛機(jī)的裝配精度。中國空間技術(shù)研究院的孫連勝等[19]從航天產(chǎn)品數(shù)字化研制流程出發(fā)，為了提高三維模型的數(shù)據(jù)保密性及數(shù)據(jù)傳輸效率，建立了一種裝配體模型的輕量化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，并應(yīng)用于航天裝備的數(shù)字化研發(fā)過程。江蘇科技大學(xué)的吳家家[20]針對裝配工藝規(guī)劃過程所需，分別構(gòu)建了產(chǎn)品的裝配層次模型、零件信息模型和基于矩陣表達(dá)的裝配關(guān)系模型，并應(yīng)用于船用柴油機(jī)的裝配規(guī)劃中。 2. 裝配路徑設(shè)計(jì)技術(shù) 裝配路徑設(shè)計(jì)是三維裝配工藝的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。裝配路徑是指在將零件從起始位置移動(dòng)到裝配目標(biāo)位置時(shí)無碰撞的*短路徑。比較經(jīng)典的裝配路徑規(guī)劃方法有位姿空間法、單元分解法、人工勢場法、可視圖法等。位姿空間(configuration space)法是由Lozano-Perez和Wesley[21]提出并逐漸完善的一種無碰撞路徑規(guī)劃方法，實(shí)際是用空間中的一個(gè)點(diǎn)簡化代替運(yùn)動(dòng)零部件的位姿。單元分解法[22]是將規(guī)劃空間表示為均等的柵格網(wǎng)單元，并把這些單元標(biāo)記為滿、空和混合三種狀態(tài)的方法。如果單元完全在障礙物內(nèi)則標(biāo)記為滿，不與障礙物相交為空，否則標(biāo)記為混合。該方法不能在復(fù)雜的裝配環(huán)境中有效搜索到*佳裝配路徑。人工勢場法是由Khatib[23]提出的一種虛擬力法，該方法是在一個(gè)力場運(yùn)動(dòng)中，目標(biāo)位姿被看作規(guī)劃部件的一個(gè)引力極，障礙物則是斥力面，然后基于目標(biāo)位姿和所有障礙物計(jì)算人工勢能總和，取*小值來規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路徑。可視圖法[24]是從球面圖(spherical map)法中總結(jié)出的求解空間位姿的方法，將三維空間中的物體投影到單位球上來確定可視性，該方法求解方法簡單，但計(jì)算量較大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，在路徑規(guī)劃領(lǐng)域，出現(xiàn)了較多的智能啟發(fā)式算法，如交互式拆卸引導(dǎo)以及啟發(fā)式算法被應(yīng)用于裝配路徑規(guī)劃中，利用四叉樹或八叉樹表示工作空間，使用啟發(fā)式算法在單元內(nèi)搜索安全路徑。海軍裝備部的李剛等[25]提出了人機(jī)交互式拆卸引導(dǎo)的裝配路徑規(guī)劃優(yōu)化方法。該方法以人機(jī)交互為主導(dǎo)，記錄在拆卸過程中不同狀態(tài)下關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)零部件的位姿信息。通過拆卸引導(dǎo)的方式獲取各個(gè)零部件的裝配路徑，*終實(shí)現(xiàn)裝配的*優(yōu)路徑生成。劉檢華等[26]提出利用有效采樣點(diǎn)來優(yōu)化裝配路徑、基于幾何約束實(shí)現(xiàn)虛擬三維空間環(huán)境下的零件運(yùn)動(dòng)方法，提出了包含幾何約束自動(dòng)識(shí)別、交互式約束定義和位置約束的零部件的精確混合定位方法。崔漢國等[27]為了避免路徑*短優(yōu)化方式的局限性和隨機(jī)選擇起始路徑的缺陷，提出利用遺傳算法求解多目標(biāo)虛擬裝配路徑方法，利用大量初始化的方法得到具有代表性的初始樣本，從而獲取多條具有不同特點(diǎn)的路徑，來優(yōu)化裝配路徑。何磊等[28]針對飛機(jī)總裝過程中裝配路徑仿真在狹窄空間存在困難的情況，將A*算法由二維平面推廣到三維空間，對裝配空間和零部件進(jìn)行網(wǎng)格化表示，形成地圖映射；根據(jù)零部件在三維空間中的轉(zhuǎn)移成本，構(gòu)建評價(jià)函數(shù)，采用改進(jìn)A*算法完成啟發(fā)式搜索，生成裝配路徑節(jié)點(diǎn)信息。 3. 裝配序列生成技術(shù) 裝配序列規(guī)劃(assembly sequence planning，ASP)是產(chǎn)品數(shù)字制造中組裝計(jì)劃的關(guān)鍵步驟，是具有強(qiáng)約束的組合優(yōu)化問題。裝配序列規(guī)劃的主要目標(biāo)是基于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息、幾何信息，綜合考慮裝配成本、裝配環(huán)境、裝配過程等約束因素，生成較優(yōu)且合理的零部件裝配順序，為裝配路徑規(guī)劃、裝配資源規(guī)劃、裝配過程仿真及實(shí)際生產(chǎn)等提供指導(dǎo)，優(yōu)化的裝配序列能夠提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和降低裝配成本。用于求解裝配序列規(guī)劃問題的方法一般分為三種：圖的方法、知識(shí)的方法和啟發(fā)式算法。Bahubalendruni等[29]通過考慮裝配穩(wěn)定性關(guān)系來識(shí)別可并行裝配的子裝配體，并提出了一種高效的計(jì)算方法來生成*優(yōu)裝配序列。Baldwin[30]使用反匯編來解決裝配問題，并通過Cut-Set求解裝配關(guān)聯(lián)圖來生成產(chǎn)品的裝配圖。另外，Karjalainen等[31]提出了一種基于精確裝配建模和鄰接矩陣生成裝配序列的算法。通過組件的幾何建模和經(jīng)驗(yàn)來定義組件之間的優(yōu)先關(guān)系，然后基于鄰接矩陣檢測不同子組件來創(chuàng)建裝配樹以及其他限制因素。通過回溯算法生成可行的裝配序列。魏小龍等[32]針對傳統(tǒng)裝配序列規(guī)劃不考慮非單調(diào)因素的問題，提出了一種基于知識(shí)規(guī)則和幾何推理相結(jié)合來推導(dǎo)非單調(diào)裝配順序的方法。鐘艷如等[33]基于裝配信息模型構(gòu)建裝配信息本體，以本體規(guī)則的方式表達(dá)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的語義。在此基礎(chǔ)上，通過本體推理判斷裝配順序是否合理，從而歸納自動(dòng)生成裝配序列的方法。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能的發(fā)展，啟發(fā)式算法越來越多地被用來解決裝配序列問題。Li等[34]提出了一種動(dòng)態(tài)參數(shù)控制的和諧搜索(DPCHS)算法，用于解決ASP問題。Zhang等[35]提出了一種雙種群搜索機(jī)制的離散螢火蟲算法，通過使用可行解決方案和不可行解決方案的并行發(fā)展，該機(jī)制可以保證人口多樣性并增強(qiáng)本地和全局搜索能力，提高了ASP問題的求解效率。 4. 裝配工藝仿真驗(yàn)證技術(shù) 干涉檢測是構(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本要素，也是進(jìn)行數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證的前提。在數(shù)字化裝配環(huán)境中，工藝師所設(shè)計(jì)的裝配工藝應(yīng)能指導(dǎo)實(shí)際裝配生產(chǎn)的順利實(shí)施，而不應(yīng)該在裝配的過程中出現(xiàn)零部件間相互阻礙裝配或裝配工具的可操作空間不足等問題。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就需要在進(jìn)
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