计算机辅助装配工艺设计关键技术探究

【前言】计算机辅助装配工艺设计关键技术探究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。产品装配工作是机械制造的最后一个工作，一件合格的产品需要每个零部件正确的装配才能形成。产品的装配工艺是整个机械制造过程的重要组成部分，只有将各种零部件正确地装配才能达到产品设计时所要求的品质。有关学者研究发现，产品装配工艺技术不仅可以大量减少产品的...

摘 要：计算机辅助装配工艺设计能够大大提高现代工业生产的效率和质量，对其进行探究有着非常重要的实践意义。从装配模型、装配顺序的设计以及对装配顺序的检验和优化着手，对其中的几点关键技术了进行了分析，希望对计算机辅助装配工艺设计的发展提供帮助。

关键词：装配模型；装配工艺；装配关系；装配顺序

中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：16727800（2012）011001702

作者简介：孟瑜（1976-），女，硕士，广西桂林电子科技大学计算机科学与工程学院讲师，研究方向为装配规划、知识表示与推理、描述逻辑。

0 引言

产品装配工作是机械制造的最后一个工作，一件合格的产品需要每个零部件正确的装配才能形成。产品的装配工艺是整个机械制造过程的重要组成部分，只有将各种零部件正确地装配才能达到产品设计时所要求的品质。有关学者研究发现，产品装配工艺技术不仅可以大量减少产品的制造成本，还可以使产品的生产率成倍增长。

随着科技的发展，计算机技术已应用在工业的各个领域，计算机辅助装配工艺设计正是计算机技术在产品制造领域应用的体现。该技术可以大大缩短装配工作的时间，降低人力的使用率，可以使产品装配工艺实现标准化、规范化、规模化，有效减少装配中可能出现的人为错误，还能及时优化和更新装配工艺技术，使之契合不同产品的装配需求。

1 装配模型

在任何一件产品的生产之前，都必须对该产品的装配模型进行建模。因为，模型可以提供有关装配工艺的各种相关参数。可以说，它是产品整个设计过程的核心，是支持和开发产品的有效工具。装配模型可以为设计人员和生产人员展示每个零部件的参数，还能帮助他们厘清各个零部件之间的相互关系，以及产品在装配过程中的不同零部件在不同层次上的制约和影响。因此，构建一个产品的装配模型可以提供全面、完整的装配信息，这不仅可以使得设计人员对产品设计的全过程能够进行全面的掌控，还可以为计算机辅助设计系统提供各种装配信息资源，使系统能对其进行全面的分析和评估。

1.1 装配关系

装配关系是装配模型中的一个重要组成部分。目前，主要的装配关系模型有以下几种：一是关联图模型。它是一种二维拓扑结构的模型，其关系式是G=。G代表产品，P代表零部件，L代表零部件之间的关系。该关系式显示，最终产品是由零部件和其之间的关系数量满足有着极其密切的关系。产品装配设计使用关联图模型，优点是简明易懂，零部件之间的装配关系一目了然。然而，该模型也带有明显的缺点，就是各零部件在模型中显示的关系，在实际的操作层面中并非如此。因此，要想使用关联图模型实现计算机辅助装配工艺的自动化装配是无法完成的；二是联接矩阵法。该方法比关联图模型更进一步，它将关联图模型以矩阵的形式表现。在产品的装配中，每一个零部件被分别安排在矩阵的行与列之上，如果零部件之间有着一定的关联，在矩阵式中所对应的值就会取1，如果没有关联则为0。用联接矩阵法的优点是可以从矩阵关系式中的代数特性，很容易地就能看出各个零部件之间的关系紧密程度，并可以对应行列中的数值，迅速找到所需要的零部件；三是增强联系图模型。这个模型是在二维拓扑结构的基础上建构的一种五维拓扑结构模型。其关系式是G=。P代表零部件，C代表两个零部件之间的关系，A代表的是各个连接的关系所对应的操作，R代表的是P、A、C三者之间的关系，F代表的是各种零部件的功能和连接的方式等。对比第一种关系模型的式子，我们可以看出，由于多了3个维度的信息，因此，它对产品装配关系的描述更为全面、准确；四是等级装配模型。该模型的设计理念认为，每一件产品都是由不同的功能部件和零件组合而成，它们分别有着自己独特的功能，在它们之下还存在着更下一级的部分，下一级又包含着更下一级的部分，以此类推，最终达到最下一级的部分。在模型中表现出产品的层次性，正好可以体现产品中各零部件之间的层级关系。等级装配模型利用等级的表达方式体现了产品物理结构和功能的清晰分层。其所体现的最大优点就是可以有效减少产品的复杂结构度。等级装配模型表现的不同层次，其实也内隐着装配中所应该采取的先后顺序，即下一级的部件应优先于上一级的部件进行装配，而处于同一级的部件则可以同时装配。因此，等级装配模型在设计时其实已经为实际的操作设置了部分的产品装配顺序。

1.2 装配特征

装配模型的特征有着不同的分类方法。零部件的装配性能是由零部件本身的几何与非几何特征以及零部件的装配操作组成。因此， 我们可以将零部件的特征划分为以下3类：一是几何特征，几何特征包含以下几个属性，首先是零部件的几何形状；其次是零部件在产品中的位置；再次是各零部件之间的几何形状的联接；二是物理特征，此特征主要是描述零部件的重量、体积、坚硬度、匹配度等属性；三是装配操作特征，指在装配过程中，零部件在装配时所涉及的方法、轨迹、方向、握力、定向与否等。

2 装配顺序设计

产品的装配顺序设计指的是为了满足产品的最优性能，而希望解出的最优化、最合理的零部件装配顺序。装配顺序是装配工艺设计中最为基础的部分。上文所描述的装配的三个特征决定了产品的装配顺序。装配顺序的设计可以划分为以下几类：一是优先原则的装配顺序设计。这种方式是装配顺序设计中最为直观的方式。根据系统所设计的优先原则来安排零部件的装配顺序。这种方法设计比较紧凑，其关键就是按照事先安排的优先原则来进行。但是由于这种方式采用的是一种人机交互的方式，操作人员的工作量比较大，容易犯错。装配设计一旦确定了优先原则，那么相对来说，装配的顺序就显得比较简单了；二是组件识别的装配顺序设计。这种方式是将各零部件进行归类分组，然后再在此基础上分层设计装配顺序，最后求得整个装配顺序设计的方案。这种方式可以有效减少装配顺序的复杂流程，剔除那些在实际操作上不可行的环节。三是拆卸法装配顺序设计。 如果我们把零部件的装配过程比作正顺序的话，那么产品的拆卸就属于逆顺序。因此，通过反向的方法也同样可以求解产品的装配顺序。这种方法的优点是只要某一个零部件在拆卸顺序中存在一定的位置，那么其也必然会满足装配顺序的过程。但需要指出的是，满足装配顺序的零部件在拆卸法顺序中却未必一定适合。此外，通过拆卸法还可以确定各零部件的装配方向，而处于自由状态的零部件是无法确定其装配方向的。拆卸法的缺点就是零部件必须同时满足零部件的装卸过程，才能应用这一方法。四是矩阵法装配顺序设计。利用矩阵法来记录产品中的每一个零部件之间的相互关系和装配关系。然后，通过对矩阵的代数运算转变，使其简化出产品的装配顺序。

产品的装配顺序设计是一个综合性的难题，它涉及几何、非几何、物理等各方面的问题，同时还需要一定的经验知识的支撑。这些方面缺一不可，否则装配顺序的设计必将存在一定的不合理。设计者只有综合各方面的因素，才能设计出切合实际需求的装配顺序。

3 装配顺序的检验和优化

产品所包含的零部件不论多寡，对待其装配顺序都不能马虎了事。如果设计者为了贪图便利而只是简单罗列了零部件的装配顺序，则很可能难以达到预设的产品质量和性能的要求。因此，科学合理地设计装配顺序，对于产品的生产有着极其重要的意义。所以，在装配顺序设计完成之后，配置以科学、合理的检验指标对装配顺序进行评价，以求获得最优化的装配顺序有着重要的实践意义。目前，生产领域里广泛采用的有定性和定量两种检验指标体系。定性的检验方式主要是考察装配的频繁性、装配体的稳定性、装配操作的实践性、模块性以及其他配件的使用情况等。定量的检验方式是指考察整个装配的耗时（包括装配时间、调试时间、测量时间等）、装配所需花费的成本（包括劳工成本、损耗成本以及不确定成本）以及劳工人数、装配机数量、工作台的数量、工具数量等等。

定量的方式以量化的指标为整个装配顺序提供了参数指导，使得装配顺序能以可见的数量化参数进行优化。定性的方式也为装配顺序的优化提供了有益的参考，但是相对定量的方式而言，定性所提供的那些参考在实际的操作层面上的应用非常有限。笔者认为，在对一项装配顺序设计进行检验的过程中，以定量为主、定性为辅的方式，更加能够实现装配顺序的最优化设计。

4 结语

随着制造业的不断发展，计算机辅助装配工艺设计已引起了业内人士的极大关注。计算机技术的应用对于提高装配工艺设计的标准化、规范化和优质化起到了十分重要的作用。它不仅大量减少了装配工作的人力劳动，而且还提高了装配的技术和水平，增加了产品的生产率，有效降低了产品的生产成本，使产品在激烈的市场竞争中更具竞争力。但对于计算机辅助装配工艺设计系统我们要辩证看待，不是越先进的技术就越适合企业。企业必须结合自身的实际情况，分析自身对装配工艺的实际需求，选择最为合适的系统，才能做到利益的最大化。同时，企业也必须认识到，随着计算机技术的日新月异，计算机辅助装配工艺设计系统也必将发展迅速。因此，要求企业要紧紧跟随最新的研究成果，及时更新适合于自己的系统开发。

参考文献：

[1]苏强，林志航.计算机辅助几何可行装配顺序推理及其优化分析[J].中国机械工程，2001（12）.

[2]牛新文，丁汉.计算机辅助装配顺序规划研究综述[J].中国机械工程，2001（12）.

[3]冯驭.浅谈当代计算机辅助装配的发展方向[J].信息与电脑：理论版，2010（6）.

[4]刘检华，丁向峰.复杂产品计算机辅助装配过程控制与管理系统[J].计算机集成制造系统，2010（8）.

[5]郑轶，宁汝新.面向虚拟装配的计算机辅助装配工艺规划系统体系结构研究[J].北京理工大学学报，2005（5）.

[6]刘检华，白书清.面向手工装配的计算机辅助装配过程控制方法[J].计算机集成制造系统，2009（12）.

[7]孟秀丽.基于实例的计算机辅助装配过程设计[J].计算机基础制造系统，2010（8）.