复杂机电产品装配工艺规划和仿真

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1、复杂机电产品装配工艺规划和仿真　　【摘要】：装配环节对于复杂机电产品设计与制造十分重要，装配质量对于产品的性能有很大的影响，装配成本在制造成本中所占比重较大。所以，产品在设计和装配规划阶段对产品的预装配和装配工艺进行分析，对提高产品的质量，降低生产成本意义重大。【关键词】：复杂机；装配；规划；仿真中图分类号：TU98文献标识码：A1、装配体模型的信息描述根据机电产品的特点，结合装配规划与仿真过程的基本要求，其数字化装配模型应具备下列条件：1.1、装配体零部件要完整，即装配体模型除包含刚体零部件，还应包括传输电流和控制信号的柔性电缆；1.2、要表达清楚零部件之间的装配约束关系

2、，装配约束关系对于装配规划与仿真过程中零件的运动方向及运动路径有影响，所以清楚的表达约束关系能确保装配规划与仿真结果正确性；1.3、尽量简化装配体模型的表达和存储，以符合装配仿真的实时实性要求，减少零部仿真过程中位置、状态、形体发生变化后所产生的计算量；91.4、要便于实现仿真系统数据来源与CAD系统的无缝连接，在CAD系统中所做的零件模型信息的修改应能实时的反映在仿真系统中。2、线缆的模型信息描述在复杂机电产品中，不但包含刚体零部件而且还包含很多线缆，作为传递信号或能量的主要方式，其装配质量的优劣直接影响着机电产品的性能。线缆的装配与刚体零件不同，具有如下特点：2.1、线

3、缆在装配过程中不仅会发生位姿变换，柔性部分还会形变，如弯曲、扭曲等，且因为这种形变的影响因素多，如重力、拉力、线缆的材料等，造成形变结果难以计算；2.2、大多时候线缆以线缆束的情况存在，通常包含多个接头，其安装配过程中不但要插接接头，而且要固定线缆，一边两者是交互进行，一次性完成很难。这些特点使得线缆的建模与刚体零件也有较大差别。当前，线缆的装配模型以其几何形状模型为基础，只反映了其几何形状，并无法表达其柔性形变特征。CATIA系统的布线设计模块能表达线缆的几何形状，并显示线缆的最终布线设计结果，却无法表达线缆的形变特征和装配过程中的形变特点，不可依为装配过程仿真提供很好的

4、支持。3、装配序列规划3.1装配体约束矩阵的生成9装配约束指的是装配体各零部件之间的相互制约关系及关联关系，通常分为几何特征约束和装配过程的工艺约束。几何特征约束决定了产品装配序列的合理性，而装配过程的工艺约束则对产品装配过程中零部件的稳定性、仪器仪表的安全性、装配工具和人员的变动情况等工艺性要求进行了考虑，反映了零部件装配次序对工艺条件的满足程度。产品各零部件的装配顺序首先应满足几何约束关系，才是可行的。几何约束关系由装配体的结构特征和零件间的配合关系确定。然而零部件的装配过程是否满足几何约束关系是很难判断的。比较常见的方法是把与坐标轴平行方向作为装配方向，即（X,-X，

5、y,-y，z,-z）6个方向，并通过建立干涉矩阵来判断每个方向的装配是否发生干涉，并以此作为装配顺序的几何可行性判定。然而在复杂机电产品中，并不是所有零件的装配方向都与坐标轴方向平行，所以该方法无法满足复杂产品的装配规划要求。但是采用全人工方式，尽管能在一定程度上提高判定结果的准确性，但当零件数量较多时，人员工作量太大，极易出错。下文将自动推理方式与虚拟环境下人机交互方式相结合，来实现装配约束矩阵的生成，这种方式能充分利用装配工艺人员的知识和经验，大幅提高装配顺序几何可行性判定的准确率，其基本步骤如下：Step1：在CATIA环境中生成装配体模型的装配接触关系图，并用邻接矩

6、阵ML表示，其中ML=[bij]9]nxn（1≤i，j≤n），元素bij满足下列要求：（1）bij=0；（2）如果零件pi和pj之间存在接触关系，则bij=1；否则，bij=0。Step2：由工艺人员根据装配经验确定基准件，设基准件为px，则矩阵ML中的元素bxx=-1。Step3：如果零件pi需要先于pj装配，则在拆卸过程中，Pj应在Pi前拆卸，否则，因为存在Pj，必然使Pi的拆卸存在干涉。通过判定所有零件的优先关系，可得到零件的优先装配关系矩阵Mc。其中Mc=[cij]]nxn（1≤i，j≤n），元素cij满足下列要求：（1）cij=0；（2）零件Pi和pj之间如果存在

7、优先装配关系，则Cij=1；否则，Cij=0。Step4：使MAR=ML+Mc，则可得到初始的装配约束矩阵，然后工艺人员可根据经验增加线缆与线缆之间以及线缆与刚性零件的装配约束关系，生成最终的装配约束矩阵MAR。3.2基于改进遗传算法的装配序列规划对于由n个零件组成的装配体而言，其可行的装配数在最坏的情况下为：9，在装配规划的时候，尽管能用一些约束条件人为的去除一部分几何和工艺不可行的装配顺序，但可依生成的可行装配顺序仍然比较多，在n较大的情况下，以人工方式去掉不可行装配序列的工作量将会成几何指数增加。所以，如果只