Vol.24 赠庆良等：并行工程环境下面向装配的设计系统 667 只是保证在几何意义上没有干涉.所以，每一种 终的装配路径与装配工艺.装配过程仿真设计 产品的装配空间大小及工艺是否合理，需要经 有三个目标层次的装配仿真： 过人工智能和采用人机交互的方法解决，从而 (1)简单仿真.直接从装配规划部分获取装 获得优化的装配顺序. 配顺序和路径，对规划结果不作任何修改，只是 (2)工艺可行性优先及工艺优化.在机械产 简单地模拟其装配过程，干涉检查仅指出各条 品的装配过程中，工艺约束可以从以下几个方 路径是否存在干涉. 面考虑：优先装配的零件作为后续装配零件的 (2)动态仿真：可对初始路径及其关键点位 基准，这样不但能够提高装配的精度，而且能够 姿进行实时交互修改与调整，干涉检查不仅指 提高装配的效率.不易装配的零件优先装配，过 出各条路径是否存在干涉，还检查路径上各相 盈配合优于过渡配合，过渡配合优于间隙配合. 邻关键点之间的干涉碰撞情况 (3)复合仿真.提供零部件的实时、交互的拆 5机构运动分析与综合 卸途径，找到可行的拆卸顺序和路径，反过来得 机构运动分析与综合的目的是对装配模型 到可行的装配顺序和路径，在此基础上仿真零 中的工作装置的运动进行定义，以分析其工作 部件的装配过程 过程中的动态装配性能.其主要思想是：①在产 7产品可装配性评价 品装配层次模型的基础上定义运动元件运动 副，如旋转副、移动副及其他设计约束；②并根 根据装配模型，在装配顺序的约束下，对产 据装配层次关系及运动副抽取运动学骨架模 品的可装配性进行分析和评价，主要从技术特 型、得到运动链方程；③考虑设计约束，求解运 性（装配难度）、经济特性（装配效率、装配成本） 动链方程，进行运动学求解；④通过对主动构件 和社会特性三方面进行 的运动规划，计算所有从动件的运动（位移），检 技术特性就是按照装配顺序装配时，从取 查运动状态下元件间的干涉情况，检证运动部 得装配元件后根据它的定位、连接等，到装配到 件在工作时的合理性.机构运动分析与综合的 位为止，在保证装配精度和功能的条件下，降低 流程以及与装配模型之间的关系如图6所示.· 装配难度.影响装配难度的因素主要有三种：(1) 零件本身的因素，如零件的形状、尺寸、质量以 关节定义 及材料等；(2)定位连接因素，如定位方式、连接 方式、零件之间的配合种类等；(3)装配工艺的影 运动链定义 响，如装配路径、装夹工具等 装 经济特性主要是根据装配顺序，对装配单 配 建 运动学求解 运动规划 元的材料、标准化程度以及耗费工时等进行评 模 价.装配成本是可装配性经济特性评价的主要 装配建模的变换 指标，也是在设计阶段难以确定的指标.在并行 工程项目实施中，把神经网络成功地用于产品 干涉检查 装配成本的估算.在工程领域中，人工神经网络 (ANN)的一个最重要的应用是对一个输入输出 图6机构运动分析与综合流程图 关系未知的系统建模.由于无法得到系统的准 Fig.6 Flow chart of the mechanism movement analysis 确信息，只能利用从实际系统中观察到的一些 and synthesis 样本作为训练集.在网络结构固定的情况下，采 6装配过程仿真 用随机梯度下降法最终使一定的损失函数最小 以改变参数进行学习，在各种不同的ANN结构 装配过程仿真的主要功能，是以装配规划 中，多层前馈神经网络(MLFN)是一种常用的方 部分提供的装配顺序和初步路径为基础，为用 法，用sigmoidal函数对多层感知器学习.由于 户提供直观的装配过程图形仿真，同时通过细 在产品设计阶段没有详细的装配信息，产品装 化的干涉检查以及路径的调整与完善，形成最 配成本估计的显式函数很难得到，这就为前馈曾庆 良等 并行 工 程环 境下 面 向装配 的设计 系统 只是保证在几何意义上 没有干涉 所 以 ， 每一种 产品 的装配 空 间大小及工艺是否合理 ， 需要 经 过人工 智能和采用 人机交互 的方法解决 ， 从而 获得优化的装配顺序 工艺可 行性优先及工艺优化 在机械产 品 的装配过程 中 ， 工艺约束可 以从 以下 几个方 面考虑 优先装配 的零件作为后续装配零件 的 基准 ， 这样不但能够提高装配的精度 ， 而且能够 提高装配 的效率 不易装配的零件优先装配 ， 过 盈配合优于过渡配合 ， 过渡配合优于 间隙配合 机构运动分析与综合 机构运动分析与综合 的 目的是对装配模型 中的工作装置 的运动进行定义 ， 以分析其工作 过程 中的动态装配性能 其主要思想是 ①在产 品装 配 层 次模 型 的基础 上 定 义运 动元件 运 动 副 ， 如旋转副 、 移动副及其他设计约束 ②并根 据装 配 层 次关 系 及 运 动副抽取运 动学 骨 架模 型 、 得到运 动链方程 ③考虑设计约束 ， 求解运 动链方程 ， 进行运动学求解 ④通过对主动构件 的运 动规划 ， 计算所有从动 件 的运 动 位移 ， 检 查运 动状态下元件间的干涉情况 ， 检证运 动部 件在工作时的合理性 机构运 动分析与综合的 流程 以及与装配模型 之间 的关系如 图 所示 终 的装配路径与装配工艺 装配过程仿真设计 有 三个 目标层次 的装配 仿真 简单仿真 直接从装配规划 部分获取装 配顺序 和路径 ， 对规划结果不作任何修改 ， 只是 简单地模拟其装配 过程 ， 干涉检查仅指 出各条 路径是否存在干涉 动态仿真 可 对初始路径及其关键点位 姿进行实时交互 修改 与调 整 ， 干 涉检查不仅指 出各条路径是否存在 干涉 ， 还 检查路径上各相 邻关键点之 间的干 涉碰撞情况 复合仿真 提供零部件的实时 、 交互 的拆 卸途径 ， 找到可行的拆卸顺序和路径 ， 反过来得 到可 行 的装配顺序和 路径 ， 在此基础 上仿真零 部件 的装配过程 装 配 运动学求解 运动规划 建 模 装配建模的变换 干涉检查 图 机构运 动分析 与综合流程 图 皿 装配过程仿真 装配过程仿真的 主要 功能 ， 是 以装配规划 部分提供 的装配顺序和初步路径 为基础 ， 为用 户 提供直观的装配过程 图形仿真 同时通 过细 化 的干涉检查 以及路径 的调 整与完善 ， 形成最 产品可装配性评价 根据装配模型 ， 在装配顺序的约束下 ， 对产 品 的可 装 配性进行分析和评价 ， 主要从技术特 性 装配难度 、 经济特性 装配效率 、 装配成本 和社会特性三方面 进行 技术特性就是按照 装配顺序装配 时 ， 从取 得装配元件后根据它 的定位 、 连接等 ， 到装配到 位为止 ， 在保证装配精度和 功能的条件下 ， 降低 装配难度 影 响装配难度 的因素主要有三种 零件本身的 因素 ， 如零件 的形状 、 尺 寸 、 质量 以 及材料等 定位连接 因素 ， 如定位方式 、 连接 方式 、 零件之 间的配合种类等 装配工艺 的影 响 ， 如装配路径 、 装夹工具等 经济特性 主要是根据装配顺序 ， 对装配单 元 的材 料 、 标准化程度 以及耗费工 时等进行评 价 装 配成本是可装配性经济特性评价 的主要 指标 ， 也是在设计阶段难 以确定的指标 在并行 工程项 目实施 中 ， 把神经 网络成功地 用 于产 品 装配成本 的估算 在工程领域 中 ， 人工神经 网络 的一个最重要 的应用是对一个输人输 出 关系未知 的系统建模 由于 无法得到系统 的准 确信息 ， 只 能利用从实际 系统 中观察到 的一些 样本作为训 练集 在 网络结构 固定 的情况下 ， 采 用 随机梯度下 降法最终使一定 的损失 函数最小 以 改变参数进行学 习 在各种不 同的 结构 中 ， 多层前馈神经 网络 是一 种常用 的方 法 ， 用 函数对多层感知器学 习 由于 在产 品设计 阶段没有详 细 的装配信息 ， 产品装 配成本估计 的显 式 函数很难得到 ， 这 就为前馈