CN101105821A - 虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法 - Google Patents

Abstract

一种制造业仿真技术领域的针对发动机手工装配线的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法。本发明分装配工艺生成的虚拟装配过程建模方法，基于虚拟装配操作过程映射的工艺生成方法两个部分组成，本发明首先按照装配工艺生成的虚拟装配过程建模方法，定义虚拟环境中的基本动素，并对其进行分类，在虚拟环境中建立装配操作模型，操作者根据需要选择零件和工具，利用虚拟手在虚拟环境中操作零件和工具，动态记录下基本动素，并按照基本操作动素的聚合描述得到相应装配操作动作，按照基于虚拟装配操作过程映射的工艺生成方法，与其他工艺信息(如零件属性信息，操作工具信息等)相结合获得装配零件的具体装配工艺内容。

Description

虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法

技术领域

本发明涉及的是一种制造业仿真技术领域的方法，具体地说，是一种针对发动机手工装配线的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法。

背景技术

产品的装配是产品的设计实现过程关键的一步。另外，装配规划提供主要的反馈，有助于设计者从制造的角度改进设计。基于虚拟现实技术的产品装配能够减少劳动力，提高产品装配规划的质量和完整性。而装配操作建模是验证产品可装配性的一个重要因素，在虚拟环境中对产品进行装配操作，一方面增加了产品装配过程的真实性，提高了产品可装配验证的效率；另一方面为产品装配的工艺规划和装配线的设计以及装配工人的人机工程学评价提供了依据。

经对现有技术文献的检索发现，Christian Mascle等在《Proceedings of the1999 IEEE International Symposium on Assembly and Task Planning》(1999年IEEE国际研讨会论文集)(1999)8～13页上发表的“Feature-Based AssemblyModel and Multi-Agents System Structure for Computer-Aided Assembly”(基于特征的装配建模和计算机辅助装配的多代理系统结构)中提出了基于特征的模型，并开发了基于特征的产品装配规划系统SCAP，使用一组基于装配可行性、可操作性、装配重定向次数、成本和稳定性等的标准，来衡量获得的装配序列的好坏，对基于特征的产品模型在装配建模和规划上有很大的帮助，但研究注重于装配序列和路径的规划，没有涉及到完整复杂的装配工艺工序内容。检索中还发现，刘检华等人在《系统仿真学报》(2005)2163～2166页上发表的“基于装配任务的虚拟装配工艺模型研究”中在对虚拟装配工艺规划过程中的工艺数据进行分析的基础上，提出了产品层次装配任务链模型，该模型能有效表达虚拟装配工艺规划过程中的工艺数据，同时给出了由产品层次装配任务链模型向虚拟装配工艺模型转化方法，建立了虚拟装配工艺模型，但对工艺的研究，只是限于对装配工夹具的操作工艺信息进行了数据采集和处理，未涉及虚拟装配中具体的装配操作过程的研究。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，参考MTM方式提出一种标准规范的、虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，使其基于虚拟装配环境中的操作支持装配工艺生成，该方法基于基本操作动素的聚合。本发明与计算机虚拟仿真技术相结合，可以在规划、设计阶段就对生产线系统和工位进行充分的预测，以便尽早地发现系统布局、配置方面的问题，从而更快、更好地改善系统和工位设计，避免因设计不周而影响系统建成后的实际运行效率，或者甚至造成系统不能正常工作。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明按照面向装配工艺生成的虚拟装配过程建模方法，在虚拟环境中建立装配操作模型，操作者根据需要选择零件和工具，利用虚拟手在虚拟环境中操作零件和工具，动态记录下基本动素，并按照基本操作动素的聚合描述得到相应装配操作动作，按照基于虚拟装配操作过程映射的工艺生成方法，与其他工艺信息(如零件属性信息，操作工具信息等)相结合获得装配零件的具体装配工艺内容。

本发明包括以下两个步骤：

①面向装配工艺生成的虚拟装配过程建模方法。

为了满足虚拟现实中产品装配工艺的要求，操作工艺需要具有查询、物理、操作对象、操作动作和操作工具5种属性，参考MTM(Methods-Time Measurement的缩写，中文意思就是“工时测定方法”)，对标准装配操作动作进行分解，总结出9个在虚拟装配中必需的基本动素，通过对这些基本动素进行相应的聚合，构建出实际虚拟装配中的各个装配操作动作和其他4种属性相结合构成标准装配操作工艺模型；

所述的基本动素，根据其动作特征以及虚拟环境下装配操作特点来表达和推理装配中所用到的各种基本动素，包括Reach(伸手)、Grasp(握取)、Move(移物)、Turn(旋转)、Apply Pressure(施压)、Disengage(卸下)、Position(对准)、Position-z(到位)、Release(放手)等9个。

所述的标准装配操作动作，包括转动、取下、准备、插入、旋入、拧紧、压入、操作开关、装上、放上、拉松、固定、连接、倒入等。

所述的操作动素的聚合描述，对各个标准装配操作动作分解成由基本动素组成的聚合描述，即在虚拟环境中，通过得到的基本动素的组合来表达出标准装配操作动作。

所述的装配操作动作，其属性是虚拟手操作过程中记录的一些变量值，各种基本动素标志是该装配操作动作是否用到相应基本动素，采用约束链表记录操作对象之间的几何约束信息，它的主要功能是记录和设置操作对象之间的位姿固定关系。

所述的操作对象，其属性是记录操作对象的信息(包括其重量信息、类型和ID信息等)，对象的类型和ID是指虚拟手选择操作对象的零件或者装配体类型，以及它在零件库或者工具库中的编号。

在使用工具操作对象时，操作对象间的固定关系标志指操作对象之间是否固定，如果它们之间的所有约束都满足，则关系是固定的，其值为1，否则他们之间是可以相对运动的，此时工具不能和操作对象一起移动，其值为-1；当操作对象之间的关系固定时，操作对象间的固定变换就记录了它们之间的相对位姿关系矩阵。

所述的操作工具，其属性是操作工具信息(ID及名称)，指虚拟手在装配零部件或装配体时，使用的虚拟工具的名称及其在工具库中的编号。操作工具类型则分为通用工具、专用定位工具、喷涂工具及拓印工具等。

②基于虚拟装配操作过程映射的工艺生成方法。

在实际的虚拟装配中，使用虚拟手操作零件时，按照每一个操作动作，逐条记录下动作中所用到的基本动素信息、所操作零件的属性信息及其他相关信息，所述其他相关信息包括零件移动距离信息、零件定位方式信息、使用的工具信息，当所有操作完成后，将上述信息逐条转化为与步骤①所生成的标准装配操作工艺模型相对应的虚拟装配操作映射关系，按此关系获得相应的工艺信息。

所述的虚拟装配操作映射关系，由7大部分属性信息组成，分别是操作对象的初步类型属性信息、详细类型属性信息、重量属性信息、移动距离属性信息、定位方式属性信息、使用操作工具属性信息、基本操作动作属性信息。在虚拟装配操作结束后，将操作所记录的信息按查询序列形式逐条转换为上述7大部分属性信息。

所述的相应的工艺信息，根据现有的工艺卡中所积累的经验知识和虚拟装配操作映射关系表中的划分类型，提取出工艺工序详细内容，具体包括操作零件类型、零件重量、移动距离、定位方式、使用的特定工具、聚合动作、操作工时、映射关系等八部分组成。其中虚拟装配操作映射关系表则是关联虚拟装配操作和标准装配操作工艺信息的纽带。

虚拟装配工艺规划是现代计算机辅助设计和辅助制造的重要手段，它从根本上改变了新产品设计和制造模式，从而能大大降低设计和制造成本，缩短产品开发周期。而装配工艺建模是虚拟装配规划的必不可少的功能之一，它用于生产线规划和装配工位规划，并为装配工人的人机工程学评价提供了依据。装配工艺建模中装配操作表达的复杂性使得它成为虚拟装配工艺规划的瓶颈之一，由于目前建模方法的局限性，使得虚拟装配规划主要集中在装配序列和路径规划上，对产品的整个生产线和工位规划设计帮助不大。本发明使用操作动作形式化描述来进行装配操作建模，将装配操作表达的复杂性简化了1/2以上，使得在虚拟装配中即时得到详细的装配操作工艺信息成为可能，从而将虚拟装配规划引入到生产线和工位规划中，与现有的通过经验进行规划设计，然后在实际使用后进行改进的方法相比，节约1/3的生产线和工位规划成本，并缩短了40％的规划设计时间周期。

附图说明

图1虚拟装配操作映射关系表示意图

其中：1-a为层次模型示意图，1-b为操作对象初步类型属性分类示意图，1-c为普通零件类示意图，1-d为螺栓螺母类示意图、标准零件类和其他类示意图，1-e为电子零件类示意图，1-f为工具类示意图

图2虚拟环境中装配操作工艺的模型表达示意图

图3虚拟环境下装配操作工艺的建立过程示意框图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

用于一个汽车发动机的虚拟装配中的装配操作建模实例

如图3装配操作工艺的建立过程示意框图所示，在虚拟环境中使用虚拟手拾取虚拟零件，利用约束来装配零件，并将装配操作基本动素标志信息记录下来，然后在工艺生成模块中将这些信息转换为虚拟装配操作映射关系，并以此映射关系在装配工艺信息中查找、提取并重组相应的装配操作工艺，具体实现包括以下步骤：

1、面向装配工艺生成的虚拟装配过程建模

对虚拟装配中的标准装配操作，参考MTM的描述方式，充分考虑实际实用性和用于虚拟装配试验环境进行分析的实用性，总结出9个在虚拟装配中必须的基本动素：Reach(伸手)、Grasp(握取)、Move(移物)、Turn(旋转)、Apply Pressure(施压)、Disengage(卸下)、Position(对准)、Position-z(到位)、Release(放手)。以下分别给出此9个基本动素的定义和详细描述：

(1)伸手(Reach)：空手移动。以当手开始朝向目的物的瞬间作为该动素起点，以当手抵达目的物的瞬间作为该动素终点。该动素有2个特性：当手朝向目的物或某一动素完成，手需要伸回时发生[伸手]动素；[伸手]常在[放手]之后，而在[握取]之前发生。[伸手]的种类主要包括伸手至某一固定位置、伸手至每次位置略有变动之目的物、伸手至一堆中之目的物以及伸手至一个微小物体且需精确握取者。

作为虚拟装配中每个装配操作的起点，当虚拟手接触到零件或工具时，借助碰撞模型，认为其为伸手，将该标志置1，只有在被操作零件发生位姿变化时，才认为先前的伸手标志有效；

(2)握取(Grasp-G)：利用手指或手掌充分控制对象。以当手指环绕一个物体，欲控制该物体之瞬间作为该动素起点，以当物体已充分被控制之瞬间作为该动素终点。该动素有4个特性：物体已被充分控制后的连续握取称为[持住]；以器具来握取时，不应视为[握取]；至于戴手套握取时，则为[握取]，因手套之目的在于保护手；广义解释，除手外，身体之某一部分(如足)用以控制物体时，皆可称为[握取]；[握取]常在[伸手]与[移物]之间发生。

(3)移物(Move)：手或身体之某一部位将物件由一地点移至另一地点。以手有所负荷开始朝向目的地点之瞬间作为该动素起点，以有所负荷之手抵达目的地点之瞬间作为该动素终点。该动素有3个特性：[移物]有空间之移动、推动、拉动、滑动、拖动等；[移物]途中突然停止即为[持住]；[移物]常在[握取}之后，而在[放手]或[对准]之前发生。[移物]的种类包括移物至固定停靠处；移物至大概位置；移物至精确位置；移物至不定位置。

(4)旋转(Turn)：以前臂为轴，回转其手、手腕及前臂的旋转动作。该动素有2个变动因素：动作旋转的角度和旋转的重量或阻力。

(5)施压(Apply Pressure)：反逆抵抗所附加的力。该动素的加压条件有两项：为强力加压，而在加压之前有“重抓”(Regrasp)的动作，所以时间值较大；轻微的加压，即无“重抓”的动作。

(6)卸下(Disengage)：使物体脱离其它物体。以当物体被控制(握取)，而已于可拆除状态之瞬间作为该动素起点。以零件完全被拆除之瞬间作为该动素终点。该动素有3个特性：[拆卸]视其难易有下列数种情形(①松动；②稍紧；③紧合)；可能与其它动素复合发生；[卸拆]常在[握取]之后，而在[移物]或[放手]之前发生。

(7)对准(Position)：将物体摆置于特定之方位。以当操纵之手开始摆动，扭转或滑动物体至一定方位之瞬间作为该动素起点。以物体已被安置于正确方向之瞬间作为该动素终点。该动素有2个特性：对准有下列之各处情形(①按照一定对之方向对准；②数种方向均可；③任何方向均可)；[对准]常在[移物]之后。

(8)到位(Position-z)：将物体放置于特定位置。若物体被要求所安置方位不是明确的一点，而是被允许放置在一个范围内的任一处，就需定义动素——到位(Position-z)来规定。

(9)放手(Release)：将所持之物放开。以手指开始离开物体之瞬间作为该动素起点。以手指完全离开物体之瞬间作为该动素终点。该动素有3个特性：为[握取][持住]之相反动素，是所有动素中费时最少者；[放手]有下列形式(①拾取之手；②触取之放手)；广义解释，身体的某部位控制物体状态的解除，也可视为[放手]。

为了将虚拟装配中记录下的各种动素组合转换为标准装配操作动作，将操作动作进行聚合描述，建立一个动素聚合表如表1，将定义的基本动素的组合和标准装配操作动作联系起来。在动素聚合表中，将定义出的9位动素依次列于基本动素列，而标准装配操作动作依次列为装配动作行。并在基本动素列的最后一位标示为动作映射关系位。如某一装配动作是由某几位基本动素组成的，则该几位动素将被标示为“X”。最终，有“X”的位用“1”表示，空位用“0”表示。

表1动素聚合表

	Reach(伸手)	Grasp(握取)	Mov(移物)	Turn(旋转)	Apply Pressure(施压)	Disengage(卸下)	Position(对准)	Position(到位)	Release(放手)	动作映射关系
											0.无内容选择1.转动2.取下3.准备4.插入5.旋入6.拧紧7.压入8.操作开关9.装上a.放上b.拉松c.拧松d.敲入e.固定f.连接g.倒入	XXXXXXXXXXXXXXXX	XXXXXXXXXXXXXXX	XXXXXXXXXXX	XXXXX	XXXXXXXX	XX	XXXXXXXXX	XXXXXX	XXXXXXXXXXXXXXXX	000000000110100001111001001111000001111000101111100101111110111111010111100010001111100111111000111110010001110110101111010101110010011111010011111001101

以动素聚合表为基础，在虚拟装配中，在对某一零件进行操作时，对各个基本动素定义标志信号，当操作中使用到该动素则标志至1，由于虚拟装配中的装配操作和实际装配操作有很大的不同，因此该标志以虚拟装配作为基础，具体是指：

Reach(伸手)标志：作为虚拟装配中每个装配操作的起点，当虚拟手接触到零件或工具时，借助碰撞模型，认为其为Reach(伸手)，将该标志置1。由于过程中虚拟手可能会与零件发生无效接触，所以，将Reach(伸手)标志与Grasp(握取)标志等其他标志相结合，只有在被操作零件发生位姿变化时，才认为先前的Reach(伸手)标志有效。

Grasp(握取)标志：虚拟手与零件接触的状态下，当操作者用虚拟手套发出抓取信号抓取零件或工具时，将Grasp(握取)标志置1。

Release(放手)标志：作为虚拟装配中每个装配操作的终点，当虚拟手发出释放信号，并离开被操作零件或工具时，将Release(放手)标志置1，并将从起点开始记录下的动素标志保存下来，作为以后映射的基础信息。

Move(移物)标志：当虚拟手处于抓取零件状态时，从判断零件在操作起点和终点的位置变化，来获得标志信号值，如有数值改变，则置1。

Turn(旋转)标志：当虚拟手处于抓取零件状态时，从判断零件在操作起点和终点的姿态变化，来获得标志信号值，如有数值改变，则置1。

Apply Pressure(施压)标志：在虚拟装配中，由于无法直接使用虚拟手套发送信号来判断有无施压情况，结合零件信息从零件的最终状态来判断是否有施压动素产生，即对零件ID进行判断，如果该类型零件在操作过程中需要进行施压，则再判断该零件是否被完全约束，是则将施压标志置1。(因为施压动素都在零件装配的最后步骤出现，如果零件没有被完全约束，说明该操作并非是最终操作，以后还会被操作来满足剩余约束，因此可判断操作中无施压动素)

Disengage(卸下)标志：在操作起点和终点时对装配体状态进行判断，如果原装配体中个数变少，则将标志置1。

Position(对准)：在虚拟手抓取零件进行装配时，发生轴线对齐约束时，则标志信号置1。

Position-z(到位)：在虚拟手抓取零件进行装配时，发生面面约束时，则标志信号置1。

当虚拟装配操作结束后，对每条操作记录下的动素标志进行聚合，按照动素聚合表的动素顺序，将虚拟装配中的操作动作转换为9位动作映射关系号，从而从动素表中查找到具体的标准操作动作。

为了实现虚拟环境中对零部件装配后的操作工艺统一表达，对装配操作过程进行建模，操作工艺需要具有查询、物理、操作对象、操作动作和操作工具5种属性，具体的表达如图2所示，说明如下：

<查询属性>::＝<操作工艺ID><操作工艺名称>

<物理属性>::＝<操作对象质量><抓取点坐标><释放点坐标>

<操作对象属性>::＝<操作对象ID><操作对象名称><操作对象类型><约束满足标志>

<操作动作属性>::＝<伸手动素标志><抓取动素标志><移动动素标志><旋转动素标志><施压动素标志><卸下动素标志><到位动素标志><对准动素标志><释放动素标志>

<操作工具属性>::＝<操作工具ID><操作工具名称><操作工具类型>

查询属性中操作工艺ID是在工艺库中的编号，具有唯一性。操作工艺名称是另外一种工艺的工艺库的查询方式。

物理属性中抓取点的坐标指虚拟手抓取操作对象时根据虚拟手的姿态和抓取点的坐标确定虚拟手和操作对象的相对位姿，它是在操作对象局部坐标系下描述的，目的是为了使得虚拟手每次抓取操作对象时始终与操作对象的相对位置一定并在操作对象的适当位置。释放点的坐标相似于抓取点的坐标，是指虚拟手释放操作对象时根据虚拟手的姿态和释放点坐标确定虚拟手和操作对象的相对位姿。操作对象的质量则是对象实际重量信息，是物理属性中的主要指标之一。

操作对象属性中操作对象ID和名称是指虚拟环境中虚拟手实际操作的对象在零件库或工具库中的编号及名称；对象的类型则是指虚拟手选择的零件或装配体类型；满足约束标志则是判断零部件或装配体的全部约束是否已经全部满足的标志，即用来判断该零部件或装配体是否已经安装到位。

操作动作属性中的九个动作标志则分别对应虚拟手在操作过程中的九个基本动素。

操作工具属性中操作工具ID及名称指虚拟手在装配零部件或装配体时，使用的虚拟工具的名称及其在工具库中的编号。操作工具类型则分为通用工具、专用定位工具、喷涂工具及拓印工具等。

2、基于虚拟装配操作过程的工艺生成

按照分类建模方法建立虚拟装配操作映射关系，由7个属性组成，分别是操作对象的初步类型、详细类型、重量、移动距离、定位方式、使用操作工具、基本操作动作，其中操作对象的初步类型属性是第一层次的模型，其他6个属性(操作对象详细类型、重量、移动距离、定位方式、使用操作工具、基本操作动作属性)是以初步类型属性为基础的第二层次模型，如图1-a层次属性示意图所示。各条虚拟装配操作信息需先按照初步类型属性进行划分，然后再按照已划分的初步类型进行其他6项的属性信息转换。对各属性的详细描述如下：

<操作对象初步类型属性>::＝<普通零件类><螺栓螺母类><标准零件类><电器零件类><工具类><其他类>

<普通零件类>::＝<操作精度><零件重量><移动距离><工具类型><定位方式><操作动作>

<螺栓螺母类>::＝<零件详细类型><零件重量><移动距离><操作工具><定位方式><操作动作>

<标准零件类>::＝<零件详细类型><零件重量><移动距离><操作工具><定位方式><操作动作>

<电器零件类>::＝<零件详细类型><零件重量><移动距离><操作工具><孔口类型><操作动作>

<工具类>::＝<工具详细类型><零件重量><移动距离><操作工具><定位方式><操作动作>

<其他类>::＝<零件详细类型><零件重量><移动距离><操作工具><定位方式><操作动作>

首先对虚拟装配操作记录下的信息，按照最容易被区别出来的零件类型将工艺工序内容划分为六大类，分别为普通零件类、螺栓螺母类、标准零件类、电器零件类、工具类及其他类，如图1-b操作对象初步类型属性分类示意图所示。

在普通零件大类中(如图1-c所示)，其零件小类种类繁多，无法以零件详细类型进行属性划分，但对于此大类零件，安装情况不同时存在不同的状态。特别在放置零件时，会存在精确的或松散的状态，而取下零件时会存在随意性的状态，在此认为当操作一个零件后，零件并未到最终位置，即仍有约束还未被确认捕捉，则该操作之定位为松散的，如所有约束均被确认捕捉，则该操作之定位为精确的。由于零件小类中不置任何相关信息，故将此三种状态描述归入操作精度属性；零件重量属性，这里将零件统一划分为3类，小于1kg、1-8kg和大于8kg；零件移动距离属性，统一划分为3类，小于20cm、20-50cm和50-80cm；操作工具类型属性，由于工具类型众多，且其他5个大类中也会使用到工具类型属性，因此将工具进行统一划分，定义了工具虚拟号表，如表2所示；定位方式属性，由于现实中装配时对定位方式分为两类，一点定位和两点定位，在虚拟环境中，定义每次轴线对齐约束确定为定位一点来得到定位方式信息；基本操作动作属性，将先前得到的动作影射关系信息置于该位即可。

表2工具虚拟号表

虚拟号	工具	虚拟号	工具
				0.1.2.3.4.5.6.7.	无内容选择手动力工具吊具直推式旋凿套筒旋凿环型扳手快速动力旋凿	8.9.a.b.c.d.e.	慢速动力旋凿机器冲击枪钳子锤子气动风枪夹具

第二大类是最简单的螺栓/螺母/螺钉类(如图1-d所示)。其中：由于螺栓/螺母/螺钉类的重量是由国家标准制定的，所以零件重量属性将规定为无内容选择。零件详细类型属性中将螺栓、螺母和螺钉分别划分为3类；其他4个属性都和第一大类普通零件类一致，分别为移动距离属性、使用操作工具属性、定位方式属性和基本操作动作属性；

第三大类是标准零件类(如图1-d所示)。按照零件详细类型属性将具体的标准零件分开，和第二大类相似，由于标准零件重量都由国家标准制定，因此零件重量属性将规定为无内容选择。其余四个属性和前两大类一致。

第四大类是电器零件类(如图1-e所示)，安装此类零件时定位方式属性一般不存在一点定位及两点定位，而针对扎线带存在有孔口的描述，以及针对插头存在最多3孔或4-15孔的描述，因此将定位方式属性改为相应的孔口类型属性。其余五个属性与前几类一致。

第五大类是工具类(如图1-f所示)，由于装配操作中，需要经常使用工具来安装零件，因此单独将工具成为一大类，在这类中，基本操作动作属性被简单定义为拿起和放下，因为其他使用工具的操作动作已经在前面各大类中体现了。

第六大类是其他类(如图1-d所示)，将其他一些不能归入上面五类的零件放于此类，如一些操作开关、防护门、推车等，其他五个属性如第二和第三大类一致。

与虚拟装配操作映射关系表相关联，需要按照虚拟装配操作过程的建模方法建立标准装配操作工艺信息模型，结构如表3(截取部分以此说明)，从而最终完成从虚拟装配提取操作工艺的目的。为了统一描述，将工艺语句的描述按照7大属性：特定工具(Tool)、聚合动作(Action)、零件小类(Part)、零件重量(Weight)、定位方式(Position)、定位类型(Typical Type)、移动距离(Distance)的顺序重新排序。另外添加上每条操作的虚拟装配操作映射关系号，和所需工时参数(数据由实地测得)。

表3标准装配操作工艺信息

Nr	Tool	Action	Part	Weight	Position	TypicalType	Distance	Contact	Time
										000100020003002200230024007600770078	用手用手用手用动力工具用动力工具用动力工具用直推式旋凿用直推式旋凿用直推式旋凿	放上放上放上压紧压紧压紧旋入旋入旋入	零件零件零件零件零件零件螺栓螺栓螺栓	1-8KG1-8KG1-8KG＜1KG＜1KG＜1KG	一点定位一点定位一点定位......一点定位一点定位一点定位......一点定位一点定位一点定位......	松散的松散的松散的精确的精确的精确的	＜20cm20-50cm50-80cm＜20cm20-50cm50-80cm＜20cm20-50cm50-80cm	122111a122211a122311a131121613122161313216210141521024152103415	1.262.042.342.763.063.183.424.55.1

以虚拟装配操作映射关系号作为查找依据，找到具体装配操作工艺内容，由于标准零件和螺栓、螺母类零件在工艺信息中都有具体零件名称，因此零件名称不需要更换，普通零件则统一没有具体名称，需要从零件属性中读取相关名称信息。将工艺内容提取所需的信息组合表达成一条具体的装配操作工艺，如：虚拟装配操作映射关系号为“122111a”，在工艺信息中查找到第0001条符合，依次提取“Tool”、“Action”、“Part”内容，这样组合出装配操作工艺为：“用手放上XX(具体零件名称)”。

本实施例中的装配操作建模使用操作动作基本动素聚合描述，与现有诸多装配操作表达方法相比，其复杂性大幅度简化，只有原先的50％，这样就实现了虚拟环境中进行装配能够即时得到详细的装配操作工艺信息，使得在虚拟环境中进行生产线规划和设计成为可能，与当前诸多汽车发动机厂凭借经验知识进行生产线和工位规划设计，建成生产线并试运行后才能进行修改来完善规划设计相比，节约了试运行及修改完善生产线和工位的成本，而这些成本又恰恰是规划设计成本中很大的一部分，占到总成本的40％左右；同时由于现有规划设计中，按照初步设计建成的生产线和工位在后续的试运行后或多或少要进行修改，应此规划设计时间周期是从初步设计到最后的改进完善，时间很长，而在本实施例中，由于完全可以在虚拟环境中完成生产线的规划、设计、改进及完善，大大缩短了设计时间，基本只有原先的60％。

Claims (10)

1.一种虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征在于，包括以下两个步骤：

①面向装配工艺生成的虚拟装配过程建模方法：操作工艺具有查询、物理、操作对象、操作动作和操作工具5种属性，参考工时测定方法，对标准装配操作动作进行分解，总结出在虚拟装配中必需的基本动素，通过对这些基本动素进行聚合，构建出实际虚拟装配中的各个装配操作动作，和其他4种属性相结合构成标准装配操作工艺模型；

所述的基本动素，根据其动作特征以及虚拟环境下装配操作特点来表达和推理装配中所用到的各种基本动素，包括伸手、握取、移物、旋转、施压、卸下、对准、到位、放手；

②基于虚拟装配操作过程映射的工艺生成方法：在实际的虚拟装配中，使用虚拟手操作零件时，按照每一个操作动作，逐条记录下动作中所用到的基本动素信息、所操作零件的属性信息及其零件移动距离信息、零件定位方式信息、使用的工具信息，当所有操作完成后，将上述信息逐条转化为与步骤①所生成的标准装配操作工艺模型相对应的虚拟装配操作映射关系，按此关系获得相应的工艺信息。

2.根据权利要求1所述的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征是，所述的基本动素，具体标志定义如下：

伸手标志：作为虚拟装配中每个装配操作的起点，当虚拟手接触到零件或工具时，借助碰撞模型，认为其为伸手，将该标志置1，只有在被操作零件发生位姿变化时，才认为先前的伸手标志有效；

握取标志：虚拟手与零件接触的状态下，当操作者用虚拟手套发出抓取信号抓取零件或工具时，将握取标志置1；

放手标志：作为虚拟装配中每个装配操作的终点，当虚拟手发出释放信号，并离开被操作零件或工具时，将放手标志置1，并将从起点开始记录下的动素标志保存下来，作为以后映射的基础信息；

移物标志：当虚拟手处于抓取零件状态时，从判断零件在操作起点和终点的位置变化，来获得标志信号值，如有数值改变，则置1；

旋转标志：当虚拟手处于抓取零件状态时，从判断零件在操作起点和终点的姿态变化，来获得标志信号值，如有数值改变，则置1；

施压标志：在虚拟装配中，由于无法直接使用虚拟手套发送信号来判断有无施压情况，结合零件信息从零件的最终状态来判断是否有施压动素产生，即对零件ID进行判断，如果该类型零件在操作过程中需要进行施压，则再判断该零件是否被完全约束，是则将施压标志置1；

卸下标志：，在操作起点和终点时对装配体状态进行判断，如果原装配体中个数变少，则将标志置1；

对准：在虚拟手抓取零件进行装配时，发生轴线对齐约束时，则标志信号置1；

到位：在虚拟手抓取零件进行装配时，发生面面约束时，则标志信号置1；

当虚拟装配操作结束后，对每条操作记录下的动素标志进行聚合，按照动素聚合表的动素顺序，将虚拟装配中的操作动作转换为9位动作映射关系号，从而从动素表中查找到具体的标准操作动作。

3.根据权利要求1所述的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征是，所述的操作动素的聚合描述，对各个标准装配操作动作分解成由基本动素组成的聚合描述，即在虚拟环境中，通过得到的基本动素的组合来表达出标准装配操作动作。

4.根据权利要求1所述的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征是，所述的标准装配操作动作，包括转动、取下、准备、插入、旋入、拧紧、压入、操作开关、装上、放上、拉松、固定、连接、倒入。

5.根据权利要求1或4所述的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征是，所述的装配操作动作，其属性是虚拟手操作过程中记录的一些变量值，各种基本动素标志是该装配操作动作是否用到相应基本动素，采用约束链表记录操作对象之间的几何约束信息，它记录和设置操作对象之间的位姿固定关系。

6.根据权利要求5所述的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征是，在使用工具操作对象时，操作对象间的固定关系标志指操作对象之间是否固定，如果它们之间的所有约束都满足在关系是固定的，其值为1，否则他们之间是可相对运动的，此时工具不能和操作对象一起移动，其值为-1；当操作对象之间的关系固定时，操作对象间的固定变换就记录了它们之间的相对位姿关系矩阵。

7.根据权利要求5所述的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征是，所述的操作对象，其属性是记录虚拟手选择的实际操作对象的信息，包括其重量信息、类型和ID信息，对象的类型和ID是指虚拟手选择操作对象的零件或者装配体类型，以及它在零件库或者工具库中的编号。

8.根据权利要求1所述的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征是，所述的操作工具，其属性是操作工具信息，指虚拟手在装配零部件或装配体时，使用的虚拟工具的名称及其在工具库中的编号，操作工具类型则分为通用工具、专用定位工具、喷涂工具及拓印工具。

9.根据权利要求1所述的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征是，所述的虚拟装配操作映射关系，由7大部分信息组成，分别是操作对象的初步类型信息、详细类型信息、重量信息、移动距离信息、定位方式信息、使用操作工具信息、基本操作动作信息，在虚拟装配操作结束后，将操作所记录的信息按查询序列形式逐条转换为上述7大部分属性信息。

10.根据权利要求1所述的虚拟装配操作过程的装配工艺生成方法，其特征是，所述的相应的工艺信息，根据现有的工艺卡中所积累的经验知识和虚拟装配操作映射关系表中的划分类型，提取出工艺工序详细内容，具体包括操作零件类型、零件重量、移动距离、定位方式、使用的特定工具、聚合动作、操作工时、映射关系等八部分组成，其中虚拟装配操作映射关系表则是关联虚拟装配操作和标准装配操作工艺信息的纽带。

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