CN102254053A - 一种基于组件装配的参数化设计方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于组件装配的参数化设计方法和系统。该方法包括：将设计对象中的各个组成部分抽取成可以被参数化的组件；生成所述组件的表示，并在所述组件表示上设置该组件作为装配对象时的所有装配关系，和所述组件作为被装配对象时的标识符和装配点；选定设计所需要的组件作为装配对象，选取作为被装配对象的组件，通过检验所有装配对象的装配关系标记符和被装配对象的标识符，来确定所述装配对象的装配关系和所述被装配对象的装配点；调整所述被装配对象的位置和角度，当所述被装配对象的装配点和所述装配对象的装配关系中的定位点满足装配关系时，两者进行装配。本发明不再需要额外描述装配数据，节省了设计时间，提高了产品设计效率。
Description
技术领域
本发明涉及装配领域，尤其涉及一种基于组件装配的参数化设计方法和系统。
背景技术
随着科技发展和人类对产品需求变化的加快，产品的设计和制造往往具有较强的时效性。为了适应快速变化的需求，在现代产品设计领域也必须提高设计效率。
基于组件装配的产品设计可以让设计师将精力专注于设计对象的整体而不必关注细节，从而提高设计效率。通常的实现方式是，将设计对象所包含的各个组成部分抽取成具有通用性的组件，也称标准件或标准模块，再定义一系列装配方法(或称装配关系)将组件组合在一起，从而实现复杂的设计。当使用的组件发生改动或者需要替换时，需要根据装配关系列表重新计算所有组件的装配数据并更新设计。
现有文献和产品中基于组件的装配设计，通常是将组件与装配关系分开进行管理的，即选用组件时还需要进行选定装配关系的额外操作。而且，组件的变化对于装配的影响也是不可预知的。一旦组件需要改动或替换，整个装配设计就需要进行大面积的验证或更新，导致设计效率的降低。
图2为现有技术中的组件数据框图。从图2中可以看出该组件是由三维几何模型表示，同时附有几何参数表来描述组件的性质，组件A与组件B之间的装配关系是由外部的装配关系表和函数关系驱动表来表示的，这种将组件与装配关系分开进行管理的做法，使得选用组件时还需要进行选定装配关系的额外操作。同时组件的变化对于装配的影响是不可预知的，如果设计对象中设计的组件数量庞大，那么一旦某个组件需要改动或替换，整个装配设计就需要进行大面积的验证或更新，导致设计效率的降低。
图4为现有技术组件装配示意图，图中的每个圆圈代表一个组件，同一个方框内的圆圈表示处于同一个装配层中。从图中可以看出整个设计的装配关系是一个层状结构，也可以说是树状结构。采用这种方法装配组件，组件的变化对于整体装配是不可预知的。一旦组件需要改动或替换，整个装配设计就需要进行大面积的验证或更新。例如，图中组件C如果发生修改或替换，那么与组件C直接相连的组件A、组件F和组件G的构成的装配关系一定要做相应修改，而且，与组件C无直接关系，但是与组件C共同构成层2的其他组件与组件A的装配关系也要做一定修改，这样就导致装配设计的大面积修改。
申请号为03824122.6的中国专利申请“解释设计数据并使该数据和制造信息相关联的方法以及实现该方法的软件和系统”(文献号CN1813254，公开时间为2006年8月2日)中提出了一种为生产组件生成制造过程的方法，包括：设计要生产包括至少两个彼此要被啮合的构件的组件，对该组件的每个独立构件分配一个标识符，生成用于该制造过程的制造指令。该方法的主要目的是由构件的物理性质分配标识符，以及对接触面分配制造方法，最终生成用于制造该组件过程的制造指令。这篇专利文献并未涉及或公开各个构件装配组件过程中的装配方法及管理。
发明内容
本发明提供一种基于组件装配的参数化设计方法和系统，通过该方法和系统能方便地将多个组件装配在一起，并能在用于装配的组件发生变化时，自动更新相关联组件的形状位置等属性，使得每个组件只影响直接与之装配的组件，替换某个组件时只要复制装配关系就能保证不对装配整体产生影响，使操作者通过该方法和系统进行装配操作时，不再需要额外描述装配数据，很好的节省了设计时间，提高了产品设计效率。
一种基于组件装配的参数化设计方法，包括以下步骤：
S10，将设计对象中的各个组成部分抽取成可以被参数化的组件；
S11，生成所述组件的表示，并在所述组件表示上设置该组件作为装配对象时的所有装配关系，和所述组件作为被装配对象时的标识符和装配点；所述装配关系指所述组件作为装配对象时所有可能存在的装配方法；
S12，选定设计所需要的组件作为装配对象，选取作为被装配对象的组件，通过检验所有装配对象的装配关系标记符和被装配对象的标识符，来确定所述装配对象的装配关系和所述被装配对象的装配点；
S13，调整所述被装配对象的位置和角度，当所述被装配对象的装配点和所述装配对象的装配关系中的定位点满足装配条件时，两者进行装配；
S14，判断设计是否完成，如是，则结束；否则，返回步骤S12。
如上所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，步骤S11中，所述组件的表示是三维表示，或者是二维表示；装配关系包含以下内容，被装配对象的定位点，被装配对象在空间中的旋转，被装配对象的镜像，被装配对象的约束关系式，以及该装配关系的标记符；
被装配对象的标识符是指所述组件作为被装配对象时与装配对象中装配关系标记符相匹配的验证符，被装配对象的装配点是指所述组件作为被装配对象时与装配对象中装配关系定位点相匹配的点。
如上所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，步骤S12中，根据装配对象的装配关系中的约束关系式，自动修改被装配对象的相应属性，并将修改后的属性记录在被装配对象上。
如上所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，步骤S13中，在进行装配后，检测出被装配对象与装配对象及其相关联对象在空间中发生碰撞，或者被装配对象无法修改成满足装配关系中的约束关系式时，进行如下处理：
a)评估替换该被装配对象或者替换装配对象及其相关联的所有组件的可行性和复杂度；
b)给用户提示出可行性高并复杂度较低的操作。
如上所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，评价替换装配对象及其相关联的所有组件的可行性和复杂度，是由替换装配对象及其相关联的所有组件的装配关系的数量决定的。
如上所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，步骤S10中，所述可以被参数化的组件是一个独立的个体，这个个体是一个基本构件，或者是由多个基本构件彼此啮合的部件。
如上所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，步骤S12中，具体步骤包括：
检验所有装配对象的装配关系标记符和被装配对象的标识符，当被装配对象的标识符与装配对象中的唯一的装配关系标记符相匹配时，自动确定所述装配对象的装配关系；
当被装配对象的标识符与装配对象中的多个装配关系标记符相匹配时，由用户指定其中一个装配关系。
如上所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，步骤S13中，所述被装配对象的装配点和所述装配对象的装配关系中的定位点满足装配条件时，其中满足装配条件的装配点和定位点的关系是重叠，或者两者相距用户指定的距离，或者是在用户指定的范围内。
如上所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，装配完成后，在装配对象上自动生成装配记录，记载被装配对象和引用的装配关系。
一种基于组件装配的参数化设计系统，包括以下模块：
组件管理模块：用于将设计对象中的各个组成部分抽取成可以被参数化的组件，并在所述组件表示上设置该组件作为装配对象时的所有装配关系，和所述组件作为被装配对象时的标识符和装配点；
验证模块：从所述组件管理模块中，选定设计所需要的组件作为装配对象，选取作为被装配对象的组件，通过检验所有装配对象的装配关系标记符和被装配对象的标识符，来确定所述装配对象的装配关系和所述被装配对象的装配点，并将此信息发送给组件装配模块；
组件装配模块：通过所述验证模块的信息，调整所述被装配对象的位置和角度，当所述被装配对象的装配点和所述装配对象的装配关系中的定位点满足装配条件时，两者进行装配。
如上所述的一种基于组件装配的参数化设计系统，所述的组件管理模块还用于记录管理组件装配成功后的修改信息。
如上所述的一种基于组件装配的参数化设计系统，所述的验证模块还用于将装配成功的修改的组件信息返回给组件管理模块。
本发明的效果在于：采用本发明所述的一种基于组件装配的参数设计方法和系统，可以方便地将多个组件装配在一起，并能在用于装配的组件的形状位置等属性发生变化时，自动更新相关联组件的形状位置等属性。操作者通过该方法和系统进行装配操作时，不再需要额外描述装配数据，很好的节省了设计时间，提高了产品设计效率。
本发明之所以具有上述显著效果，其原因在于：通过本发明所述的方法和系统进行设计时，当被装配的组件需要替换时不需要重新描述装配关系，从而有效地解决了装配关系不能重用的问题。同时，由于装配关系是附着在组件上的，所以当装配起来的组件发生变化时，装配数据能够自动更新。由于每个组件对象的装配数据仅仅取决于装配的基准组件，当多个组件装配在一起时，组件之间的组合形式不再是树状的层级形式，而是更为简洁的串联结构。这种结构使得每个组件只影响直接与之装配的组件，替换某个组件时只要复制装配关系就能保证不对装配整体产生影响。
附图说明
图1为本发明实施例中一种基于组件装配的参数化设计的方法流程图；
图2为现有技术组件数据关系框图；
图3为本发明组件数据关系框图；
图4为现有技术组件装配示意图；
图5为本发明组件装配示意图；
图6为本发明实施例中将设计对象抽取成组件的示意图；
图7为本发明实施例中其中一个组件的表示；
图8为本发明实施例中基于组件装配的参数化设计的系统结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种基于组件装配的参数化设计方法，包括以下步骤：
S10，将设计对象中的各个组成部分抽取成可以被参数化的组件；
本实施例中，所述可以被参数化的组件是一个独立的个体，这个个体可以是一个基本构件，或者是由多个基本构件彼此啮合的部件。
S11，生成所述组件的表示，在所述组件表示上记录该组件的所有装配关系，和所述组件作为被装配对象时的标识符和装配点；
本实施例中，生成所述组件的表示，典型的是三维表示，也可以是二维表示；装配关系指所述组件作为装配对象时所有可能存在的装配方法，装配关系包含以下内容，被装配对象的定位点，被装配对象在空间中的旋转，被装配对象的镜像，被装配对象的约束关系式，以及该装配关系的标记符；被装配对象时的标识符是指所述组件作为被装配对象时与装配对象中装配关系标记符相匹配的验证符，装配点是指所述组件作为被装配对象时与装配对象中装配关系定位点相匹配的点。
S12，选取设计所需要的组件，确定组件上的装配关系和装配点；
本实施例中，具体步骤包括：检验所有装配对象的装配关系标记符和被装配对象的标识符，当被装配对象的标识符与装配对象中的唯一的装配关系标记符相匹配时，自动确定所述装配对象的装配关系；
当被装配对象的标识符与装配对象中的多个装配关系标记符相匹配时，由用户指定其中一个装配关系。
S13，调整被装配组件的角度和位置，当装配点和定位点满足装配条件时，进行装配；
本实施例中，被装配对象的装配点和所述装配对象的装配关系中的定位点满足装配条件时，其中满足装配条件的装配点和定位点的关系是重叠关系，或者是两者相距用户指定的距离，或者是在用户指定的范围内。
装配过程中，根据装配对象的装配关系中的约束关系式，自动修改被装配对象的相关属性，并将修改后的属性返回并记录在被装配对象上。
装配过程中，在进行装配后，如果被装配对象无法修改成满足装配关系中的约束关系式时，进行如下处理：a)评估替换该被装配对象或者替换装配对象及其相关联的所有组件的可行性和复杂度；b)给用户提示出可行性高并复杂度较低的操作。其中，评价替换装配对象及其相关联的所有组件的可行性和复杂度，是由替换装配对象及其相关联的所有组件的装配关系的数量决定的。
装配完成后，在装配对象上自动生成装配记录，记载被装配对象和引用的装配关系。
S14，判断是否完成设计。
本实施例中，判断设计是否完成，如果完成则结束装配；如未完成则返回步骤S12。
图3为本发明组件数据关系框图。从图中可以看出组件与装配关系绑定在一起，选定组件即选定了相应的装配关系，通过装配对象的标记符和被装配对象的标识符的匹配，就可以进行装配，大大减少了装配关系出错的可能性。同时组件的变化对于装配的影响是可以预知的，无论设计对象中设计的组件数量多么庞大，某个组件需要修改或者替换时，会自动更新该组件上的装配关系和装配记录，同时也会自动更新所有与之相关联的组件的信息，对设计整体不会产生影响。而且操作起来更简单方便。
图5为本发明组件装配示意图，图中的每个圆圈代表一个组件。从图中可以看出整个设计的装配关系是一个链状结构，采用这种方法装配组件，组件的变化对于整体装配是可以预知的。一旦组件需要修改或替换，整个装配设计仅仅需要与该组件有直接联系或有约束关系的组件进行修改。例如，图中组件C发生修改或替换时，仅仅修改组件B上的装配记录，和与组件C有约束关系的组件的装配数据，这样使得修改数据量大大减少。
图6为本发明实施例中将设计对象抽取成可以被参数化的组件的示意图。由图6可以看出，左边的柜子60是设计对象，右边是它抽取成的三个组件，分别是外框61，隔板62和门63。在本实施例中，每个组件都是独立的个体，这个个体可以是一个基本构件，例如隔板62，也可以是由多个基本构件彼此啮合的部件，例如外框61，它是由五块板子彼此啮合构成的。本实施例中，设定柜子60的高H＝34.5cm，宽W＝30cm，深度D＝25cm，板子厚度L＝1cm。
图7为本发明实施例中其中一个组件的表示。本实施例中，组件是用三维表示，图a是组件外框61的三维表示，及其几何数据，外框61的高H＝34.5cm，宽W＝30cm，深度D＝24cm，板子厚度L＝1cm。图b中，设定外框61的坐标系，其中点O为坐标原点。该组件的装配关系表如下所示：
| 名称 | 标记符 | 定位点 | 旋转 | 镜像 | 关联参数 |
| AS1 | ba | X:0Y:0Z:16 | X:0Y:0Z:0 | 否 | W＝28cmD＝20cm |
| AS2 | dr | X:0Y:0Z:34.5 | X:0Y:0Z:60 | 否 | H＝34.5cmW＝30cm |
组件外框61上的装配关系有两个，分别为AS1和AS2，装配关系AS1的标记符为ba，是与被装配对象的标识符相匹配的验证符，定位点为b图中的A点所示，旋转角度都为0，关联参数是约束被装配对象相应属性，本实施例中关联参数为W＝28cm，D＝20cm。在本实施例中，组件外框61不作为被装配对象，所以在组件上没有设置标识符和装配点。
图c是组件隔板62的三维表示，在本实施例中，组件隔板62作为被装配对象，标识符和装配点如下表：
| 标识符 | 装配点 |
| ba | X:0Y:0Z:0 |
组件隔板62的标识符是ba，装配点为(000)。
装配过程，首先选定组件外框61作为装配对象，组件隔板62作为被装配对象，检验组件外框61的装配关系标记符和组件隔板62的标识符，本实施例中，组件外框61的装配关系有两个，标记符也相应有两个，分别为ba和dr；组件隔板62的标识符为ba，与装配关系AS1相匹配，所以自动确定了AS1装配关系。然后，根据AS1中的约束关系式，自动修改组件隔板62的相应属性，再调整组件隔板62的位置和角度，当组件隔板62的装配点(如图c中C所示)与组件外框61的AS1中的定位点(如图b中A所示)重叠时，两者进行装配。
装配完成后，在组件外框61上自动生成装配记录，记载组件隔板62和引用的装配关系。
图8为本发明实施例中基于组件装配的参数化设计的系统结构图，如该图所示，该系统包含三部分，组件管理模块、组件装配模块和验证模块。其中，所述的组件管理模块，用于将设计对象中的各个组成部分抽取成可以被参数化的组件，并在所述组件表示上设置该组件作为装配对象时的所有装配关系，和所述组件作为被装配对象时的标识符和装配点，同时还记录管理组件装配成功后的修改信息；
验证模块，从所述组件管理模块中，选定设计所需要的组件作为装配对象，选取合适的组件作为被装配对象，检验所有装配对象的装配关系标记符和被装配对象的标识符，来确定所述装配对象的装配关系和所述被装配对象的装配点，并将此信息发送给组件装配模块。同时还包括将装配成功的修改的组件信息返回给组件管理模块；
组件装配模块，通过所述验证模块的信息，调整所述被装配对象的位置和角度，当所述被装配对象的装配点和所述装配对象的装配关系中的定位点满足装配条件时，两者进行装配。
通过本发明所述的方法和系统进行设计时，组件与装配关系绑定在一起，选定组件即选定了相应的装配关系，大大减少了装配关系出错的可能性。同时，组件的任何变化对装配设计的整体造成的影响都是完全确定的，并且装配数据能够自动校验和更新。从而有效降低因修改组件带来的设计效率的损失。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种基于组件装配的参数化设计方法，包括如下步骤：
S10，将设计对象中的各个组成部分抽取成可以被参数化的组件；
S11，生成所述组件的表示，并在所述组件表示上设置该组件作为装配对象时的所有装配关系，和所述组件作为被装配对象时的标识符和装配点；所述装配关系指所述组件作为装配对象时所有可能存在的装配方法；
S12，选定设计所需要的组件作为装配对象，选取作为被装配对象的组件，通过检验所有装配对象的装配关系标记符和被装配对象的标识符，来确定所述装配对象的装配关系和所述被装配对象的装配点；
S13，调整所述被装配对象的位置和角度，当所述被装配对象的装配点和所述装配对象的装配关系中的定位点满足装配条件时，两者进行装配；
S14，判断设计是否完成，如是，则结束；否则，返回步骤S12。
2.如权利要求1所述一种基于组件装配的参数化设计方法，其特征在于，步骤S11中，所述组件的表示是三维表示，或者是二维表示；所述装配关系包含以下内容：被装配对象的定位点，被装配对象在空间中的旋转，被装配对象的镜像，被装配对象的约束关系式，以及该装配关系的标记符；
所述被装配对象的标识符是指所述组件作为被装配对象时与装配对象中装配关系标记符相匹配的验证符，被装配对象的装配点是指所述组件作为被装配对象时与装配对象中装配关系定位点相匹配的点。
3.如权利要求2所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，其特征在于，步骤S12中，根据装配对象的装配关系中的约束关系式，自动修改被装配对象的相应属性，并将修改后的属性记录在被装配对象上。
4.如权利要求1、2或3所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，其特征在于，步骤S13中，在进行装配后，检测出被装配对象与装配对象及其相关联对象在空间中发生碰撞，或者被装配对象无法修改成满足装配关系中的约束关系式时，进行如下处理：
a)评估替换该被装配对象或者替换装配对象及其相关联的所有组件的可行性和复杂度；
b)给用户提示出可行性高并复杂度较低的操作。
5.如权利要求4所述一种基于组件装配的参数化设计的方法，其特征在于，评价替换装配对象及其相关联的所有组件的可行性和复杂度，是由替换装配对象及其相关联的所有组件的装配关系的数量决定的。
6.如权利要求1、2或3所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，其特征在于，步骤S10中，所述可以被参数化的组件是一个独立的个体，这个个体是一个基本构件，或者是由多个基本构件彼此啮合的部件。
7.如权利要求1、2或3所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，其特征在于，步骤S12中，具体步骤包括：
检验装配对象的装配关系标记符和被装配对象的标识符，当被装配对象的标识符与装配对象中的唯一的装配关系标记符相匹配时，自动确定所述装配对象的装配关系；
当被装配对象的标识符与装配对象中的多个装配关系标记符相匹配时，由用户指定其中一个装配关系。
8.如权利要求1、2或3所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，其特征在于，步骤S13中，所述被装配对象的装配点和所述装配对象的装配关系中的定位点满足装配条件时，其中满足装配条件的装配点和定位点的关系是重叠，或者两者相距用户指定的距离，或者是在用户指定的范围内。
9.如权利要求8所述的一种基于组件装配的参数化设计方法，其特征在于，装配完成后，在装配对象上自动生成装配记录，记载被装配对象和引用的装配关系。
10.一种基于组件装配的参数化设计系统，其特征在于，该系统包括以下模块：
组件管理模块：用于将设计对象中的各个组成部分抽取成可以被参数化的组件，并在所述组件表示上设置该组件作为装配对象时的所有装配关系，和所述组件作为被装配对象时的标识符和装配点；
验证模块：从所述组件管理模块中，选定设计所需要的组件作为装配对象，选取作为被装配对象的组件，检验所有装配对象的装配关系标记符和被装配对象的标识符，来确定所述装配对象的装配关系和所述被装配对象的装配点，并将此信息发送给组件装配模块；
组件装配模块：通过所述验证模块的信息，调整所述被装配对象的位置和角度，当所述被装配对象的装配点和所述装配对象的装配关系中的定位点满足装配条件时，两者进行装配。
11.如权利要求10所述的一种基于组件装配的参数化设计系统，其特征在于：所述的组件管理模块还用于记录管理组件装配成功后的修改信息。
12.如权利要求10或11所述的一种基于组件装配的参数化设计系统，其特征在于：所述的验证模块还用于将装配成功的修改的组件信息返回给组件管理模块。
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