CN102568295A - 基于面向虚拟拆装的产品装配序列模型的教学平台 - Google Patents
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Abstract
基于面向虚拟拆装的产品装配序列模型的教学平台，包括能够反映零部件的正确的装配序列和拆卸序列的拆装模型，能获取用户输入的实际拆装顺序的输入模块，和将实际拆装顺序与拆装模型比对、并识别实际拆装顺序是否正确的比对模块；所述的拆装模型的构建包括以下步骤：获取产品零部件的实际装配顺序和拆卸顺序，分别建立与装配顺序对应的装配序列图和与拆卸顺序对应的拆卸序列图；分别将装配序列图和拆卸序列图转换为计算机能够识别的数据结构；数据结构形成拆装模型。本发明具有能够表达装配序列之间的层次关系，能够检验用户在拆装实验中做出的拆装顺序的合理性和正确性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向虚拟拆装的教学平台，特别是一种基于面向虚拟拆装的产品装配序列模型的教学平台。
背景技术
20世纪90年代中期，虚拟产品开发(virtual product development，VPD)技术的出现，引起了研究者的广泛关注。虚拟装配是其核心技术之一。如何利用虚拟环境进行零部件的装配顺序和装配路径规划，并对装配规划的结果进行验证与评估，是虚拟装配的研究内容之一。装配序列的生成方法主要分为三类：
拆分法。即变装为拆的方法，将装配过程看作拆分的逆过程。Sanderson等根据装配模型中各零件间的匹配关系，定义出割集(cut-set)，从而将整个装配分解成多个子装配，然后拆分之，最终形成分解顺序(参考文献：LUIZ S.Homem de Mello，et al.A correct and complete algorithm for the generation of mechanical assembly sequences[J].Computer-Aided Design，1991，7(2)：228-240)。H-T Huang等则根据装配模型中零件的几何信息和匹配关系找出最外面的零件，并沿某一方向拆开，然后找到邻近的拆分零件，直至将所有零件拆开，从而形成拆分顺序(参考文献：OLIVER J H，HUANG H-T.Automated path planning for integrated assembly design[J].Computer-Aided Design，1994，26(9)：658-666)。
合并法。即合并局部装配顺序。先定义基本组件库，库中存储基本组件的结构及相应的装配顺序。将一个装配体按照基本组件库中的基本组件结构进行分解，形成分级结构，并找到各子结构的装配顺序，并将它们合并，从而形成整个装配体的装配顺序，但该方法还不成熟。
推理法。主要是基于实例的推理，即由专家给出一些典型的装配顺序，并连同装配结构存储到实例库中。将待规划的装配结构与实例库中的实例进行比较，找出相似实例并修改，然后得到可行的装配顺序。但用该方法建立实例库较困难。
上述的装配序列生成方法都是面向机械设计的，需要精确地表达产品零部件之间的装配约束关系；而面向教学课程的虚拟拆装只需要表达装配序列之间的层次关系。但目前还没有成熟的产品装配序列模型，用于保证拆装实验合理正确的设计和执行。
发明内容
为克服现有技术没有能够表达装配序列之间的层次关系、无法检验用户在拆装实验中做出的拆装顺序是否合理和正确的缺点，本发明提供了一种具有能够表达装配序列之间的层次关系，能够检验用户在拆装实验中做出的拆装顺序的合理性和正确性的基于面向虚拟拆装的产品装配序列模型的教学平台。
基于面向虚拟拆装的产品装配序列模型的教学平台，包括能够反映零部件的正确的装配序列和拆卸序列的拆装模型，能获取用户输入的实际拆装顺序的输入模块，和将实际拆装顺序与拆装模型比对、并识别实际拆装顺序是否正确的比对模块；
所述的拆装模型的构建包括以下步骤：
1)、获取产品零部件的实际装配顺序和拆卸顺序，分别建立与装配顺序对应的装配序列图和与拆卸顺序对应的拆卸序列图；
2)、分别将装配序列图和拆卸序列图转换为计算机能够识别的数据结构；数据结构形成拆装模型。
进一步，所述的装配序列图和拆卸序列图包括代表零部件的节点，连接关系节点以表示零部件的拆卸或装配次序的依赖关系的关系线，和表示节点在操作步骤中是否可装配或是否可拆卸的操作属性；
关系线连接两个具有装配或拆卸关系的节点，优先操作节点沿关系线指向后序操作节点；
操作属性用可操作标志的数值表示；每个节点均具有与该节点对应的可操作标志，可操作标志为-1表示操作完毕，可操作标志为0表示可操作，可操作标志为大于1的数字表示其尚未操作的优先操作节点的个数；
节点创建时，可操作标志的初始值为0，每建立一条关系线，该关系线指向的后序操作节点的可操作标志加1；
所述的节点包括代表单个零件的单节点和代表子装配体的组合节点；子装配体由多个零件所组成，故组合节点也由多个单节点所组成，组成组合节点的单节点就是该组合节点的成员节点；
创建序列图的原则包括：
(1)对每个零件建立对应的单节点，即在序列图中画一个椭圆框，并在椭圆框内标上该节点的ID号，单节点的ID号以“S”开头； 对每个子装配体建立对应的组合节点，即将组成子装配体的所有零件对应的单节点用圆角矩形框圈起来，并在圆角矩形框中标注上该节点的ID号，组合节点的ID号以“C”开头；
(2)、每个节点都具有拆卸关系线或装配关系线；
(3)、一个零件或子装配体可以对应多个节点，其中实节点必须比虚节点多一个，并按虚实相间的次序连接关系线，以实节点起始并以实节点结束；虚节点是表示需要反向操作的节点，反向操作是指装配过程中的拆卸操作、或者拆卸过程中的装配操作，虚节点可能是单节点也可能是组合节点；实节点是指装配过程中需要装配的节点、或拆卸过程中需要拆卸的节点；
(4)、关系线不出现单向循环；
序列图中的操作原则包括：
操作有效原则：只有当前可操作标志位0的节点才可以被操作；
操作处理原则：当对一个节点操作时，应同时完成以下步骤：a.将该节点的可操作标志置为-1；b.将该节点的后序操作节点的可操作标志减1；
操作完成原则：装配或拆卸完成的标志是，所有节点的可操作标志均小于0。
进一步，步骤2)中的数据结构包括记载装配体中的所有零件信息的零件表，和记载所有节点信息的节点表；
零件表的字段有：序号、零件ID号、零件名称；
节点表的公共字段有：序号、ID号(首字母区分组合节点和单 节点)、节点名称、虚节点标志、可操作标志、所属的组合节点ID、特殊父节点ID、特殊子节点ID、常规子节点ID、常规父节点ID、操作工具ID、操作方式、操作说明、第n折移动矢量、第n折旋转矢量、总移动矢量，n通过人为定义；单节点专用字段：对应零件的ID号(组合节点该字段值为0)；组合节点专用字段：成员的ID(单节点为0)；
第n折移动矢量是指沿第n段直线运动的移动矢量，旋转矢量是指移动过程中节点绕自身旋转的旋转矢量；以拧螺丝的过程为例，螺丝一边绕中轴旋转，产生一折旋转矢量，同时螺丝也沿轴线方向做直线运动，产生一折移动矢量。
本发明的技术构思是：根据产品零部件的实际装配和拆卸情况，分别建立一张装配序列图和拆卸序列图；然后将该序列图转换成计算机能够识别的表格，即建立数据结构；最后根据数据结构，以指定的原则完成虚拟产品的装配或拆卸。
本发明具有能够表达装配序列之间的层次关系，能够检验用户在拆装实验中做出的拆装顺序的合理性和正确性的优点。
附图说明
图1拆卸序列图。
图2操作流程图。
图3虚拟产品的Level Manager。
图4本发明的实现代码。
图5模具教学与实训虚拟工场应用实例。
具体实施方式
参照附图，进一步说明本发明：
基于面向虚拟拆装的产品装配序列模型的教学平台，包括能够反映零部件的正确的装配序列和拆卸序列的拆装模型，能获取用户输入的实际拆装顺序的输入模块，和将实际拆装顺序与拆装模型比对、并识别实际拆装顺序是否正确的比对模块；
所述的拆装模型的构建包括以下步骤：
1)、获取产品零部件的实际装配顺序和拆卸顺序，分别建立与装配顺序对应的装配序列图和与拆卸顺序对应的拆卸序列图；
2)、分别将装配序列图和拆卸序列图转换为计算机能够识别的数据结构；数据结构形成拆装模型。
所述的装配序列图和拆卸序列图包括代表零部件的节点，连接关系节点以表示零部件的拆卸或装配次序的依赖关系的关系线，和表示节点在操作步骤中是否可装配或是否可拆卸的操作属性；
关系线连接两个具有装配或拆卸关系的节点，优先操作节点沿关系线指向后序操作节点；
操作属性用可操作标志的数值表示；每个节点均具有与该节点对应的可操作标志，可操作标志为-1表示操作完毕，可操作标志为0表示可操作，可操作标志为大于1的数字表示其尚未操作的优先操作节点的个数；
节点创建时，可操作标志的初始值为0，每建立一条关系线，关系线指向的后序操作节点的可操作标志加1；
所述的节点包括代表单个零件的单节点和代表子装配体的组合节点；子装配体由多个零件所组成，故组合节点也由多个单节点所组成，组成组合节点的单节点就是该组合节点的成员节点；
创建序列图的原则包括：
(1)对每个零件建立对应的单节点，即在序列图中画一个椭圆框，并在椭圆框内标上该节点的ID号，单节点的ID号以“S”开头；对每个子装配体建立对应的组合节点，即将组成子装配体的所有零件对应的单节点用圆角矩形框圈起来，并在圆角矩形框中标注上该节点的ID号，组合节点的ID号以“C”开头；
(2)、每个节点都具有拆卸关系线或装配关系线；
(3)、一个零件或子装配体可以对应多个节点，其中实节点必须比虚节点多一个，并按虚实相间的次序连接关系线，以实节点起始并以实节点结束；虚节点是表示需要反向操作的节点，反向操作是指装配过程中的拆卸操作、或者拆卸过程中的装配操作，虚节点可能是单节点也可能是组合节点；实节点是指装配过程中需要装配的节点、或拆卸过程中需要拆卸的节点；
(4)、关系线不出现单向循环；
序列图中的操作原则包括：
操作有效原则：只有当前可操作标志位0的节点才可以被操作；
操作处理原则：当对一个节点操作时，应同时完成以下步骤：a.将该节点的可操作标志置为-1；b.将该节点的后序操作节点的可操作标志减1；
操作完成原则：装配或拆卸完成的标志是，所有节点的可操作标志均小于0。
由于精确定位等特殊原因，会有一两个零件有“反向操作”过程。虚节点的设置主要是为了满足某一零件或零件组的反复拆装操作。在附图1所示的拆卸序列中，节点S0016、S0012、S0010都代表零件A，它在节点S0016处先拆卸，而后在节点S0012(虚节点，用虚线圈示意)处重新安装(即拆卸的反向操作)、最后在节点S0010处再次拆卸。同一个零件所对应的各节点之间必须通过关系线连接起来，以体现出反复拆装的次序依赖关系。再举例说，零件A是零件B的定位基准，所以先装零件A，接着装零件B，但是零件A又干涉了零件C的安装，所以将之前装好的零件A拆卸掉，安装好零件C之后再把零件A装上去。在这个过程中，零件A的第一次操作(安装)以节点1表示，第二次操作(拆卸)以节点2表示，第三次操作(安装)以节点3表示。节点2就是表示反向操作的虚节点，节点1和3是实节点。在这个过程中零件A就对应了三个节点。
将优先操作节点称为父节点，将后序操作节点称为子节点；组合节点的所有成员需要一对一地建立关系线(在拆卸序列中，组合节点为父节点，单节点为子节点)；但是需要注意的是，如果组合节点A里面包含着组合节点B，那么组合节点B就是组合节点A的成员，而组合节点B里面的单节点是B自己的成员，跟组合节点A无关。如附图1中C0001的所有成员指：S0014、S0015、S0016、S0021、S0022、C0002。
当某节点完成操作之后，与该节点相关的所有关系线失效，即当一条关系线的父节点的可操作标志小于0，则该关系线失效。也就是说，用户选了某个节点，并且这个节点的所有父节点都已操作完成，程序就会将这个节点移动到指定位置，这就表示该节点操作完成。反之，若用户选了某一节点，但是该节点还有未操作的父节点，则系统会提示用户该零件还不能被操作。
步骤2)中的数据结构包括记载装配体中的所有零件信息的零件表，和记载所有节点信息的节点表；
零件表的字段有：序号、零件ID号、零件名称；
节点表的公共字段有：序号、ID号、节点名称、虚节点标志、可操作标志、所属的组合节点ID、特殊父节点ID、特殊子节点ID、常规子节点ID、常规父节点ID、操作工具ID、操作方式、操作说明、第n折移动矢量、第n折旋转矢量、总移动矢量；单节点专用字段：对应零件的ID号；组合节点专用字段：成员的ID。
单节点的ID号首字母为S，组合节点的ID号首字母为C；组合节点的对应零件的ID号置为0，单节点的成员ID置为0。
本发明的技术构思是：根据产品零部件的实际装配和拆卸情况，分别建立一张装配序列图和拆卸序列图；然后将该序列图转换成计算机能够识别的表格，即建立数据结构；最后根据数据结构，以指定的原则完成虚拟产品的装配或拆卸。
本发明具有能够表达装配序列之间的层次关系，能够检验用户在拆装实验中做出的拆装顺序的合理性和正确性的优点。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (3)
1.基于面向虚拟拆装的产品装配序列模型的教学平台，其特征在于：包括能够反映零部件的正确的装配序列和拆卸序列的拆装模型，能获取用户输入的实际拆装顺序的输入模块，和将实际拆装顺序与拆装模型比对、并识别实际拆装顺序是否正确的比对模块；
所述的拆装模型的构建包括以下步骤：
1）、获取产品零部件的实际装配顺序和拆卸顺序，分别建立与装配顺序对应的装配序列图和与拆卸顺序对应的拆卸序列图；
2）、分别将装配序列图和拆卸序列图转换为计算机能够识别的数据结构；数据结构形成拆装模型。
2.如权利要求1所述的基于面向虚拟拆装的产品装配序列模型的教学平台，其特征在于：所述的装配序列图和拆卸序列图包括代表零部件的节点，连接关系节点以表示零部件的拆卸或装配次序的依赖关系的关系线，和表示节点在操作步骤中是否可装配或是否可拆卸的操作属性；
关系线连接两个具有装配或拆卸关系的节点，优先操作节点沿关系线指向后序操作节点；
操作属性用可操作标志的数值表示；每个节点均具有与该节点对应的可操作标志，可操作标志为-1表示操作完毕，可操作标志为0表示可操作，可操作标志为大于1的数字表示其尚未操作的优先操作节点的个数；
节点创建时，可操作标志的初始值为0，每建立一条关系线，该关系线指向的后序操作节点的可操作标志加1；
创建序列图的原则包括：
（1）对每个零件建立对应的单节点，即在序列图中画一个椭圆框，并在椭圆框内标上该节点的ID号，单节点的ID号以“S”开头；对每个子装配体建立对应的组合节点，即将组成子装配体的所有零件对应的单节点用圆角矩形框圈起来，并在圆角矩形框中标注上该节点的ID号，组合节点的ID号以“C”开头；
（2）、每个节点都具有拆卸关系线或装配关系线；
（3）、一个零件或子装配体可以对应多个节点，其中实节点必须比虚节点多一个，并按虚实相间的次序连接关系线，以实节点起始并以实节点结束；虚节点是表示需要反向操作的节点，反向操作是指装配过程中的拆卸操作、或者拆卸过程中的装配操作，虚节点可能是单节点也可能是组合节点；实节点是指装配过程中需要装配的节点、或拆卸过程中需要拆卸的节点；
（4）、关系线不出现单向循环；
序列图中的操作原则包括：
操作有效原则：只有当前可操作标志位0的节点才可以被操作；
操作处理原则：当对一个节点操作时，应同时完成以下步骤：a.将该节点的可操作标志置为-1；b.将该节点的后序操作节点的可操作标志减1；
操作完成原则：装配或拆卸完成的标志是，所有节点的可操作标志均小于0。
3.如权利要求1或2所述的基于面向虚拟拆装的产品装配序列模型的教学平台，其特征在于：步骤2）中的数据结构包括记载装配体中的所有零件信息的零件表，和记载所有节点信息的节点表；
零件表的字段有：序号、零件ID号、零件名称；
节点表的公共字段有：序号、ID号、节点名称、虚节点标志、可操作标志、所属的组合节点ID、特殊父节点ID、特殊子节点ID、常规子节点ID、常规父节点ID、操作工具ID、操作方式、操作说明、第n折移动矢量、第n折旋转矢量、总移动矢量，n通过人为定义；单节点专用字段：对应零件的ID号；组合节点专用字段：成员的ID。
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