CN105243237A - 一种装配工艺结构树及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配工艺结构树，假设一个装配体由m个零部件组成，装配过程由n道装配工序组成，每道装配工序装配的零部件记为m_i,i∈{1,2,…,n}，且满足那么，装配工艺结构树是一颗有序树，是由n+m个节点组成的有穷集合D以及D上的关系集合R构成的，记为IPA，IPA的根节点IPA_n∈D，IPA_n仅包含一个分支节点IPA_n-1，以及m_n个叶节点，其中分支节点IPA_n-1是根节点的第一个节点，并且分支节点IPA_n-1本身又构成一颗装配工艺结构树，m_n个叶节点按照装配顺序从左到右依次排列。本发明还公开一种装配工艺结构树的构建方法。本发明具有以下优点：该装配工艺结构书通过工序对零部件进行重新组织，并将工艺设计信息以属性的方式记录在工序节点当中，实现了基于模型的装配工艺信息表达。

Description

一种装配工艺结构树及其构建方法

技术领域

本发明涉及一种生产工艺，尤其涉及的是一种装配工艺。

背景技术

复杂产品装配是一项技术难度大、涉及多学科领域的综合性集成技术，在很大程度上决定了产品的最终质量、制造成本和研制周期。为了提高装配质量和装配效率，降低装配成本及产品的开发周期，人们对计算机辅助装配工艺设计(ComputerAidedAssemblyProcessPlanning,CAAPP)进行了大量的研究。然而，目前国内的大部分制造企业仍然采用传统的基于二维工程图的装配工艺设计方法，这种工艺设计方法存在很多问题，主要表现在：二维装配工艺设计方法与上游的全三维数字化设计不相适应，出现了数据“断层”；二维装配工艺设计缺乏有效的仿真验证手段，导致设计出来的工艺很难指导装配，时常出现零部件漏装、错装、装不上的情况；由于缺乏工装、工具的支持，传统的二维装配工艺设计不能够对工装的合理性，工具的可达性进行验证，导致工装设计不合理、工具的操作空间不足，产生干涉；生产现场仍然采用纸质的二维装配工艺文件，使得操作人员不能很好地理解产品的装配过程，需要工艺人员现场指导装配。

基于模型的装配工艺信息定义是实现三维装配工艺设计的关键瓶颈技术之一，而现有的装配结构模型(如基于图的关系模型、树状结构的层次模型以及混合模型)仅能够反映出零部件之间的装配约束关系和层次结构关系，都是对装配结构的一种静态表达，无法实现装配过程的表达，导致装配工艺信息无法直接定义在装配结构模型当中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的缺点提供了一种装配工艺结构树及其构建方法，将装配过程中参与的零部件通过工序进行组织，并将工艺设计信息以属性的方式记录在工序节点当中，从而实现了基于模型的装配工艺信息表达。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种装配工艺结构树，假设一个装配体由m个零部件组成，装配过程由n道装配工序组成，每道装配工序装配的零部件记为m_i,i∈{1,2,…,n}，且满足那么装配工艺结构树是一颗有序树，是由n+m个节点组成的有穷集合D以及D上的关系集合R构成的，记为IPA，IPA的根节点IPA_n∈D，IPA_n仅包含一个分支节点IPA_n-1，以及m_n个叶节点，其中分支节点IPA_n-1是根节点的第一个节点，并且分支节点IPA_n-1本身又构成一颗装配工艺结构树，m_n个叶节点按照装配顺序从左到右依次排列。

进一步的，所述的零部件是指作为一个装配单元配套到某一工序上的零件、组件或者部件，一个部件在该装配体的装配过程中作为一个整体参与装配，则这个部件只算一个零部件。

进一步的，装配工艺结构树的定义是一个递归定义，它的分支节点也是装配工艺结构树。

进一步的，装配工艺结构树具有以下特点：

(1)装配工艺结构树是一颗有序树；

(2)一个装配工艺结构树由n+m个节点组成，其中n为装配工序总数，m为装配体参与装配的零部件数目；

(3)假设装配工序数为n，那么装配工艺结构树的深度为n+1；

(4)除了最底层之外，装配工艺结构树的每一层有且仅有一个分支节点，其余为叶子节点；

(5)除第一个装配工序节点的度为m₁之外，第i个装配工序节点IPA_i的度为m_i+1；

(6)除第一道工序之外，第i道装配工序对应装配工艺结构树的第n-i+2层，并且该层节点数为m_i+1；

(7)除了第一层及最底层之外，第i层的节点数为m_n-i+2+1。

进一步的，装配工艺结构树以装配工序模型为主线，反映了装配体的装配过程，即从装配工艺结构树的最底层开始，在一个装配基准零部件上面，安装上若干个零部件件，形成一个装配工序模型，然后以该装配工序模型为基准件，安装上若干个零部件，形成一个新的装配工序模型，直到完成最后一道工序的装配，最后形成的那个装配工序模型即为装配体的装配结果。

进一步的，装配工艺结构树反映零部件的装配顺序，首先，是不同层次间零部件的装配顺序，底层的零部件先于顶层的零部件装配；其次是同一层次上零部件的装配顺序，左侧节点的零部件先于右侧节点的零部件装配。

进一步的，装配工艺结构树建立之后，工艺设计信息通过属性的方式保存到模型当中。

本发明还提供一种如上述任一项方案所述的装配工艺结构树的构建方法，包含以下几个步骤：

(1)装配结构管理

根据输入的产品\部件\组件模型，对设计物料清单进行调整，建立虚拟装配组件，完善零组件基本属性信息，并调整装配层次关系，确定零部件之间的装配顺序，形成装配物料清单；

(2)装配工艺设计

根据零部件的装配顺序关系，确定装配工艺路线，定义每道工序参与装配的零部件以及所使用的装配资源信息，定义装配工序，确定装配工艺路线；

(3)装配工序模型构建

定义一个空的工序模型组件节点，并完善工序属性信息，包括工序号、工序名称、装配资源，然后将上一道工序的工序模型和本道工序的配套零部件模型添加到新建的工序模型组件节点下面，装配工序模型的定义是一个递归定义，每道工序模型都包含前一道工序模型和本道工序参与装配的零部件；

(4)装配路径仿真

装配路径仿真以装配工序模型为基础，规划每个装配操作的实现过程，并对装配操作的顺序进行规划；

(5)三维工艺文件输出

当工艺设计完成之后，从模型当中提取工艺信息，生成结构化工艺信息，并将工艺信息、工序模型以及轻量化工序模型保存到产品数据管理系统当中进行管理。

本发明相比现有技术具有以下优点：

(1)将装配过程中参与的零部件通过工序进行组织，并将工艺设计信息以属性的方式记录在工序节点当中，从而实现了基于模型的装配工艺信息表达。

(2)直接应用三维模型，使得工艺设计人员更好的了解装配对象，降低了了读二维图带来的理解上的错误率，减少了读图时间，缩短了工艺设计周期。在三维模型的支持下，通过构建虚拟装配环境，对工装的合理性，工具的可行性进行验证，从而提高了工艺设计的有效性，减少了工艺更改。生产现场能够看到实时的装配动画，指导性好。

附图说明

图1是装配工艺结构树；

图2是本发明工序模型正向辅助生成过程示意图；

图3是工序模型的递归定义示意图；

图4是本发明实施例中齿轮泵装配体结构示意图；

图5是本发明实施例中齿轮泵装配工艺结构树建立示意图。

具体实施方式

下面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。

本发明提出了一种装配工艺结构树及其构建方法。

装配工艺结构树以装配工序为单位，通过装配工序对装配结构进行重新组织而形成的一个能够反映装配过程和装配顺序的装配结构树。为了便于对装配工艺结构树进行表示与存储，本文通过图论中的树对其进行描述，如图1所示。

假设一个装配体由m个零部件组成(此处的零部件指的是零件、组件或者部件。例如，一个部件在该装配体的装配过程中作为一个整体参与装配，那么这个部件只算一个零部件)，装配过程由n道装配工序组成，每道装配工序装配的零部件记为m_i,i∈{1,2,…,n}，且满足

$\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{m}_i=m.$

那么装配工艺结构树的定义如下：

装配工艺结构树是一颗有序树，是由n+m个节点组成的有穷集合(不妨用D来表示这个集合)以及D上的关系集合R构成的，记为IPA。IPA的根节点IPA_n∈D，IPA_n仅包含一个分支节点IPA_n-1，以及m_n个叶节点。其中分支节点IPA_n-1是根节点的第一个节点，并且分支节点IPA_n-1本身又构成一颗装配工艺结构树。m_n个叶节点按照装配顺序从左到右依次排列。

装配工艺结构树的定义是一个递归定义，因为它的分支节点也是装配工艺结构树。

装配工艺结构树除了具备树的一般特点之外，还具有以下特点：

(1)装配工艺结构树是一颗有序树。

(2)一个装配工艺结构树由n+m个节点组成，其中n为装配工序总数，m为装配体参与装配的零部件数目。

(3)假设装配工序数为n，那么装配工艺结构树的深度为n+1。

(4)除了最底层之外，装配工艺结构树的每一层有且仅有一个分支节点，其余为叶子节点。

(5)除第一个装配工序节点的度为m₁之外，第i个装配工序节点IPA_i的度为m_i+1。

(6)除第一道工序之外，第i道装配工序对应装配工艺结构树的第n-i+2层，并且该层节点数为m_i+1。

(7)除了第一层及最底层之外，第i层的节点数为m_n-i+2+1。

装配工艺结构树以装配工序模型为主线，反映了装配体的装配过程，即从装配工艺结构树的最底层开始，在一个装配基准零部件上面，安装上若干个零部件件，形成一个装配工序模型，然后以该装配工序模型为基准件，安装上若干个零部件，形成一个新的装配工序模型，直到完成最后一道工序的装配，最后形成的那个装配工序模型即为装配体的装配结果。

装配工艺结构树能够反映零部件的装配顺序。首先，是不同层次间零部件的装配顺序，底层的零部件先于顶层的零部件装配；其次是同一层次上零部件的装配顺序，左侧节点的零部件先于右侧节点的零部件装配。

装配工艺结构树建立之后，工艺设计信息便可以通过属性的方式保存到模型当中。如工序信息可以保存到装配工序节点的属性中，包括工序号、工序名称、装配资源等信息。

装配工艺结构树的构建方法如图2所示，包含以下几个步骤：

(1)装配结构管理

根据输入的产品\部件\组件模型，对设计物料清单进行调整，建立虚拟装配组件，完善零组件基本属性信息，并调整装配层次关系，确定零部件之间的装配顺序，形成装配物料清单。

(2)装配工艺设计

根据零部件的装配顺序关系，确定装配工艺路线，定义每道工序参与装配的零部件以及所使用的装配设备、工装等装配资源信息。定义装配工序，确定装配工艺路线。

(3)装配工序模型构建

定义一个空的工序模型组件节点，并完善工序属性信息，包括工序号、工序名称、装配资源等，然后将上一道工序的工序模型和本道工序的配套零部件模型添加到新建的工序模型组件节点下面。装配工序模型的定义是一个递归定义，每道工序模型都包含前一道工序模型和本道工序参与装配的零部件，如图3所示。

(4)装配路径仿真

装配路径仿真以装配工序模型为基础，规划每个装配操作的实现过程，并对装配操作的顺序进行规划。系统提供了运动导航工具，可以方便地实现装配操作对象的约束运动和精确的定位。

(5)三维工艺文件输出

当工艺设计完成之后，从模型当中提取工艺信息，生成结构化工艺信息，并将工艺信息、工序模型以及轻量化工序模型保存到产品数据管理系统当中进行管理。

本发明以如图4所示齿轮泵装配体为例，对装配工艺结构树的建立过程进行说明。表1所示为齿轮泵装配体的装配工艺信息。

表1齿轮泵装配工艺信息

如图5所示左侧部分为齿轮泵的装配结构树，装配工艺结构树的构建过程是从第一道装配工序10开始，创建一个装配工序模型节点，记为IPA₁；然后获取10工序的配套零部件，并将配套零部件复制到新建的装配工序模型节点下面。接下来创建第二道装配工序20的装配工序模型节点，记为IPA₂，然后将上一道工序对应的装配工序模型节点IPA₁复制到IPA₂节点下面，同时将20装配工序的配套零部件节点从装配BOM树上复制过来。以此类推，直到最后一道工序为止。如图5中间部分为创建的装配工艺结构树，为了便于理解，将装配工艺结构树转化为右侧所示的表现形式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种装配工艺结构树，其特征在于，假设一个装配体由m个零部件组成，装配过程由n道装配工序组成，每道装配工序装配的零部件记为m_i,i∈{1,2,…,n}，且满足那么，装配工艺结构树是一颗有序树，是由n+m个节点组成的有穷集合D以及D上的关系集合R构成的，记为IPA，IPA的根节点IPA_n∈D，IPA_n仅包含一个分支节点IPA_n-1，以及m_n个叶节点，其中分支节点IPA_n-1是根节点的第一个节点，并且分支节点IPA_n-1本身又构成一颗装配工艺结构树，m_n个叶节点按照装配顺序从左到右依次排列。

2.根据权利要求1所述的一种装配工艺结构树，其特征在于，所述的零部件是指作为一个装配单元配套到某一工序上的零件、组件或者部件，一个部件在该装配体的装配过程中作为一个整体参与装配，则这个部件只算一个零部件。

3.根据权利要求1所述的一种装配工艺结构树，其特征在于，装配工艺结构树的定义是一个递归定义，它的分支节点也是装配工艺结构树。

4.根据权利要求1所述的一种装配工艺结构树，其特征在于，装配工艺结构树具有以下特点：

(1)装配工艺结构树是一颗有序树；

(2)一个装配工艺结构树由n+m个节点组成，其中n为装配工序总数，m为装配体参与装配的零部件数目；

(3)假设装配工序数为n，那么装配工艺结构树的深度为n+1；

(4)除了最底层之外，装配工艺结构树的每一层有且仅有一个分支节点，其余为叶子节点；

(5)除第一个装配工序节点的度为m₁之外，第i个装配工序节点IPA_i的度为m_i+1；

(6)除第一道工序之外，第i道装配工序对应装配工艺结构树的第n-i+2层，并且该层节点数为m_i+1；

(7)除了第一层及最底层之外，第i层的节点数为m_n-i+2+1。

5.根据权利要求1所述的一种装配工艺结构树，其特征在于，装配工艺结构树以装配工序模型为主线，反映了装配体的装配过程，即从装配工艺结构树的最底层开始，在一个装配基准零部件上面，安装上若干个零部件件，形成一个装配工序模型，然后以该装配工序模型为基准件，安装上若干个零部件，形成一个新的装配工序模型，直到完成最后一道工序的装配，最后形成的那个装配工序模型即为装配体的装配结果。

6.根据权利要求6所述的一种装配工艺结构树，其特征在于，装配工艺结构树反映零部件的装配顺序，首先，是不同层次间零部件的装配顺序，底层的零部件先于顶层的零部件装配；其次是同一层次上零部件的装配顺序，左侧节点的零部件先于右侧节点的零部件装配。

7.根据权利要求6所述的一种装配工艺结构树，其特征在于，装配工艺结构树建立之后，工艺设计信息通过属性的方式保存到模型当中。

8.一种如权利要求1至8任一项所述的装配工艺结构树的构建方法，其特征在于，包含以下几个步骤：

(1)装配结构管理

根据输入的产品\部件\组件模型，对设计物料清单进行调整，建立虚拟装配组件，完善零组件基本属性信息，并调整装配层次关系，确定零部件之间的装配顺序，形成装配物料清单；

(2)装配工艺设计

根据零部件的装配顺序关系，确定装配工艺路线，定义每道工序参与装配的零部件以及所使用的装配资源信息，定义装配工序，确定装配工艺路线；

(3)装配工序模型构建

定义一个空的工序模型组件节点，并完善工序属性信息，包括工序号、工序名称、装配资源，然后将上一道工序的工序模型和本道工序的配套零部件模型添加到新建的工序模型组件节点下面，装配工序模型的定义是一个递归定义，每道工序模型都包含前一道工序模型和本道工序参与装配的零部件；

(4)装配路径仿真

装配路径仿真以装配工序模型为基础，规划每个装配操作的实现过程，并对装配操作的顺序进行规划；

(5)三维工艺文件输出

当工艺设计完成之后，从模型当中提取工艺信息，生成结构化工艺信息，并将工艺信息、工序模型以及轻量化工序模型保存到产品数据管理系统当中进行管理。