CN109583684B - 用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法，利用常规方法生成产品的装配接触矩阵、装配支撑矩阵和装配干涉矩阵；通过对不同类型连接件分析得到各零件间的连接关系以及安装配先后顺序存放部分零件的数据库，将连接关系引入装配接触矩阵中形成装配接触‑连接矩阵；通过装配矩阵确定出基准件、候选零件，对候选零件进行处理并设置要装配零部件，判断出可装配的要装配零部件，然后与数据库进行匹配，得到要装配零部件中所有零件的装配顺序。本发明通过对连接件进行分类分析，获得零件间的连接关系并作用于装配序列规划，可以提高装配序列规划的效率，降低装配成本，减少出错率，缩短生产周期。

Description

用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法
技术领域
本发明涉及产品自动化装配序列规划技术领域，具体涉及到一种用于复杂装配体装配序列规划的装配连接关系信息自动提取与表达方法。
背景技术
产品的装配成本约占制造成本的40％～50％，装配自动化一直是制造自动化中的瓶颈问题。装配序列规划(ASP)是装配自动化的一项关键技术，其主要在获取装配体中各约束信息的基础上完成对装配体中各零部件装配顺序的自动编排，从而生成满足装配体实际装配需求的装配序列。
当前国内外学者对装配序列规划技术进行了大量探索，并将拆卸法、“割集”算法、遗传算法、蚁群算法、人工神经网络等引入装配序列规划研究中，形成了较完整的装配序列规划体系，但对装配连接关系信息的提取与表达应用方面仍存在如下诸多问题：
1、装配连接关系信息多通过人工判断，对于复杂产品来说耗时较长、效率低下并容易产生错误；
2、对零件间的装配连接关系没有清晰明朗的判断与表示方法，导致装配连接关系在装配序列规划中应用的不足；
3、在装配序列规划中装配连接关系一般只用在装配序列评价方面，忽略了产生该连接关系的零件间的内在装配先后关系，导致装配序列规划算法效率降低并容易出现“组合爆炸”现象。
综上所述，针对用于装配序列规划的装配连接关系提取与表达方法的研究，旨在最大限度的解决装配序列规划过程中装配连接关系的提取与表达应用的不足，不仅在理论上有创新，而且在提高装配序列规划乃至装配工艺规划效率方面有着非常重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有复杂装配体在装配序列规划时所需要的各零部件间的连接关系自动获取以及连接关系在装配序列规划中表达与应用的不足，提出一种新的装配体连接关系自动提取与表达方法，通过判断模型特征获取零件间的连接关系，并利用各连接关系的内在特征引导生成局部的装配序列，以减少装配序列规划的计算量，提高复杂产品装配序列规划的效率。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法，包括以下步骤：
(1)利用静态干涉检查功能得到由n个零件组成的装配体P＝{p1，p2，…，pn}的装配接触矩阵CM；根据零件名称的语义判断出装配体P中各个零部件的零件类型，对其中的连接件进行分析，获取到各零件间的连接关系，生成按装配先后顺序存放与连接件存在连接关系零件的数据库DB，将连接关系引入装配接触矩阵CM中形成装配接触-连接矩阵CCM；利用常规方法得到由n个零件组成的装配体P＝{p1，p2，…，pn}的装配支撑矩阵GM、装配干涉矩阵IM；
(2)通过计算装配支撑矩阵GM每行的行和，将行和为0的行所表示的零件确定为基准件，将基准件存入已装配零件集合AA中；
(3)以已装配零件集合AA中的每一个元素为装配接触-连接矩阵CCM的行向量，通过遍历装配接触-连接矩阵CCM中每一个已装配零件行向量上的每一列，确定出与已装配零件存在接触或连接关系的零件，并存入候选零件集合CP中，候选零件集合CP中零件数量为m，零件ua是候选零件集合CP中的第a个候选零件，a＝1，2，…，m；
(4)根据候选零件集合CP中不同的连接件，将不同连接件连接的候选零件划分到不同的零件集合中，即将不同连接件连接的零件区分开，剩下的每个候选零件自为一个零件集合，接着将这些新规划出的零件集合存入处理后的候选零件集合DC中,处理后的候选零件集合DC＝{{u1，u2，u3}，{u4，u5}，…，{um-1}，{um}}；处理后的候选零件集合DC中零件集合的数量为q，零部件Lb是处理后的候选零件集合DC中的第b个零件集合中的所有零件，b＝1，2，…，q，记零部件Lb(b＝1)为要装配零部件；
(5)以要装配零部件Lb中的每个零件为装配支撑矩阵GM的行向量，以已装配零件集合AA中的每个零件为装配支撑矩阵GM的列向量，遍历要装配零部件Lb中各零件在装配支撑矩阵GM中所在行、已装配零件在装配支撑矩阵GM中所在列上的值，当存在值为1的情况时，要装配零部件Lb可以从已装配零件获得稳定支撑；否则，要装配零部件Lb不能从已装配零件获得稳定支撑，将处理后的候选零件集合DC中的下一个零部件Lb(b＝b+1)作为要装配零部件，转步骤(5)；
(6)遍历除已装配零件集合AA以及要装配零部件Lb外的所有零件在装配干涉矩阵IM中所在行、要装配零部件Lb中所有零件在装配干涉矩阵IM中所在列上的值,当存在值为1的情况时，此时装要装配零部件Lb会影响未装配零件的装配，将处理后的候选零件集合DC中的下一个零部件Lb(b＝b+1)作为要装配零部件，转步骤(5)；否则，此时装要装配零部件Lb不会影响未装配零件的装配；
(7)将要装配零部件Lb中的所有零件与数据库DB中的零件集合进行匹配(当数据库DB中存在某个元素包含要装配零部件Lb中的所有零件，则匹配成功；否则，匹配失败)，当匹配成功时，将要装配零部件Lb中的所有零件按照其在数据库DB中的先后顺序存入已装配零件集合AA中，当匹配失败时，对要装配零部件Lb中的所有零件进行分析判断，确定这些零件的装配顺序；
(8)清空候选零件集合CP以及处理后的候选零件集合DC，重复步骤(3)至(8)直至已装配零件集合AA中的零件数为n。
进一步优选的，步骤(1)中，所述装配接触矩阵CM＝(cij)n×n，其中
Figure BDA0001828900300000031
装配接触-连接矩阵CCM＝(ccij)n×n，其中
Figure BDA0001828900300000041
装配支撑矩阵GM＝(gij)n×n，其中
Figure BDA0001828900300000042
装配干涉矩阵IM＝(Iij)n×n，其中
Figure BDA0001828900300000043
i是矩阵的第i行，j是矩阵的第j列，pi是第i行零件，pj是第j列零件；数据库DB中数据：每一个连接件和与其存在连接关系的零件按照装配先后顺序存放，由不同连接件产生的结果要分开存放。
进一步优选的，步骤(1)中所述的静态干涉检查功能是指三维设计软件中自带的功能，该功能能自动判断出各零件间的接触、不接触和干涉关系。
进一步优选的，步骤(1)中所述的通过每一个连接件连接的零件按照装配过程中的先后顺序存入数据库DB中的具体内容是，在对每一种连接件制定其相关零件装配先后顺序规则以及找出通过该连接件连接的零件的基础上，将这些零件以及该连接件根据制定的规则按照装配过程中的实际情况进行排序，并把排序的结果保存到数据库DB中。
进一步优选的，步骤(1)中所述的对连接件进行分析具体方法是根据连接件零件名称的语义判断出连接件的类型，然后根据该类连接件在实际装配中与其他和该类连接件存在连接关系的零件的配合方式制定规则，根据制定的规则找到与该连接件存在连接关系的零件并确定他们之间的连接方式。
进一步优选的，步骤(1)中所述的常规方法为装配支撑矩阵GM和装配干涉矩阵IM的自动获取方法。
进一步优选的，步骤(7)中，当要装配零部件Lb中的所有零件与数据库DB中的零件集合匹配失败时，遍历装配零部件Lb中的所有零件，以要装配零部件Lb中的第1个零件为要装配零件，判断要装配零件是否影响未装配零件的装配，当要装配零件影响未装配零件的装配时，则选择要装配零部件Lb中下一个零件为要装配零件，并重复上述要装配零件是否影响未装配零件装配的判断；否则，将要装配零件存入已装配零件集合AA中，并将要装配零件从要装配零部件Lb中移除，选择要装配零部件Lb中下一个零件为要装配零件，重复上述要装配零件是否影响未装配零件装配的判断；直至要装配零部件Lb中的零件个数为0时结束。
本发明的优点和有益效果：
1、本发明的方法减少了人工对装配序列规划过程的干预，并增强装配连接关系在装配序列规划过程中的应用。
2、本发明结合实际装配过程中各类连接件的特点，制定出不同类型连接件的处理方法，进而判断出与该连接件存在连接关系的零件、各零件安装的先后顺序以及他们之间的连接方式，并在装配序列规划中以矩阵的形式表达，提高了装配体中连接关系判断的效率和自动化程度；
3、本发明在装配序列规划的过程中利用各连接关系的特点自动规划出与该连接关系相关零件的装配顺序，从而降低了装配序列规划的难度、缩小了最优装配序列搜索的空间，提高了装配序列规划的效率。
附图说明
图1是基于连接关系的装配序列规划的总体流程图。
图2是图1的装配接触-连接矩阵生成方法的流程图。
图3是图2的螺栓类零件处理方法的具体流程图。
图4是图2的螺柱类零件处理方法的具体流程图。
图5是图2的销类零件处理方法的具体流程图。
图6是本发明实施例的爆炸图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的一种用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法，具体包括如下步骤：
1、根据产品中各零件的作用对零件分类。
(1)功能件。用来实现特定要求的零部件(如轴等)。
(2)连接件。用来保持结构稳定性的零件(螺栓、螺柱、销、键等)。
根据连接件在保持装配体结构稳定时的差异将其分为以下几种类型：
螺栓类零件：螺栓类零件作用时分为两种情况。第一种，螺栓与功能件连接，通过螺母紧固；第二种，螺栓与功能件连接，固定在其他功能件上。
螺柱类零件：螺柱类零件作用时一端固定在功能件上，中间是被连接的功能件，另一端通过螺母紧固。
螺钉类零件：螺钉类零件作用时与所连接的功能件之间为过盈配合。
螺母类零件：螺母类零件与螺栓类零件或螺柱类零件配合使用。
销类零件：销类零件作用于与其存在接触关系的零部件。
键类零件：键类零件通常作用于两个零部件并与其存在接触关系。
其他类型连接件：与上述类型的零件有相似的功能，可以起到保持装配体结构的作用。
2、根据装配体中各零件间的接触与干涉情况，得到由n个零件组成的装配体P＝{p1，p2，…，pn}的装配接触矩阵CM；根据零件名称的语义判断出装配体中各个零件的零件类型，然后对其中的连接件进行分析计算，获取到各零件间的连接关系，将连接关系引入配接触矩阵CM中形成接触-连接矩阵CCM，并根据各连接件确定连接关系的相关零件集合生成数据库DB。
(1)装配接触矩阵GM的定义如下：
CM＝(cij)n×n，
其中，cij是装配接触矩阵CM的矩阵元素，表示零件pi与零件pj之间的接触关系，1≤i≤n,1≤j≤n,i表示装配接触矩阵CM的第i行，j表示装配接触矩阵CM的第j列。矩阵元素cij的判断标准如下：
Figure BDA0001828900300000061
因为零件本身不会与自己存在接触或干涉关系，所以cii＝0。
(2)装配接触-连接矩阵CCM的定义如下：
CCM＝(ccij)n×n，
其中，ccij是装配接触-连接矩阵CCM的矩阵元素，表示零件pi与零件pj之间的接触或连接关系，1≤i≤n,1≤j≤n,i表示装配接触-连接矩阵CCM的第i行，j表示装配接触-连接矩阵CCM的第j列。矩阵元素ccij的判断标准如下：
Figure BDA0001828900300000071
因为零件本身不会与自己存在接触、干涉或连接关系，所以ccii＝0。
综上所述，装配接触-连接矩阵CCM为一个包含数字0-8的n阶方阵。
在实际装配环境下，根据装配体中的零件是否可以获得稳定支撑，得到装配支撑矩阵。由于在虚拟环境中，装配体及其中的零件都被假设为“失重”状态，零件在装配时不需要考虑重力因素，而在实际装配情况中需要考虑重力因素带来的影响，判断装配的稳定性与可行性，所以引入装配支撑矩阵。对于一个由n个零件组成的装配体P＝{p1，p2，…，pn}，其生成的装配支撑矩阵GM为n×n阶矩阵，装配支撑矩阵GM定义如下：
GM＝(gij)n×n，
其中，gij是装配支撑矩阵GM中的元素，表示零件pi与零件pj之间的装配支撑关系，1≤i≤n,1≤j≤n,i表示装配支撑矩阵GM的第i行，j表示装配支撑矩阵GM的第j列。矩阵元素gij的判断标准如下：
Figure BDA0001828900300000081
因为零件本身不会给自己提供支撑，所以gii＝0。
综上所述，装配支撑矩阵GM为一个只包含数字0和1的n阶方阵。
根据零件在沿其装配方向的反方向进行拆卸时与其他零件的干涉情况，可以得到装配干涉矩阵。对于一个由n个零件组成的装配体P＝{p1，p2，…，pn}，其生成的装配干涉矩阵为n×n阶矩阵，装配干涉矩阵IM定义如下：
IM＝(Iij)n×n，
其中，Iij是装配干涉矩阵IM中的元素，表示零件pi沿其装配方向的反方向进行拆卸时与零件pj之间的装配干涉关系，1≤i≤n,1≤j≤n,i表示装配干涉矩阵IM的第i行，j表示装配干涉矩阵IM的第j列。矩阵元素Lij的判断标准如下：
Figure BDA0001828900300000082
因为零件本身不会与自己发生干涉，所以Iii＝0。
综上所述，装配干涉矩阵IM为一个只包含数字0和1的n阶方阵。
本发明针对装配序列规划的处理过程定义了四种处理方法，分别是：基准件判断方法、候选零件筛选方法、候选零件处理方法、装配可行性判断方法。为了将这四种处理方法以及已装配零件集合记为AA、候选零件集合记为CP、处理后的候选零件集合DC解释清楚，以以下的装配接触-连接矩阵CCM、装配支撑矩阵GM、装配干涉矩阵IM为例进行详细阐述。
Figure BDA0001828900300000091
Figure BDA0001828900300000092
基准件判断方法：
在装配过程中第一个装配的零件称为基准件，这个零件在虚拟装配时往往没有其他零件为它提供稳定，所以装配支撑矩阵GM中全为零的一行为基准件所在行。例如：通过计算装配支撑矩阵GM每行的行和可知第1行的行和为零，因此判断出零件1为基准件。
候选零件筛选方法：
候选零件是指与已装配零件存在接触或者连接关系的零件且不包括已装配零件和重复零件，所以候选零件筛选的方法是在接触-连接矩阵CCM中，通过遍历每个已装配零件行向量上的每一列，若数字不为0并且该列代表的零件不在已装配零件集合AA和候选零件集合CP中即为候选零件，则将该列代表的零件存入候选零件集合CP中。例如：若零件1，2,3,4,5为已装配零件，即AA＝{1，2，3，4，5}，那么首先在装配接触连接矩阵CCM中遍历第1行的所有列，可知从第二列到第十三列的数字都不为0，又因为零件2,3,4,5在已装配零件集合AA内，候选零件集合为空，所以判断出从零件6到零件13都是候选零件；然后以同样的方法判断第2,3,4,5行的所有列，最后得出候选零件集合CP＝{6，7，8，9，10，11，12，13}。
候选零件处理方法：
候选零件处理是指根据候选零件中不同的连接件，将不同连接件连接的候选零件划分到不同的零件集合中(即将不同连接件连接的零件区分开)，剩下的每个零件自为一个零件集合。通过遍历候选零件集合CP，在候选零件中找出所有的连接件，依次遍历这些连接件在接触-连接矩阵CCM中所在行的每一列，若数字大于2(行代表的零件与列代表的零件之间存在连接关系)并且该列代表的零件在候选零件集合CP中，即该列代表的零件是通过此连接件连接，则将该列代表的零件与此连接件归到一个零件集合中，剩下的每个零件自为一个零件集合。例如：若候选零件集合CP＝{6，7，8，9，10，11，12，13}，可知其中的零件9、13为连接件，则在接触-连接矩阵CCM中首先遍历第9行的所有列，第1列、第6列、第7列数字为4，其余列数字为0，因为第9行的第1列、第6列、第7列数字为4，但零件1不在候选零件集合CP中，所以把零件6和零件7与此连接件(零件9)归到一个零件集合中；同理处理另一个连接件(零件13)，结果是将零件11和零件12与零件13归到一个零件集合中；最后剩下的每个零件自为一个零件集合。将处理后的候选零件存入零件集合DC中，DC＝{{9，6，7}，{13，11，12}，{8}，{10}}。
装配可行性判断方法：
装配可行性判断是指判断处理后的候选零件集合DC中的某个元素(将该元素代表的零件集合中的所有零件称为零部件)是否能作为下一个装配的零部件。在装配序列规划的过程中，某零部件可以作为下一个装配零部件的条件为：该零部件可以从已装配零部件获得稳定支撑并且不影响其他未装配零部件的装配。将正在进行装配可行性判断的零部件称为要装配零部件。在装配支撑矩阵GM中，通过遍历要装配零部件中每个零件所在行的已装配零件所在列，若出现数字1，则已装配零件可以给要装配零部件提供稳定支撑；在装配干涉矩阵IM中，通过遍历除已装配零件以及要装配零部件中的零件外的所有零件所在行、要装配零部件中所有零件所在列，若数字全为0，则该要装配零部件装配后不影响其他零件的装配。例如：若处理后的候选零件集合DC＝{{9，6，7}，{13，11，12}，{8}，{10}}，已装配零件AA＝{1，2，3，4，5}，以零件集合DC中的第1个元素(零件9,6,7)为要装配零部件，首先判断要装配零部件是否可以获得稳定支撑，在装配支撑矩阵GM中依次遍历第9、6、7行的第1，2,3,4,5,列，因为在遍历过程中存在数字1的情况，所以已装配零件可以给要装配零部件提供稳定支撑；然后判断若要装配零部件此时装配是否影响其他未装配零件的装配，在装配干涉矩阵IM中一次遍历第8,10,11,12,13行的第9,6,7列，因为第8行、第7列的数字为1，所以若此时装零件9,6,7会影响零件8的装配，因此DC中的第1个元素代表的零部件此时不能装配。
下面结合附图，对本发明的一种用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法作进一步详细说明。
如图1所示，为基于连接关系的装配序列规划流程图，具体执行方法如下：
步骤一：利用装配接触-连接矩阵生成方法获取到由n个零件组成的装配体P＝{p1，p2，…，pn}的装配接触-连接矩阵CCM；利用常规方法获取到由n个零件组成的装配体P＝{p1，p2，…，pn}的装配支撑矩阵GM、装配干涉矩阵IM，然后将这三个装配矩阵读取到计算机中；
步骤二：根据上述基准件判断方法对获取到的装配矩阵进行分析，计算机通过遍历装配支撑矩阵的每一行，求出每行的行和，将行和为0的那一行代表的零件定为基准件，并把基准件存入已装配零件集合AA中；
步骤三：根据上述候选零件筛选方法，计算机通过遍历接触-连接矩阵CCM中已装配零件集合AA的每个元素所在行的每一列，数字不为0的列代表的零件即为候选零件，去掉这些候选零件中的已装配零件和重复零件后，将剩下的零件存入候选零件集合CP中；
步骤四：根据上述候选零件处理方法对候选零件集合CP进行处理，计算机先在候选零件集合CP中找到其中的连接件，通过遍历接触-连接矩阵CCM中这些连接件所在行的每一列，数字大于2的列代表的零件通过该行代表的连接件连接，将该列代表的零件与该行代表的零件归到一个零件集合中，最后得到处理后的候选零件集合DC；
步骤五：假设处理后的候选零件集合DC中元素数量为q(1≤q≤n)，以Lb(b＝1，2，…，q)表示集合DC的第b个元素，首先选择集合DC中的第一个元素中的所有零件作为要装配零部件(即Lb(b＝1)中所有的零件为要装配的零部件)；
步骤六：根据上述装配可行性判断方法，计算机通过遍历装配支撑矩阵GM中要装配零部件Lb中的每一个零件所在行、已装配零件集合AA中每一个元素所在列，当存在值为1的情况出现，则要装配零部件Lb可以获得稳定支撑，执行步骤七；否则，要装配零部件Lb不能获得稳定支撑，执行步骤八；
步骤七：根据上述装配可行性判断方法，计算机通过遍历装配干涉IM中除已装配零件集合AA和要装配零部件Lb中的零件外的其他零件所在行、要装配零部件Lb中的每一个零件所在列，当存在值为1的情况出现，则要装配零部件Lb装配后影响其他未装配零件的装配，执行步骤八；否则，要装配零部件Lb装配后不影响其他未装配零件的装配，执行步骤九；
步骤八：将处理后的候选零件集合DC中的下一个元素中的所有零件作为要装配零部件(即b＝b+1)，执行步骤六；
步骤九：将要装配零部件Lb中的所有零件与数据库DB中的零件集合进行匹配，当匹配成功时(即数据库DB中的某个零件集合包含要装配零部件Lb中的所有零件)，执行步骤十五；否则，执行步骤十；
步骤十：假设要装配零部件Lb中的零件个数为u，bu代表要装配零部件中第u个零件，遍历要装配零部件Lb中的所有零件，首先选择第一个零件为要分析的零件(即u＝1)；
步骤十一：判断零件bu是否影响要装配零部件Lb中其他零件的装配，计算机通过遍历装配干涉矩阵IM中零件bu所在行、要装配零部件Lb中其他零件所在列，当存在值为1的情况出现，则零件bu影响要装配零部件Lb中其他零件的装配，执行步骤十二；否则，零件bu不影响要装配零部件Lb中其他零件的装配，执行步骤十三；
步骤十二：选择要装配零部件Lb中下一个零件为要分析的零件(即u＝u+1)；
步骤十三：将零件bu存入已装配零件集合AA中，并且将零件bu从要装配零部件Lb中移除；
步骤十四：判断要装配零部件Lb中的零件个数是否为0，当要装配零部件Lb中的零件个数为0时，执行步骤十五；否则，执行步骤十；
步骤十五：判断已装配零件集合AA中零件的个数是否为n，当已装配零件集合AA中零件的个数为n时，所有零件计算完毕，装配序列规划结束，输出已装配零件集合AA；否则，清空候选零件集合CP和处理后的候选零件集合DC后执行步骤三。
如图2所示，为自动获取零部件间的连接关系并生成装配接触-连接矩阵的流程图，具体执行方法如下：
第一步：加载装配体模型，遍历该装配体中的所有零件；
第二步：利用静态干涉检查依次检查该零件与其他零件间的接触或干涉关系，并根据语义判断出该零件的零件类型(如某零件的名称为全螺纹螺栓，则将其自动解析为螺栓类零件)，将零件类型存入零件类型集合PT中，接着以该零件为行向量，其他零件为列向量记录装配接触矩阵CM；
第三步：判断装配体中所有的零件是否检查完毕，当装配体中的所有零件检查完毕时，执行步骤四；否则选择下一个零件执行步骤二；
第四步：遍历零件类型集合PT；
第五步：根据该零件的零件类型对其采用相应的方法判断出与该零件相关的连接关系(若该零件为功能件或螺母类零件则不对其进行分析，若为螺栓类零件、螺柱类零件、螺钉类零件、销类零件、键类零件或其他类型的连接件则分别按照各类零件的处理方法进行判断，并输出相关零件集合PR)，并依照连接关系判断结果修改装配接触矩阵CM，然后根据判断连接关系时产生的相关零件集合PR(相关零件集合PR中的零件是按各零件在装配时的先后顺序存放的)生成数据库DB；
第六步：判断零件类型集合PT中所有零件的零件类型是否检查完毕，当零件类型集合PT中所有零件的零件类型检查完毕时，输出由装配接触矩阵CM转化的装配接触-连接矩阵CCM，完成装配连接关系及接触-连接矩阵CCM的自动获取；否则，则选择零件类型集合PT中下一个零件的零件类型，执行步骤五。
下面以螺栓、螺柱和销类零件为例，阐述对于不同类型的连接件判断连接关系时的处理方法：
如图3所示，为螺栓类零件在判断连接关系时的流程图，在特征识别技术的基础上根据螺栓类零件在装配时的特点，判断出基于该螺栓的螺栓连接及其相关零件，并把这些相关零件按照一定的顺序存放到零件集合中。
第一步：在装配接触矩阵CM中该螺栓零件对应的行找到与其干涉的零件pi(与螺栓存在干涉的零件只有一个，这个零件为螺母类零件或者与该螺栓存在螺纹配合的功能件)，将该螺栓零件放入相关零件集合PR中，并把相关零件集合PR中的最后一个零件记为prend；
第二步：在装配接触矩阵CM中零件prend对应行找到与其接触的零件并存入零件集合PC中，零件集合PC中零件数量为d，零件pci是零件集合PC中第i个零件，i＝1，2，…，d，遍历零件集合PC；
第三步：判断零件pci是否与该螺栓零件存在同轴的圆柱面(且圆柱面直径与螺栓外径的差小于4mm)并且与零件prend存在面接触，若是，则执行步骤五；否则，则执行步骤四；
第四步：判断零件pci是否为零件集合PC中最后一个零件，若是，则报错(该部分零件的装配存在误差)；否则，则选择零件集合PC中下一个零件(i＝i+1)，执行步骤三；
第五步：将零件pci存入相关零件集合PR中，并判断零件pci是否与零件pi存在面接触，当零件pci与零件pi存在面接触时，执行步骤六；否则，则执行步骤二；
步骤六：将相关零件集合PR中的零件取出后按逆序排列重新放入相关零件集合PR中，然后把零件pi存入相关零件集合PR，修改相关零件集合PR中两两零件之间对应的装配接触矩阵CM的值，输出按特定顺序存放的相关零件集合PR。
如图4所示，为螺柱类零件在判断连接关系时的流程图，在特征识别技术的基础上根据螺柱类零件在装配时的特点，判断出基于该螺柱的螺柱连接及其相关零件，并把这些相关零件按照装配过程的先后顺序存放到零件集合中。具体执行方法如下：
第一步：在装配接触矩阵CM中该螺柱零件对应的行找到与其干涉的两个零件：零件pia和零件pib(与螺柱存在干涉的零件只有两个，一个是与该螺柱存在螺纹配合的功能件，另一个是用来紧固的螺母类零件，这里假设零件pia为功能件，零件pib为螺母类零件)，先将该螺柱类零件放入相关零件集合PR中，再将零件pia存入相关零件集合PR中，并把相关零件集合PR中的最后一个零件记为零件prend；
第二步：在装配接触矩阵CM中零件prend对应行找到与其接触的零件并存入零件集合PC中，零件集合PC中零件数量为d，零件pci是零件集合PC中第i个零件，i＝1，2，…，d，遍历零件集合PC；
第三步：判断零件pci是否与该螺柱类零件存在同轴的圆柱面(且圆柱面直径与螺柱外径的差小于4mm)并且与零件prend存在面接触，当满足条件时，执行步骤五；否则，则执行步骤四；
第四步：判断零件pci是否为零件集合PC中最后一个零件，当零件pci是零件集合PC中最后一个零件时，报错(该部分零件的装配存在误差)；否则，则选择零件集合PC中下一个零件pci(i＝i+1)，执行步骤三；
第五步：将零件pci存入相关零件集合PR中，并判断零件pci是否与零件pib存在面接触，当零件pci与零件pib存在面接触时，执行步骤六；否则，则执行步骤二；
第六步：将零件pib存入相关零件集合PR中，修改相关零件集合PR中两两零件之间对应的装配接触矩阵CM的值，输出按特定顺序存放的相关零件集合PR。
如图5所示，为销类零件在判断连接关系时的流程图，在特征识别技术的基础上根据销类零件在装配时的特点，判断出基于该销类零件的销连接及其相关零件，并把这些相关零件按照装配过程的先后顺序存放到零件集合中。具体执行方法如下：
第一步：在装配接触矩阵CM中该销类零件对应的行找到与其存在接触或干涉的零件并存入相关零件集合PR中；
第二步：将该销类零件存入相关零件集合PR中并修改相关零件集合PR中两两零件之间对应的装配接触矩阵CM的值；
第三步：输出按特定顺序存放的相关零件集合PR。
对于其他类型的连接件也采用类似的处理方法判断出由该连接件产生的连接关系以及相关零件，在此基础上修改装配接触矩阵CM，并输出按特定顺序存放的相关零件集合PR。
以下提供本发明的一个实施例：
通过上述装配矩阵生成方法，列出图6中13个零件组成的装配体的三个装配矩阵以及数据库DB中的零件集合：装配接触-连接矩阵CCM、装配支撑矩阵GM、装配干涉矩阵IM、数据库DB中的零件集合分别如下：
Figure BDA0001828900300000161
Figure BDA0001828900300000162
然后根据基准件判断方法，由装配支撑矩阵GM中第1行的行和为0可以判断出零件1为基准件，并将1存入已装配零件集合AA中。
根据候选零件筛选方法，在装配接触-连接矩阵CCM中查找与已装配零件(零件1)存在接触或连接关系的零件；由于在装配接触-连接矩阵CCM的第1行中除了第一列外数字都大于0，则从零件2到零件13都是与已装配零件存在接触或连接关系，由于其中不存在已装配零件和重复零件，所以将零件2到零件13存入候选零件集合CP中，CP＝{2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13}。
根据候选零件处理方法，在候选零件集合CP中找到其中的连接件，CP中的连接件为零件2、零件9、零件13。由于在装配接触-连接矩阵CCM的第2行中第1、3、4、5列数字大于2且零件1不在候选零件集合CP中，所以将零件3、4、5与零件2归到一个零件集合内，同理判断零件9和零件13，最后没有被归化的每个零件单独为一个零件集合。最后用处理后的候选零件集合DC来存放处理后的候选零件，DC＝{{2，3，4，5}，{9，6，7}，{13，11，12}，{8}，{10}}。
根据装配可行性判断方法，在装配支撑矩阵GM中，处理后的候选零件集合DC中的第一个元素{2，3，4，5}中各零件所在行的第一列存在数字1的情况(如第3行、第1列)，可知由零件2、3、4、5组成的零部件可以获得零件1提供的稳定支撑；在装配干涉矩阵IM中，除零件1、2、3、4、5外其他零件所在行、零件2、3、4、5所在列没有出现数字1的情况，可知零件2、3、4、5此时装配后不会影响其他未装配零件的装配。所以，处理后的候选零件集合DC中的第一个元素{2，3，4，5}中各零件此时可装配。
将2,3,4,5与数据库DB中的各元素进行匹配后，发现2,3,4,5被数据库DB中的第1个元素{2，1，3，4，5}包含，然后将零件2,3,4,5按照其在数据库DB的第1个元素中的顺序存入已装配零件集合AA中，此时已装配零件集合AA＝{1，2，3，4，5}。
由于13个零件才安装5个，判断零件没有计算完毕，清空候选零件集合CP以及处理后的候选零件集合DC后进行下一轮规划。如此循环直至计算结束，结果如下表1所示：
AA 1 2 3 4 5 8 9 7 6 10 12 13 10
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)利用静态干涉检查功能得到由n个零件组成的装配体P＝{p1，p2，…，pn}的装配接触矩阵CM；根据零件名称的语义判断出装配体P中各个零件的类型，对其中的连接件进行分析，获取到各零件间的连接关系，生成按装配先后顺序存放的与连接件存在连接关系零件的数据库DB，将连接关系引入装配接触矩阵CM中形成装配接触-连接矩阵CCM；利用常规方法得到由n个零件组成的装配体P＝{p1，p2，…，pn}的装配支撑矩阵GM、装配干涉矩阵IM；
(2)通过计算装配支撑矩阵GM每行的行和，将行和为0的行所表示的零件确定为基准件，将基准件存入已装配零件集合AA中；
(3)以已装配零件集合AA中的每一个元素为装配接触-连接矩阵CCM的行向量，通过遍历装配接触-连接矩阵CCM中每一个已装配零件行向量上的每一列，确定出与已装配零件存在接触或连接关系的零件，并存入候选零件集合CP中，候选零件集合CP中零件数量为m，零件ua是候选零件集合CP中的第a个候选零件，a＝1，2，…，m；
(4)根据候选零件集合CP中不同的连接件，将不同连接件连接的候选零件划分到不同的零件集合中，即将不同连接件连接的零件区分开，剩下的每个候选零件自为一个零件集合，接着将这些新规划出的零件集合存入处理后的候选零件集合DC中，处理后的候选零件集合DC＝{{u1，u2，u3}，{u4，u5}，…，{um-1}，{um}}；处理后的候选零件集合DC中零件集合的数量为q，零部件Lb是处理后的候选零件集合DC中的第b个零件集合中的所有零件，b＝1，2，…，q，记零部件Lb(b＝1)为要装配零部件；
(5)以要装配零部件Lb中的每个零件为装配支撑矩阵GM的行向量，以已装配零件集合AA中的每个零件为装配支撑矩阵GM的列向量，遍历要装配零部件Lb中各零件在装配支撑矩阵GM中所在行、已装配零件在装配支撑矩阵GM中所在列上的值，当存在值为1时，要装配零部件Lb能从已装配零件获得稳定支撑；否则，要装配零部件Lb不能从已装配零件获得稳定支撑，将处理后的候选零件集合DC中的下一个零部件Lb(b＝b+1)作为要装配零部件，转步骤(5)；
(6)遍历除已装配零件集合AA以及要装配零部件Lb外的所有零件在装配干涉矩阵IM中所在行、要装配零部件Lb中所有零件在装配干涉矩阵IM中所在列上的值，当存在值为1时，装要装配零部件Lb会影响未装配零件的装配，将处理后的候选零件集合DC中的下一个零部件Lb(b＝b+1)作为要装配零部件Lb，转步骤(5)；否则，此时装要装配零部件Lb不会影响未装配零件的装配；
(7)将要装配零部件Lb中的所有零件与数据库DB中的零件集合进行匹配，当数据库DB中存在某个元素包含要装配零部件Lb中的所有零件，则匹配成功；否则，匹配失败，当匹配成功时，则将要装配零部件Lb中的所有零件按照其在数据库DB中的先后顺序存入已装配零件集合AA中，当匹配失败时，则对要装配零部件Lb中的所有零件进行分析判断，确定所有零件的装配顺序；
(8)清空候选零件集合CP以及处理后的候选零件集合DC，重复步骤(3)至(8)直至已装配零件集合AA中的零件数为n。
2.根据权利要求1所述用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法，其特征是，步骤(1)中，所述装配接触矩阵CM＝(cij)n×n，其中
Figure FDA0002959408650000021
装配接触-连接矩阵CCM＝(ccij)n×n，其中
Figure FDA0002959408650000022
装配支撑矩阵GM＝(gij)n×n，其中
Figure FDA0002959408650000031
装配干涉矩阵IM＝(Iij)n×n，其中
Figure FDA0002959408650000032
i是矩阵的第i行，j是矩阵的第j列，pi是第i行零件，pj是第j列零件；数据库DB中数据：每一个连接件和与其存在连接关系的零件按照装配先后顺序存放，由不同连接件产生的结果要分开存放。
3.根据权利要求1所述用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法，其特征是，步骤(1)中所述的静态干涉检查功能是指三维设计软件中自带的功能，该功能能自动判断出各零件间的接触、不接触和干涉关系。
4.根据权利要求1所述用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法，其特征是，步骤(1)中所述的通过每一个连接件连接的零件按照装配过程中的先后顺序存入数据库DB中的具体内容是，在对每一种连接件制定其相关零件装配先后顺序规则以及找出通过该连接件连接的零件的基础上，将这些零件以及该连接件根据制定的规则按照装配过程中的实际情况进行排序，并把排序的结果保存到数据库DB中。
5.根据权利要求1所述用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法，其特征是，步骤(1)中对连接件进行分析的具体方法是根据连接件零件名称的语义判断出连接件的类型，然后根据该类连接件在实际装配中与其他和该类连接件存在连接关系的零件的配合方式制定规则，根据制定的规则找到与该连接件存在连接关系的零件并确定他们之间的连接方式。
6.根据权利要求1所述用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法，其特征是，步骤(1)中所述的常规方法为装配支撑矩阵GM和装配干涉矩阵IM的自动获取方法。
7.根据权利要求1所述用于装配序列规划的装配连接关系信息提取与表达方法，其特征是，步骤(7)中，当要装配零部件Lb中的所有零件与数据库DB中的零件集合匹配失败时，遍历装配零部件Lb中的所有零件，以要装配零部件Lb中的第1个零件为要装配零件，判断要装配零件是否影响未装配零件的装配，当要装配零件影响未装配零件的装配时，则选择要装配零部件Lb中下一个零件为要装配零件，并重复上述要装配零件是否影响未装配零件装配的判断；否则，将要装配零件存入已装配零件集合AA中，并将要装配零件从要装配零部件Lb中移除，选择要装配零部件Lb中下一个零件为要装配零件，重复上述要装配零件是否影响未装配零件装配的判断；直至要装配零部件Lb中的零件个数为0时结束。
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