基于知識和模型的裝配工藝推理方法*

于慶峰 張立賓 張紅燕 梁 兵

(內蒙古第一機械集團股份有限公司 第四分公司,內蒙古 包頭 014030)

隨著計算機輔助技術的快速發展,計算機輔助裝配工藝規劃作為解決產品裝配工藝規劃問題的有效工具,也迅速發展與普及。最初的計算機輔助工藝規劃系統是通過信息化的手段實現傳統裝配工藝文檔的電子化,大多計算機輔助裝配工藝文件中的圖形也是二維視圖,難以實現裝配工藝知識的表達、生成、組織與管理,不能有效總結設計經驗和設計方法。隨著三維CAD技術的發展與普及,基于三維結合特征的裝配工藝規劃系統也快速發展?；谌SCAD軟件,可實現CAD模型與特征的無縫集成,對裝配模型信息,工藝信息進行數字化表示,進而實現幾何推理和基于知識的裝配順序規劃、路徑規劃與裝配工藝卡片生成等功能。

1 計算機輔助裝配工藝的不足

當前的計算機輔助裝配工藝規劃系統主要依賴于三維CD模型進行裝配工藝仿真分析,能夠實現產品空間幾何、拓撲結構和裝配約束關系表達、分類與推理。然而對裝配工藝知識與裝配管理信息的表達不完善,缺乏實際裝配過程中非幾何要素與工藝知識的表達。當工藝知識不斷增加時,一定裝配工藝評價機制下的工藝規劃與推理過程的方案數目和推理難度急劇增加,需要進一步應用人工智能等方法得到滿足確定指標下的優化方案,進而實現裝配工藝的優化。

2 裝配知識建模與管理

針對當前裝配工藝設計中缺乏對工藝技術深入研究、缺乏工藝知識整合、工藝決策過于依賴設計師經驗等工程實際問題,根據傳動裝置裝配工藝特點及要求,劃分為裝配節點、尺寸信息、裝配準確度、密封性、基準定位、裝配連接、裝配檢驗等,根據采集到的工藝數據,對其進行詳細拆分,形成裝配工藝術語,明確各術語的定義及其所表達的含義,并分析各個術語之間的相對關系,確定裝配工藝知識模型結構,闡述術語的概念以及它們相互之間的關系,用統一規則描述術語概念,捕獲領域中相關術語及其聯系的識別,創建裝配工藝知識模型。

基于創建的數據模型,對創建的裝配工藝知識是否符合正確性和獨立性規則進行判定,并應用框架表示法對產品裝配工藝進行描述,將產品整體裝配工藝作為一個整體框架,同時保證每一個裝配工藝數據均正確獨立地表達,形成產品完整的裝配工藝數據。使裝配工藝文件分解轉換成數據模型,并通過裝配知識建模與管理,將歷代多型號產品的裝配工藝轉化為知識本體結構的工藝知識,為基于模型的產品智能裝配工藝設計提供基礎。

3 裝配工藝設計

針對裝配工藝知識的模糊性和傳統裝配設計決策中主要依靠經驗和嘗試的問題,根據已有裝配工藝線索進行裝配工藝知識智能檢索等方法,實現裝配工藝智能匹配,獲取最接近或最可能用到的裝配工藝知識,形成了基于特征信息和模糊匹配的工藝知識推理算法。在裝配工藝設計過程中,通過裝配工藝智能匹配,獲取某一層級的某一節點最接近、最可能用到的一條或多條裝配工藝知識。工藝設計人員對知識條目的選擇、調取、修改后,完成一個裝配工步設計。結構相似度評價算法如圖2所示。

圖1 裝配工藝文件存儲及利用的方法

兩級結構相似度判定:

根據裝配工藝智能匹配推理可以獲得產品的所有可行裝配工藝,但是對于工藝設計人員來說,還需要進一步判斷具體滿足實際需求的可行工藝,在實際裝配工藝設計過程中,由于裝配方向的改變直接影響裝配輔助時間,換向操作次數越多花費的裝配輔助時間也就越長,同時頻繁地更換裝配工具和調整相應裝配設備以適應不同的裝配需要,也必然影響產品的裝配效率,因此一般以裝配過程中使用的工裝夾具、裝配位姿調整等來判定裝配工藝設計的合理性。

4 結論

本文通過開展基于知識和模型的傳動裝置前傳動總成裝配工藝設計,提出了一種裝配工藝知識建模與管理方法,建立了工藝知識的電子化表達途徑,實現了裝配工藝知識的調用,但形成的裝配文件僅具備可行性,還有進一步優化提升的空間,后續在實際應用驗證及知識不斷積累下,形成的工藝文件將更具實際指導能力。同時工藝知識積累方法可進一步推廣應用于其他專業知識的積累,為全面實現基于模型的工藝設計奠定基礎。

圖2 結構相似度評價算法