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基于产品功能与层次等级模型的装配序列规划
来源:互联网 qikanw |
【分  类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 产品功能;装配模型;装配序列;拓扑排序
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:
摘要:本文讨论了产品功能和结构的关系,在对产品结构关系进行分析的基础上,将产品零件的装配关系按等级分类,提出了一个面向产品功能的层次等级关联关系模型, 此模型以产品功能为划分依据,并集中了层次模型和关系模型的优点。生成装配序列的算法采用改进后拓朴排序算法,此算法科学简单。
关键词: 产品功能;装配模型;装配序列;拓扑排序
Assembly Sequence Planning Based on Product Function and Level Hierarchy
Connection Relation Model

Abastract : The relations between product functions and structures are discussed. On the base of analyzing the relations in product structures, this paper classifies the assembly relations according to their grades and proposes an assembly model based on product functions and level hierarchy connection relations. The model is based on product functions and has the advantages of level model and relation model. A topological sort algorithm is also imported and developed to generating assembly sequence the algorithm is scientific and simple .
Key words : product function;assembly model ;assembly sequence ;topological sort
  1. 引 言
当前,绝大多数机械产品已由过去的单一品种生产转变为多品种小批量生产。全球市场竞争的结果导致产品设计与生产周期缩短,产品更新加快, 产品的装配周期缩短。因此,迫切需要寻求更简单更科学的产品装配规划方法。而装配序列规划是产品装配规划的重要环节,其优劣将直接关系到产品的可装配性、装配质量和装配成本。
产品装配序列规划不仅是一个NP组合优化问题,并且还是一个综合性的问题, 其中不仅涉及到几何的、技术的、机械的问题, 还存在一些模糊经验知识的应用因此, 若只从某一方面考虑, 可能会随着装配单元数量的增加, 产品的装配顺序方案呈指数增加, 从而产生组合爆炸或大量的交互问答。本文在总结现有产品装配序列规划的方法上,不囿于某一单一的求解方法, 而将从机械产品的功能角度出发, 借助层次等级关联关系模型进行分层, 采用改进后的拓朴排序算法进行求解,生成合理的接近实际生产的装配序列并减少序列生成的步骤及时间。
  1. 产品功能的划分
绝大数机械产品(装配体)是一个多层次的结构,按其功能和结构都可以分解为若干层。从功能角度划分,任何机械产品都可以分解为若干子功能,而子功能又可以划分为更小的功能。从结构角度划分,任何机械产品都可以分解为若干子装配体,而子装配体又可以划分为更小的装配体或零件。在各功能与装配体之间存在一一对应映射关系,每种结构都要实现某一个功能,每种结构都对应于一种功能。功能划分要满足功能细分到能够明确地表示该功能的结构为止,功能的细分应有个限度,功能只需要划分到可明确表示即可,划分过细不便于理解和操作。
1.1 功能的分类
从功能角度划分,机械产品的基本功能主要有:安装功能、固定功能、定位功能、导向功能、紧固功能、传动功能、起吊功能等。对于任何一个机械产品,则可将产品的功能分为几大类,每一类又可以分为几个小类,这样逐层划分产品的功能,直到能够由子装配体或零件实现。产品的功能的分解有利于产品结构的模块化,使产品装配可以以功能部件为单位,而不是以零件为单位展开。从而在更抽象的层次上,可以对产品从总体上把握。
1.2 结构的分类
机械产品的结构,也可以分为几大类,每一类又可以分为几个小类,这样逐层划分产品的结构,直到每种结构都能够实现一个具体的功能。
  •  
产品是按照功能来组织,也是按照功能来装配的。功能是该装配体与其它装配体进行装配、传递参数的桥梁。产品的功能和结构是紧密相连的,每一种功能对应于一种或多种结构,通过功能到结构的映射,产品功能才有了具体的内容。
功能到结构的映射有两个特点,第一,功能只能映射到与之同一层的结构;第二,功能之间的约束关系也需要映射为相应的结构之间的约束。
同一种功能可以有多种实现方法,也就是说,同一种功能可以对应于多种结构,相应的,一种结构也可能同时实现了几种功能,因此功能和结构之间是一种多对多的关系,为了避免系统过于复杂,需要调整部分结构,使每种结构只能对应一种功能。
  1. 产品的层次等级关联模型
通过对产品从功能角度分解为若干子功能,而子功能又可以划分为更小的功能。可以得到一个产品功能树,以一级圆柱减速箱为例,产品的这种功能层次关系可以直观地表示成如图1所示的产品功能树。

图1产品功能层次树
 

                   图2产品结构层次树
 
通过产品功能树到结构的映射,可以得到一个产品结构层次树如图2所示。产品结构树当中产品与零部件之间及部件与子部件之间是层次关系。这种层次关系隐含着一定的装配先后关系,即先装配下层零件后装配上层零件。其次,同层次零部件之间是有一定的关联的,这种关联关系并非平等的装配关系,而是有等级的,称之为等级关联关系。这种等级的关联关系也隐含着同层次零部件之间装配先后关系。因此层次关系是上下级的关系,等级关联是同层次之间的关系。
从产品装配的总体考察产品结构层次树各节点的零部件之间的关系,零部件之间的关联关系分为以下几类:基础件关系,定位关系,夹紧关系,同组高度关系,同轴侧直径关系,内外关系。
1) 基础件关系
基础件是其它零件装配的基础,最先进入装配现场的零件,它是与其它零件关联最多的零件。在等级关联关系中基础件关系处于最高级别,它优于其它零件装配。
2) 定位夹紧关系
产品的装配与零件在夹具中定位夹紧具有一定的相似之处。零件在夹具中必须先确定它与夹具体的位置关系,然后再保证这种关系不变,即先定位后夹紧。同样一个零件的装配其实也是先确定它在装配体中的位置,然后在后续装配中尽量使这种关系稳定。要确定零部件位置必然要先有定位件。因此这里隐含着装配先后关系,定位关系是等级关联关系中仅次于基础件关系的关联。夹紧关系级别次于定位关系。这里所说的夹紧件是指对零件直接施力的零件。
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