具有典型装配特征的零组件管理系统研究与开发

孙燕华，李桂东，周来水

SUN Yan-hua1,2, LI Gui-dong2, ZHOU Lai-shui2

（1. 无锡职业技术学院，无锡 214121；2. 南京航空航天大学 江苏省精密与微细制造技术重点实验室，南京 210016）

具有典型装配特征的零组件管理系统研究与开发

Research and development of component management system which has typical parts assembly features

孙燕华1,2，李桂东2，周来水2

SUN Yan-hua1,2, LI Gui-dong2, ZHOU Lai-shui2

（1. 无锡职业技术学院，无锡 214121；2. 南京航空航天大学 江苏省精密与微细制造技术重点实验室，南京 210016）

研究了机械产品设计过程中的零组件的典型装配特征，提出了基于典型装配特征的编码技术，建立了6码段的编码结构，基于数据库技术，开发了基于典型装配特征的零组件管理系统。

零组件；典型装配特征；编码技术；数据库；管理系统

0 引言

在机械产品装配建模过程中，国内外学者进行了大量的研究来提高建模的效率[1]，实现产品的自动装配，针对研究目标的不同，其对装配特征建模的描述侧重点不同[2,3]。李春书[3]等将装配特征定义为一组反应相关零件间装配类型、配台关系、相互约束及装配操作方式的信息集；张宏星[6]等将装配特征定义为用来描述零部件中参与装配操作区域的信息单元，信息单元是指装配信息的属性集合。世界上目前有300多种分类编码系统，每种分类编码系统都有特定的目的和适用范围，大都是按照根据零件的结构和工艺进行分类的[7,9]。在机械产品设计过程中有些产品（零件或者组件）经常重复使用，例如，常用的标准件，企业积累的常用典型组件等，提高这些产品的使用效率对于缩短产品设计周期有着重要的意义，本文结合产品的装配建模技术和零件编码技术，针对具有典型装配特征的零组件的管理技术进行了研究，提出了基于典型装配特征的零组件编码技术，开发了相应的管理系统。

1 典型装配特征的定义

典型装配特征是指在机械产品建模过程中用于装配的几何元素，在装配过程中，可以通过这些几何元素对机械产品进行空间定位，来满足装配的要求。本文主要考虑了零组件几何形状约束方面的信息，将零组件的重要几何元素抽象为零组件的典型装配特征，典型装配特征包括如下：点、直线、平面、球面、圆柱面、圆锥面、圆环面。其中点、直线、平面称为基本典型装配特征。

本文主要以飞机工装建模设计过程中的组件为研究对象，为了便于对组件进行管理，将组件局部特征分为定位部分与工作部分：组件作为一个功能模块存在于产品当中，组件与产品的接合部分称为连接部分，用于固定组件的连接部分称为组件的定位部分；用于固定其它组件或产品的连接部分称为组件的工作部分。每个组件都必须有定位部分，但不一定有工作部分。

2 基于典型装配特征的零组件编码

具有典型装配特征的零组件在机械产品建模设计过程中大量存在，如果能提高这部分零组件的设计与利用效率，将对缩短产品周期的起着重要的作用。本文结合企业现有的编码，对其进行改进和扩充，结合装配的需要，在典型装配特征作为编码属性之一，将组件编码结构分为6个码段，各码位由字母和数字组成，6个码段分别介绍如下：

码段Ⅰ：管理码，由2～10位数字组成，每两位为一级分类，各级分类之间为父子级联关系，最多可分五级分类。码段Ⅰ应至少包括两位码位，即组件至少有一级父类，每多一级子类，就多两位码位，用户可根据企业对组件的需要及企业内部的分类标准对组件进行合理分类。

码段Ⅱ：类别码，由2～10位数字和字符组成，主要表达组件的类别及一些特征属性，例如组件名字、所属部门等。每两个连续的码位代表一级分类，默认有5级分类，第一级编码不能为空。同组件类别码段相似，各级分类之间为父子级联关系。每多一级分类，就多两位码位，至少包含一级父类。

码段Ⅲ：特征码，由6位数字组成，前三位码位用于表示组件定位装配的几何特征，后三位码位用于表示组件工作装配的几何特征。每一位码位代表一个发布特征，取值范围为：0～9。表1列举出了各几何特征及其对应的编码。

表1 几何装配特征及其编码

表2 组件的约束种类及其编码

码段Ⅳ：功能码，由12位数字组成。前六位为子功能码一，表示组件的定位装配形式，即组件与飞机工装产品或其他组件的结合形式。每两位码位表示一种约束，三种约束无先后顺序，组成一种定位装配形式。可以为空，表示没有定义组件的定位装配形式。后六位为子功能码二，表示组件的工作装配形式，每两位码位表示一种约束，三种约束无先后顺序，组成一种工作装配形式。可以为空，表示没有定义组件的工作装配形式。表二列举出了所有的装配约束种类（定位和工作约束种类相同）。

码段Ⅴ：关系码。由3个码段组成，分别为：标识码、关系类别码、关系功能码。标识码由数字0或1表示，用于标识当前组件是否有与之关联的组件。关系类别码和关系功能码与前面所述的功能码和类别码结构一样，当标识码为1时，关系码中的类别码和功能码才对应与当前组件关联的组件的功能码和类别码，否则其值为0。

码段Ⅵ：附加码。由1～3位数字组成，是一个功能码段，当前面5个码段都相同时，表示以上所有码段均相同的组件的个数，同时也用于保证每个组件编码的唯一性，其默认值为1。

子功能码之间以字符“%”标识，各码段之间用字符“#”标识，这样可以保证各码段的柔性扩充而不会影响其他码段信息的读取，以达到柔性分类编码的目的。整个零组件编码结构如表三所示。如表3所示的压紧定位器的编码结构，管理码为“01030203”表示该产品可通过4级管理模式进行管理；类别码“030203”表示某公司（03）某部门（02）某科室（03）设计的产品；特征码223003表征该产品定位装配的几何特征为“线－线－面”，工作装配的几何特征为“面”；功能码“222233%33”表征该产品的定位装配形式两个“线-线”装配和“面－面”装配结合，工作装配形式为“面-面”装配，关系码表征该产品与其他产品没有关联且与其他产品没有编码结构不相同。

表3 编码结构及实例

图1 系统构架及编码映射关系

图2 零组件管理系统主要界面图

3 系统实现

基于以上的编码结构，整个管理系统的构架分为三层：物理层、逻辑层、界面层。物理层基于Oracle数据库来管理的后台零组件信息表结构。在逻辑层中，按照系统功能将数据库分解为参数数据库、用户数据库、管理数据库、装配特征数据库、约束数据库、模型数据库，各数据库与物理层信息表形成一一对应关系。在界面层上，提供和谐、方便的用户界面操作物理层数据库，实现零组件的添加、删除、修改、查询等功能，整个管理系统构架如图1所示。

本系统基于CATIA/CAA开发，已经成功应用某航空企业飞机零组件的管理，并成功应用与飞机工装的快速设计系统中，该系统能有效的管理零组件的特征信息，为实现飞机工装的快速建模提供了支持。

[1] 邵晓东,殷磊,陆源,陈锋.一种基于特征的快速装配方法[J].计算机集成制造系统,2007,13(17):2217-2223.

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[3] 李春书,彭商贤,崔根群.产品装配特征的分类与表达技术的研究[J].机械科学与技术,2000,19(5):770-773.

[4] 郑铁,宁汝新,王恒,杨洪君. 基于装配特征本体表达的虚拟产品建模研究[J].计算机集成制造系统,2006,12(12):1964-1985.

[5] 齐峰,谭建荣,张树有.基于装配特征图树的装配模型与建模方法[J].农业机械学报,2003,34(2):101-105.

[6] 张宏星,许敏,蒋祖华.面向自动装配的装配特征定义与表达方法研究[J].机械科学与技术,2005,24(7):824-851.

[7] 王焱,邓静.飞机结构件分类编码系统[J].航空工艺技术,19 92,5:29-31.

[8] 陈永亮,徐燕申.加工中心模块柔性编码系统[J].制造技术与机床,2000,4:61-64.

[9] 周迎,何健康,周正寅.柔性编码系统在CAD/CAPP/CAM集成系统中的应用[J].计算机辅助与制造,1999,3:56-59.

TP273

A

1009-0134(2010)12(上)-0009-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.12(上).03

2010-06-22

孙燕华（1961 -），女，江苏无锡人，副教授，研究方向为数字化制造、机械CAD/CAM。