基于知识和模型的装配工艺推理方法*

于庆峰 张立宾 张红燕 梁 兵

(内蒙古第一机械集团股份有限公司 第四分公司,内蒙古 包头 014030)

随着计算机辅助技术的快速发展,计算机辅助装配工艺规划作为解决产品装配工艺规划问题的有效工具,也迅速发展与普及。最初的计算机辅助工艺规划系统是通过信息化的手段实现传统装配工艺文档的电子化,大多计算机辅助装配工艺文件中的图形也是二维视图,难以实现装配工艺知识的表达、生成、组织与管理,不能有效总结设计经验和设计方法。随着三维CAD技术的发展与普及,基于三维结合特征的装配工艺规划系统也快速发展。基于三维CAD软件,可实现CAD模型与特征的无缝集成,对装配模型信息,工艺信息进行数字化表示,进而实现几何推理和基于知识的装配顺序规划、路径规划与装配工艺卡片生成等功能。

1 计算机辅助装配工艺的不足

当前的计算机辅助装配工艺规划系统主要依赖于三维CD模型进行装配工艺仿真分析,能够实现产品空间几何、拓扑结构和装配约束关系表达、分类与推理。然而对装配工艺知识与装配管理信息的表达不完善,缺乏实际装配过程中非几何要素与工艺知识的表达。当工艺知识不断增加时,一定装配工艺评价机制下的工艺规划与推理过程的方案数目和推理难度急剧增加,需要进一步应用人工智能等方法得到满足确定指标下的优化方案,进而实现装配工艺的优化。

2 装配知识建模与管理

针对当前装配工艺设计中缺乏对工艺技术深入研究、缺乏工艺知识整合、工艺决策过于依赖设计师经验等工程实际问题,根据传动装置装配工艺特点及要求,划分为装配节点、尺寸信息、装配准确度、密封性、基准定位、装配连接、装配检验等,根据采集到的工艺数据,对其进行详细拆分,形成装配工艺术语,明确各术语的定义及其所表达的含义,并分析各个术语之间的相对关系,确定装配工艺知识模型结构,阐述术语的概念以及它们相互之间的关系,用统一规则描述术语概念,捕获领域中相关术语及其联系的识别,创建装配工艺知识模型。

基于创建的数据模型,对创建的装配工艺知识是否符合正确性和独立性规则进行判定,并应用框架表示法对产品装配工艺进行描述,将产品整体装配工艺作为一个整体框架,同时保证每一个装配工艺数据均正确独立地表达,形成产品完整的装配工艺数据。使装配工艺文件分解转换成数据模型,并通过装配知识建模与管理,将历代多型号产品的装配工艺转化为知识本体结构的工艺知识,为基于模型的产品智能装配工艺设计提供基础。

3 装配工艺设计

针对装配工艺知识的模糊性和传统装配设计决策中主要依靠经验和尝试的问题,根据已有装配工艺线索进行装配工艺知识智能检索等方法,实现装配工艺智能匹配,获取最接近或最可能用到的装配工艺知识,形成了基于特征信息和模糊匹配的工艺知识推理算法。在装配工艺设计过程中,通过装配工艺智能匹配,获取某一层级的某一节点最接近、最可能用到的一条或多条装配工艺知识。工艺设计人员对知识条目的选择、调取、修改后,完成一个装配工步设计。结构相似度评价算法如图2所示。

图1 装配工艺文件存储及利用的方法

两级结构相似度判定:

根据装配工艺智能匹配推理可以获得产品的所有可行装配工艺,但是对于工艺设计人员来说,还需要进一步判断具体满足实际需求的可行工艺,在实际装配工艺设计过程中,由于装配方向的改变直接影响装配辅助时间,换向操作次数越多花费的装配辅助时间也就越长,同时频繁地更换装配工具和调整相应装配设备以适应不同的装配需要,也必然影响产品的装配效率,因此一般以装配过程中使用的工装夹具、装配位姿调整等来判定装配工艺设计的合理性。

4 结论

本文通过开展基于知识和模型的传动装置前传动总成装配工艺设计,提出了一种装配工艺知识建模与管理方法,建立了工艺知识的电子化表达途径,实现了装配工艺知识的调用,但形成的装配文件仅具备可行性,还有进一步优化提升的空间,后续在实际应用验证及知识不断积累下,形成的工艺文件将更具实际指导能力。同时工艺知识积累方法可进一步推广应用于其他专业知识的积累,为全面实现基于模型的工艺设计奠定基础。

图2 结构相似度评价算法