（机械电子工程专业论文）虚拟装配环境下零件自动编码系统开发.pdf

摘要 零件的编码是企业信息集成的重要组成部分，是企业实现并行工程， 加快产品开发，以及有效利用已设计资料的必要支撑基础。对于复杂产品， 企业通常采用隶属编码方法来对产品进行编码，这是一种在码位中明确标 识了产品、部件、零件隶属关系的编码方法，可以从编码中识别零、部件 的归属。由于隶属编码需要考虑的细节比较多，编码规则比较复杂、琐碎， 一般设计人员很难将其全部记住，编码容易出错，编码效率较低。虽然大 多数企业已经采用c a d 软件进行产品设计，然而还没有c a d 软件提供自动 编码的功能。 本文研究了一个基于p r o e n g i n e e r 及v c + + 进行二次开发的自动编码 系统，该系统能够自动识别需要编码的零部件，并根据它们在产品中的隶 属关系，快速、准确地实现产品及其所有零部件的编码。 文中首先阐述了与编码系统相关的关键技术：编码的概念、分类，企 业信息编码的意义，讨论了企业常用产品编码的种类、意义及其各自的特 点，虚拟装配的目的与意义，对虚拟装配环境下实现自动编码功能的可行 性做了分析。 接着本文着重对隶属编码方法的规则做了分析，对该编码的规则和特 点做了归纳与总结，找出各条规则之间的内在联系，对隶属编码规则抽象、 建模，实现了编码算法的设计，用编程语言实现了该编码算法，同时还对 自定义产品结构树的建立方法进行了研究，分析了零件存储规则与方法。 最后基于p r o e n g i n e e r 软件进行二次开发实现自动编码系统，介绍了 m p r o t o o l k i t 的配置与使用方法，对开发中使用到的递归访问函数的用法进 行了分析，建立了系统的框架结构，系统利用模块设计的方法来实现，对 编码模块、参数模块及产品结构树的实现方法进行了研究分析，然后通过 一个产品的自动编码实例来演示自动编码系统，包括菜单的设计以及系统 在p r o e n g i n e e r 中的注册运行等。 本文所开发零件自动编码系统为企业提供了一种产品开发的辅助工 具，应用该系统可以快速实现对复杂产品的自动编码。本方法也为生产复 杂产品的企业提供了一种提高设计效率的思路，企业可以根据自己的使用 规则对系统略加调整，以满足本企业的具体要求，另外本文中所研究的编 码算法也可以应用到其它c a d 软件上去，对于企业的产品开发研究具有较 高的参考价值。 关键词：复杂产品；虚拟装配；隶属编码；自动编码；p r o t o o l k i t i v a b s t r a c t p a r tc o d i n gi sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n ta sap r o p o r t i o no ft h ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o ni n t h ec o r p o r a t i o n , i ta c t sa saf o u n d a t i o ni nt h ec o u r s eo fc o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，p r o d u c t d e v e l o p m e n t , a n du s i n gt h ed e s i g n e dd a t 乱n em e t h o do fs u b o r n a t i o nc o d i n gi su s e df o r c o d i n gt h ep r o d u c ti nt h ee n t e r p r i s e ，i nw h i c ht h ea f f i l i a t i o na m o n gt h ep r o d u c ta n di t sp a r t s a n da s s e m b l i e sa r em a r k e d , t h es u b o r n a t i o no ft h ep a r t sw o u l db ei d e n t i f i e dc l e a r l y y e t , t h i s c o d i n gr u l ei sc o m p l i c a t e d ，i n t r i c a t e ，w h i c hw o u l dn o tb er e m e m b e r e db yt h ed e s i g n e r sf o r t o om u c hd e t a i l s s ot h ec o d i n gn u m b e rw o u l db ew r o n g , t h ee 伍c i e n c yi sv e r yl o w a l t h o u g h al o to fe n t e r p r i s e sd e s i g n e dt h ep r o d u c tb yu s i n gc a dt o o l s , a u t o m a t i cc o d i n gf u n c t i o ni s n o rp r o v i d e di nt h o s ec a ds o r w a r e s a na u t o m a t i cc o d i n gs y s t e md e v e l o p e dw i t hp r o e n g i n e e ra n dv c hi ss t u d i e di nt h i s p a p e r , b yu s i n gt h es y s t e m ，t h ep a r t st h a ts h o u l db ec o d e dw o u l db er e c o g n i z e da u t o m a t i c a l l y , a l la s s e m b l ya n di t sc h i l dp a r t sc o u l db ec o d e dq u i c k l ya c c o r d i n gt ot h d rs u b o r n a t i o n r e l a t i o n si nt h ep r o d u c t s o m ek e yt o e h n o l o # e st h a tu s e df o ra u t o m a t i cc o d i n gs y s t e mi se x p l a i n e df i r s t ，w h i c h i n c l u d et h a tt h ec o n c e p ta n dc l a s s i f i c a t i o no fc o d i n g , t h es i g n i t i c a n c e so fc o d i n gi nt h e e n t e r p r i s e s ，t h ep u r p o s ea n dt h ev a r i e t i e so ft h ep r o d u c tc o d i n gr u l ea d o p t e di nc o r p o r a t i o n a r ed i s c u s s e d ，t h ep u r p o s ea n dm e a n i n g so fv i r t u a la s s e m b l ya n dt h ef e a s i b i l i t yo fa u t o m a t i c c o d i n gb yu s i n go f w h i c h a r ea n a l y z e d t h e nt h er u l e so fa u t o m a t i cc o d i n ga r ee m p h a s i z e d ，t h ec h a r a c t e r i z a t i o no fw h i c ha r e s u m n l a r i g c dt of i n d i n gt h ei n t e r n a la 岱吐a t i o n s t h ea l g o r i t h mo ft h er u l e si sd e s i g n e db y a b s t r a c t i n ga n dm o d e l i n g t h ca l g o r i t h mc o u l db ei m p l e m e n t e db yt h ep r o g r a ml a n g u a g e t h e e s t a b l i s hm e t h o do ft h ep r o d u c tt r e ed e f i n e db yt h eu s e fa n dt h ep r i n c i p l eo fs t o r i n gt h ep a r t a r es t u d i e da tt h es a n l et i m e i nt h ee n d ，a na u t o m a t i cc o d i n gs y s t e mi sd e v e l o p e db a s e do np r o e n g i n e e r , t h e c o n f i g u r a t i o na n dt h ea p p l i c a t i o no fp r o t o o l k i ti si n t r o d u c e d , t h er c c u r s i o nf u n c t i o nt h a t w o u l db eu t i l i z e di sa n a l y z e d n es y s t e mf t a m e w o r ki sb r o u g h tf o r w a r d t h es y s t e mi s c o n s t r u c t e dw i t hm o d u l em e a n s ，a m o n gw h i c h ，t h ee s t a b l i s h m e n to fc o d i n gm o d u l ea n d p a r a m e t e rm o d u l e ，t h ei m p l e m e n t a t i o no fp r o d u c tt r e e ，a r cs t u d i e d ms a m p l eo fc o d i n gf o r t h ep r o d u c ta u t o m a t i c a l l yi sd i s p l a y e di na d d i t i o ni n c l u d e dm e n ud e s i g na n dt h ee n r o l l m e n ti n n 协e n g i n e e r t h es y s t e mp r o v i d e di nt h ep a p e ri sas u b s i d i a r yt o o lu s e dt od e v e l o pr a p i d l yf o rt h e e n t e r p r i s e s ，a tt h es a m et i m e ，t h ec o d i n gm e t h o dc o u l dg i v eae x p e r i e n t i a lt h o u g h ta b o u t i m p r o v i n gt h ed e s i g ne f f i c i e n tf o rt h ef a c t o r yw h i c hp r o d u c ec o m p l i c a t e dp r o d u c t s ，a n dt h e a l g o r i t h mc o u l db ea d j u s t e db yt h e m s e l v e s f u r t h e r m o r e ，t h ec o d i n ga l g o r i t h ms t u d i e di nt h e p a p e rc o u l db eu s e d 谢t ho t h e rc a dt o o l s 。i to f f 暂e dv a l u a b l er e f e r e n c ef o rt h o s ec o r p o r a t i o n w h i c hp r o d u c ec o m p l i c a t e dp r o d u c t s 1 ( e yw o r d s ：c o m p l i c a t e dp r o d u c t , v i r t u a la s s e m b l y , s u b o r n a t i o nc o d i n g , a u t o m a t i cc o d i n g , p r o t t o o i k i t v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江 苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 保密口，在 年解密后适用本授权书。 不保密 学位论文作者签名：撕 2 0 0 7 年多月彳日 他扣钐细 一 教精 第一章绪论 随着计算机技术日益普及，信息成为人们交流与沟通的主要载体，随着知识的爆炸， 信息量已经得到了级数级的增长，人们也试图建立了各种信息系统来管理和利用信息 我国的企业近些年来在高技术设备的投入上花了大量的金钱，并在企业经济效益上取得 了一些成功，然而随着硬技术对于企业利润提高的空间越来越狭小，人们将目光转移到 了企业的管理之上。企业能够高效运作的基础是信息系统建设，而信息系统的基础性工 作之一就是信息的分类与编码。信息的分类与编码工作是实现信息表达、交换与共享以 及信息系统集成的基础，特别是在制造企业，它是实现产品数据管理与资源计划管理乃 至现代集成制造系统的前提。信息的标准规范应先行于信息化建设，美国学者詹姆斯 马丁( j a m e sm a r t i n ) 创立的信息工程理论就明确的提出数据环境( d a t a e n v i r o n m e n t ) 的概念，他认为企业的基础数据是稳定的，而对这些数据的加工处理过程是多变的，基 础数据是信息化处理的基本单元。对于制造业来说，企业产品的信息量是企业信息组成 的一个重要部分，所以，产品的编码对于企业来说是一个很重要的过程。 1 1 产品信息编码的重要性 在企业信息化系统中，需要处理大量的不同的数据，所以要保证数据的正确与快速 处理，必须建立一套合理、严格、科学的编码系统。企业所生产的产品中有相当一部分 是非标件，尤其是对于单件小批生产的企业来说，非标件更多，对于这些非标件，由于 量多，所以需要用一个代号来代替它，这个代号就是产品编码，产品信息编码通常具有 以下功能； l 、标识事、物的唯一性，排除人工管理系统中无法用简单文字、语言描述的二义 性； 2 、可以根据系统功能的要求用代码来表示事物的特征，所以事、物一经编码，就 可以很容易地按其特征进行分析、统计、汇总、排序等作业； 3 、提高计算机进行事务处理的能力与速度，降低使用计算机的成本； 4 、促进信息系统的自动化。将要处理的事物进行编码后，可以采用计算机目前能 够识别的方法管理系统，方便了计算机的识别，为整个系统的自动化提供了条件； 5 、便于系统间的数据共享与信息交换。 可见正确地对企业产品进行编码是一个很重要的过程。 i 1 2 课题研究的背景 随着计算机辅助设计( c a d ) 软件功能上的完善与使用上的便利，越来越多的企业 正在依靠c a d 软件来加快企业自身产品的开发速度，以此来增加企业在国内外市场上 的竞争力。然而通用软件的使用也有很多局限性，因为通用软件不可能考虑所有企业的 使用情况，而且很多国内企业使用的c a d 软件是国外软件，使用得最多的是 p r o e n g i n e e r ，u o ，s o l i d w o r k s 等。 辅助设计软件的使用在很大程度上减少了设计修改的工作量，从而减轻了设计人员 的劳动强度；同时很多零件模型可以用来进行装配或者可以用于其它产品的设计，所以 也提高了设计文件的重复利用率。 然而并不是这些软件已经达到了很高的适用程度，因为通用软件并不能考虑所有企 业可能遇到的新情况，对于产品编码的问题，一般企业所设计的零件中除了标准件、借 用件不需进行编码外，其它所有设计出来的零件、部件、组件均需要进编码，目的也是 为了更好的对产品进行设计方面的管理。以前是由设计人员来进行产品编码的，现在有 了辅助设计软件，此工作仍然由设计人员来完成。人工编码可能会出现什么不足呢? 目前很多企业对产品进行编码使用的是隶属编码规则，这种规则比较复杂，也比较 琐碎，由于其考虑的细节比较多，一般设计人员很难将其全部记住，所以往往在使用此 规则进行产品编码时会产生错误；另一方面，某一产品下的零件、部件i 组件有可能有 很多，甚至多达上百个，而且会出现同一层级的予件中既有零件，也有部件，甚至还有 组件的情况。这无疑会给设计人员带来相当大的麻烦，有可能会导致顾此失彼的现象。 由于这些原因，设计人员在对产品进行人工编码时需要浪费大量的时间，此外还会出现 不可避免的人为错误，在很大程度上制约了产品迅速推向市场的步伐。 1 3 本课题的工作任务 本文针对目前复杂产品所使用的隶属编码方法为基础，在p r o e n g i n e e r 及v c - h 组 成的设计平台上，对以上所提出的问题进行了研究分析，主要完成了以下工作； ( 1 ) 分析了隶属编码方法的基本规则与特点，进行了隶属编码规则的建模 ( 2 ) 对企业建模软件p r o e n g i n e e r 的基础上进行开发自动编码的可行性作了分析。 ( 3 ) 建立了自定义的模型结构树，用来保证需要编码的所有零件信息能够被保存， 从而保证所有零件能够正确的编码 ( 4 ) 以p r o e 的产品设计为例，利用p r o t o o l k i t 及v c + + 设计了一个基于p r o e 的 2 。插件系统实现了产品及其子件的自动编码a 1 4 本课题的意义 编码是一个很重要的工作，编码正确与否是保证企业其它各项信息集成系统( 如 p d m 等) 能够正常工作的前提，对于一个复杂的产品，如果需要编码的零件太多，层 级关系又特别复杂，如果采用人工编码，将会不可避免的产生错误，本课题所完成的自 动编码系统可以杜绝这种现象发生，同时可以提高设计的效率，加快企业产品迅速推向 市场。另外本文所阐述的方法可以为这类企业所借鉴及引用。 3 第二章自动编码系统关键技术分析 2 1 编码理论与类型 2 1 1 编码 编码是用规定韵字符来代表复杂的概念。这种复杂的概念若用文字描述，必将过分 冗长和累赘。将编码技术用于分类编码系统，也就是用规定的字符来代表每个纵向环节 上的分类标志所描述的信息对象的特征和属性n 】。这样便可使复杂的分类标志所代表的 特征和属性概念字符化或代码化，从而便于记忆和应用 从信息学的观点来讲，编码是将信息的一种符号形式变换成另一种符号形式的特殊 的信息处理。假定存在两个不同的符号集合： a - a l ，a 2 ，a k ( k 1 ) b = b l ，b 2 ，b m ) 似 1 ) b 称为码元集，码元 b l ，b 2 ，b m ) 可以是数字，也可以是字符。设由a 中符 号组成的序列： u 1 ；u i lu i 2 u i n ( i = l 2 。舯 是产品的属性对象信息的一种符号形式，其全体的集合记作u a ，当u l 中的所有 符号( u i lu i 2 u j n ) 均转换成b 中的符号后该对象的属性信息变成了如下符号序列： “f = 簖ce e e u 差e b ( 毋l ，2 n ；l - l ，2 ，l , l n ) 由此转换，进而产生全体“? 的集合u c ，实现从u 到u c 的映射或运算，即： c ：u - * u c 或u c = c u 这种映射或运算叫做做信息编码。u c 称为信息代码集。 2 1 2 编码对象 编码对象是指上述运算对象u 。因为标识符是属性对象在其使用范围内惟一描述或 表示的符号，所以常将其作为编码对象。由于信息对象的属性种类繁多，使用范围和频 率又不尽相同，因此很难也不必对所有标识符全部进行编码，而应该从规范管理和信息 集成的角度来选择编码对象。即首先结合制造企业的实际，根据编码对象类型和应用范 4 围进行分类整理，类型相同的代码称为同类码( 如所有零件的代码) 。再参考相关的国 际、国内及行业标准，按照信息集成的要求，规划制定出符合企业特点的产品信息编码 标准体系。最后确定分类编码对象集【1 】： o = o l ，0 2 ，o n ( n n ) 这里o i = o ) 为同类i 的编码对象集。 o i j c j = i ，2 ，e i ) 为同类i 的编码对象j ，o i je d 。 编码对象总数为： d = 岛 2 ，1 3 编码类型 信息编码的过程中，给每种需给予编码的信息进行代码化，代码化的代码类型一般 可分为数字码和文字码 2 1 。 1 、数字码：般是由0 - 9 这十个数字组成的，简单易记，易于阅读，便于交流， 因此，使用较为广泛，为世界各国所共识。 连续码：如国家对各类人员职务分类码、地名码、姓氏码和一些材料码等。 组码；是对自特定号码开始至另一特定号码为止的一定项目群，使用连续数字编 码来表示项目名的代码。 例如：财务上帐目使用的各种科目。 群码：是项目以不同位代表不同类型，每类再分多种类型，以此类推按顺序连续 编码表示项目名称的代码。 实数码：是项目按照其本身所表示的数值全部表示项目名称的代码，所谓本身所 表示的数值是指表示物资本身的重量、面积、容量、距离、体积、密度等物理数据。 如油缸数据为行程1 4 0 0 ，缸体内径为8 0 ，活塞杆直径为4 5 ，则其代码可表示为 8 0 4 5 1 4 0 0 。 这种码便于记忆，较直观，便于编制代码和解码，但位数较多，宜跟其余方式的代 码混合使用，可能效果可以更好。 尾数码：是项目末尾位用具有一定意义的数字来表示项目名的代码般用于需 强调或特别说明一定意义的分类代码，作为备注或附加说明之用。例如：相同标准、型 号规格的螺栓，但其精度等级不同，可在备注栏中用分类代码示意。 a 级精度一1b 级精度2 s 但此种方式一般为分类品种不多的情况下使用。 综合码：是以各种代码方式的不同组合来表示产品代码的一种方式。 此码的特点是适宜于类别比较多，且代码位数也较多的情况时使用，可以对大量繁 多的物资进行分类编码，同时又具有相对的稳定性，可以长时间使用。 2 、文字码：一般是由a - z 的2 6 个英文字母所组成的代码。 直接定义字母。一般文字码以字母编码表示产品名称。 例如：a 铣床b 一车c i _ 艳| j 床 此种文字码可以用于表示码位数不多而要求分类多的使用文字的代码，但书写不方 便，也不利于计算机处理。 缩写码，是以惯用的缩写字母表示产品名的代码。 首位字母码。以产品汉语拼音或其英文名的第一个字母表示物资名称的代码。 3 、数字文字组合码：是用数字和英文字母组合起来表示项目名的代码，也可以是 综合形式的，即可由各种编码方式的不同组合而成的。这种码的特点是位数较多，但容 易记忆，编码的编译功能较强。 2 2 编码系统现状与分析 2 2 1 几种典型编码系统 早期的分类编码系统多集中在对零件、机床、刀具等加工制造领域进行分类编码， 分类编码系统多是针对零件的设计特征和工艺特征进行标识。随着近几十年强调信息集 成技术在制造企业中的实施，针对信息编码系统的研究逐步扩展，开始针对面向制造企 业在生产经营活动中涉及到的所有信息为对象，进行统一分类编码标识。 l 、v u o s o 零件分类编码系统 v u o s o 零件分类编码系统是成组技术中最早出现的零件分类编码系统【3 】，它是捷 克斯洛伐克金属切削机床研究所在卡洛茨教授领导下制订的。目前许多现有的零件分类 编码系统，包括德国的o p i t z 系统和日本的k c 1 系统等，大体上都是从v u o s o 系统 演变而来的。v u o s o 系统是一个十进制4 位代码的系统，它有4 个横向分类环节组成， 每个横向分类环节各由十个纵向分类环节组成，纵向分类环节的分类标志分别用0 - 9 数 字代码表示。 虽然v u o s o 系统还存在一些缺点，但是在早期的分类编码系统中，它还不失为是 种简洁而易于应用的系统，它所首创的零件尺寸关系、三要素完全组合、关联环节结 6 构、多层次的分类标志等原理和方法，至今为许多分类编码系统所沿用。 2 、0 p r r z 零件分类编码系统 o p i t z 系统是6 0 年代由德国a a c h e n1 - 业大学h o p i t z 教授领导的机床和生产工程 实验室所开发，得到德国机床制造商协会的支持而制定的通用零件分类编码系统( 又称 v d w 系统1 1 4 1 。 o p i t z 系统的特点是：系统由9 位十进制数字代码组成，包括5 位主码和4 位辅助 码，其中前5 个横向分类环节主要用来描述零件的基本形状要素，称形状码：系统的分 类标志形式上偏重于结构特征，但实际上隐含着工艺信息：系统考虑了精度标志，但分 类标志尚欠严密和准确，容易造成分类上的所谓的高代码掩盖低代码的问题。 3 、b o s c h 零件编码系统 b o s c h 零件编码由l o 位数字编码组成【3 】，在一个检索号后排列成三组。例如 0 3 0 1 0 0 50 0 1 。b o s c h 零件编码系统的主要特点是： 系统采用隶属制的全数字码，结构简单，使用方便。 采用零件功能名称作为分类标志，这样特别适用于设计部门检索。 在纵向分类标志上考虑了零件的尺寸关系、紧固方式等零件特性。 系统的缺点是出于它在分类中将尺寸分段编码，有的尺寸段用的很少，而有的尺寸 段却不够用。而产品在不断更新换代，以至于不能有效扩充。 2 2 2 基于成组技术的分类编码方法 从以上几分类编码系统看出，实际生产中使用的最多的是利用成组技术而建立起来 的分类编码方法。零件编码技术是随着成组技术( g r o u pt e c h n o l o g y ) 的产生而产生的【4 】。 在二十世纪的六七十年代，对于制造企业而言，虽然各单元的计算机辅助技术已经日益 成熟，但各个自动化单元自成体系，彼此之间缺少有效的信息沟通与协调，这就是所谓 的“信息孤岛”问题。作为提供人的日常生活、生产所需各种产品的制造业中，大批量 的产品越来越少，单件小批量的产品生产模式越来越多，约占各类机器生产的7 6 8 5 。 成组技术( g 1 i - g r o u pt e c h n o l o g y ) 正是在这一背景下产生的一项新的生产、管理的技术。 成组技术首先是一门生产技术科学，它研究如何识别和发掘生产活动中有关事务的 相似性，并对其进行充分利用，从而更好地对事务进行科学组织和管理。其主要思路是 把相类似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的 经济效益。成组技术应用于机械加工方面，就是将品种众多的零件按其相似性分类以形 成为数不是很多的零件族，把同一零件族中诸零件分散的小生产汇集成较大的成组生 7 产，这样，成组技术就巧妙地把品种多转化为“少”，把生产量小转化为“大”，由于主 要矛盾有条件地转化，这就为提高多品种、小批量生产的经济效益提供了一种有效的方 法。 2 2 3 单件、少量、复杂型产品编码方法的选择 成组技术对于单件，少量的产品并没有优势可言，而此类产品装配关系复杂，所以 实际上更为重要的是零部件之间的装配关系显得更为重要，所以在这类型的企业中往往 采用基于隶属制编码规则的方法，类似于b o s c h 零件编码系统，然而我国的国家标准 中对于隶属编码的规定与国外的规则有所不同，具体方法见第四章。 2 3 引入零件编码系统的意义 零件的编码系统则是随着成组技术的产生而产生的，它首先是在五十年代中期由苏 联科学家米特洛范洛夫首先提出来，并且在实践中取得了比较大的成就，到了五十年代 末，该项技术被其它的国家学习和引进，并在六十年代和八十年代初，进一步在世界上 许多国家得到了广泛的应用，并在理论和实践上得到了更进一步的完善和成熟 上述编码系统主要是针对流程工业来讲的，然而对于单件小批但非常复杂的产品来 说，过去生产厂家对零件编码没有足够的重视，随着很多相关的企业推向了市场，甚至 走上了国际，他们渐渐对生产成本、经济效率、市场竞争力等因素重视了起来。企业中 最基本的生产要素是零、部件。要对这些中间“产品”进行有效的管理，需要对大量的 非标准件需要编码，而由于复杂产品往往存在很深的装配层次与复杂的装配关系，导致 人工编码效率低，容易出错，严重影响了企业标准化的进程，同时也限制了企业全面推 进数据管理的进程。 所以在生产复杂产品的企业中必须引入零件编码系统。 2 3 1 实现模型与图纸的管理 在企业数据管理中引入零件编码系统，首先是为了对c a d 建立的模型及其电子文 件数据库中所记录零件图纸的信息流进行管理，克服当c a d 模型与电子文件数量过多 的时候，检索结果不精确的情况。 在机械加工领域，现代产品的设计一般采用大型的c a d 软件进完成，产品中的许 多予零件、部件、组件，也都是以三维模型在形式存在。同时人们也未丢掉传统的工程 图。每个零件都有工程图，那么如何对这些图纸进行管理呢，一般是对每张图纸命名一 s 个号码，现在一般就用零件三维模型的代号来代替。所以说，恰当的对零件进行编码，可以 实现对零件的有效的管理 2 3 2 减少重复性劳动 如果采用了编码系统，对每一零件进行编码，如果在不同的项目中或工程中，有相 同的已经设计好的模型存在，那么完全将它拿来使用，当然这个已经编好号码的零件就 不再需要编码了。减少了很多重复工作，也有效的避免了企业对于产品管理的混乱现象。 这必然为技术人员提供更好便利，从而大大提高工程技术人员的工作效率。 2 3 3 有助于企业的标准化 标准化是以在给定的范围内达到最佳秩序为目的，对实际的或潜在的问题制订共同 的和重复使用的规定的活动。这是国际标准化组织和国际电工委员会i s o i e c 2 号指南 对标准化的定义。定义有两条注，其中之一说明标准化显著的好处是改进产品，过程和 服务对其用途的适用性，并便于技术合作，防止贸易壁垒。指南还明确了标准化可有一 个或更多的特定目的( 如品种控制、可用性、兼容性，互换性、健康、安全，环境保护、 产品防护、经济性能、贸易等) ，使产品、过程或服务适应其用途。 由此可见标准化不仅是促进企业经济增长方式转变的重要手段，而且也是建立现代 企业制度的基础，是促进企业技术进步、提高产品质量、改善经营管理、增强企业竞争 能力的重要手段。 有效地对企业所生产的零、部件进行编码就是企业标准化的一个重要部分。 2 4 装配技术的发展及其概述 2 4 1 传统装配技术 传统制造理论认为，装配是整个制造过程的最后一个环节，就是按规定的技术要求， 将零件、组件和部件进行配合和联接，使之成为半成品和成品的工艺过程。由于传统制 造业注重规模效益，新产品的开发大都局限于对已有产品进行局部的改进设计，而设计 人员及工人已对产品本身及装配工艺比较熟悉，因此，传统装配技术还是能够满足当时 制造技术的需要 2 4 2 装配技术的发展 随着全球市场竞争不断加剧，制造技术为适应小批量多品种的市场要求，逐渐向快 9 。速性、灵活性和集成性的方向发展。面对这样的市场现状和制造技术水平，传统装配技 术显然不能与之相适应。从2 0 世纪7 0 年代末开始，研究人员对装配设计、装配建模和 装配规划等装配关键技术迸行了一系列的研究，提出了面向装配的设计( d e s i g nf o r a s s e m b l y , d f a l 这一理论【5 】。 d f a 从便于装配与制造的观点出发，为产品设计、分析与评价提供了一个系统化 流程，使产品结构更为简单实用。降低了装配与制造的整个费用。同时在装配操作上 也出现了一些新的方法，诸如非抓式操作( n o n g r a s p i n gm a n i p u l a t i o n ) 1 6 、灵巧装配 ( d e x t e r o u s a s s e m b l y ) p j 等。但是，这些技术和方法都不能很好地解决 2 4 3 虚拟装配思想的提出 面对装配研究中存在的问题，迫切需要新的方法和手段来加以解决、虚拟现实技术 p r u t u a lr e a l i t y , v r ) 的出现为装配技术的发展开辟了一个崭新的空间。 v r 技术是一种新的人机交互技术，集计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、 微电子技术于一体。它允许入沉浸到计算机产生的虚拟环境中，并通过视觉、触觉、味 觉、听觉等多种感知模式与虚拟环境进行实时交互，使人产生身临其境的感觉嗍。v r 技术的3 i 特性一交互性( i n t e 船c t i v i t y ) 、沉浸感( i m m e r s i o n ) 、想象( i m a g i n a t i o n ) ，为解决 “人的智能参与”这一问题提供了一个可行的基础。若将装配技术和v r 技术相结合， 建立一个虚拟装配环境( v m u a ta s s e m b l ye n v i r o n m e n t 。v a e ) ，装配人员通过虚拟现实的 交互手段，以自然、直觉的方式对环境中的装配模型进行各种与装配有关的操作，就可 以在无需实物模型的前提下实现装配方案的快速评价和装配过程的优化，从而打破“设 计一制造( 装配) 一评价”和“实物验证”这一封闭时空模式，有效地提高装配工作的效 率、降低装配成本。虚拟装配正是在这种背景下应运而生的。 “虚拟装配”( x r m u a la s s e m b l y ) 是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技 术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。虚拟装配是在获得产品信息和产品装配工 艺信息后，进行产品装配过程的仿真演示，并为装配工艺规划提供一种可视化的交互环 境。从而有效地改善产品的装配工艺，改进产品的质量。虚拟装配的思想体现在以下三 个方面： 2 4 3 1 以设计为中心的虚拟装配 以设计为中心的虚拟装酝d ( d e s i g n - - c , m t c r c d v i r t u a l a s s e m b l y ) 是指在产品三维数字 化定义应用于产品研制过程中，结合产品研制的具体情况，突出以设计为核心的应用思 l o 想，这表现在以下三个层次 1 、面向装配设计( d f a ) 。传统的设计过程与装配过程严重脱节，需要采用d f a 方法，即在设计初期把产品设计过程与制造装配过程有机结合，从设计的角度来保证产 品的可装配性。引入面向产品装配过程的设计思想，使设计的产品具有良好的结构，能 高效地进行物理装配，能在产品研制初期使设计部门与制造部门之间更有效地协同工 作。 2 、自顶向下( t o p - - - d o w n ) 的并行产品设计( c p d ) 。基于并行产品设计的装配技 术支持自顶向下的设计方法，通过自顶向下的并行产品设计可以分层次地建立统一的产 品动态样机。 3 、与主模型( m a s t e rm o d e l ) 相关的可制造性设计和可装配性设计。产品研制不 同阶段的主模型提供了一个面向设计群体的装配设计环境，使得设计群体中每个成员的 设计从产品设计的开始就被有效地控制在最终产品可装配的范围之内，并且实现突出以 产品为核心的设计思想，保证产品设计工程师的工作与整个产品的进展过程相关联，部 件模型的变化将只反映到相应的装配部件上，从而保证了模型数据的集成性，避免了设 计工作的重复。同时，产品研制是多部门的协同工作过程，主机厂与辅机厂的合作往往 受到各个企业的生产条件等方面的限制，结合各个企业的可生产能力和生产特性，改进 产品设计模型的可制造性、可装配性，减少零部件模型的数量和特殊类型，减少材料种 类，使用标准化、模块化的零部件，是非常必要的。以不同阶段的m a s t e rm o d e l 为核 心，可以保证产品研制的不同阶段数据结构完整一致，保证产品研制的各个部门协同工 作，实现c a d 忙黼a e 系统的高度集成，有效地提高产品可制造性和可装配性。 2 4 3 2 以过程控制为中心的虚拟装配 以过程控制为中心的虚拟装配( p r o c e s s - - - - c e n t e r e dv i r t u a la s s e m b l y ) 主要包含以下 两方面内容： 1 、实现对产品总体设计进程的控制在产品数字化定义过程中，结合产品研制特 点，我们人为地将虚拟装配技术应用于产品设计过程划分为三个阶段：总体设计阶段、 装配设计阶段、详细设计阶段。通过对三个设计阶段的控制，实现对产品总体设计进程 的控制，虚拟装配设计流程 1 ) 总体设计阶段总体设计阶段是产品研制的初期阶段，在此阶段进行产品初步 的总体布局，主要包括： 建立主模型( m a s t e rm o d e l ) 空闻； 1 1 进行产品初步的结构、系统总体布局。 2 ) 装配设计阶段装配设计阶段为产品研制的主要阶段，在此阶段产品三维实体 模型设计已经基本完成，主要包括： 产品模型空间分配( 装配区域、装配层次的划分) ； 具体模型定义( 建立几何约束关系、三维实体模型等) ； 应力控制。 3 ) 详细设计阶段详细设计阶段为产品研制的完善阶段，在此阶段完成产品三维 实体模型的最终设计，主要包括：完成产品三维实体模型的最终设计，进行产品模型的 计算机装配，进行全机干涉检查。 2 、过程控制管理过程模型包含了产品开发的过程描述、过程内部相互关系和过 程间的协作等方面内容。通过对过程模型她有效管理，实现对工程研制过程中各种产品 设计结果和加工工艺等产品相关信息的管理，从而实现优化产品开发过程的目的 2 4 3 3 以仿真为中心的虚拟装配 以仿真为中心的虚拟装配( s i m u l a t e - - - c e n t e r e dv m u a la s s e m b l y ) 是在产品装配设 计模型中溶入仿真技术，并以此来评估和优化装配过程。其主要目标是评价产品可装配 性。 1 、优化装配过程目的是使产品能适应当地具体情况，合理划分成装配单元，使 装配单元能并行地进行装配。 2 、可装配性评价主要是评价产品装配的相对难易程度，计算装配费用，并以此 决定产品设计是否需要修改。 2 4 4 虚拟装配现状 狭义的虚拟装配就是在虚拟环境中快速地把单个的零件或部件组装形成产品的方 法 9 1 。广义的虚拟装配是指在虚拟环境中，无需产品或支撑过程的物理实现，只需通过 分析、检验模型、可视化数据表达等手段，利用计算机工具来安排或辅助与装配有关的 工程决策。虚拟装配存在于产品生命周期( p r o d u c tl i f ec i r c l e p l c ) 的全过程，它始于产 品设计之初，直至产品报废才告结束，包括了装配设计、装配建模、装配规划、装配仿 真、装配工艺设计、可装配性评价等所有与装配有关的环节。 据统计，现代工业制造中装配工作平均约占整个产品生产工作量的4 5 ，一些典型 产品的装配时间占总生产时间的5 3 左右。这是由于装配技术滞后于加工技术，从而形 1 2 成巨大的反差：一方面是加工技术的更新迅速、飞快发展，另一方面是装配过程主要依 靠人工的密集型劳动，生产率在很大程度上取决于装配中工人的熟练程度。因此，要提 高产品可装配性，不仅仅要提高产品的装配生产效率，而且与产品的设计、产品的维修 性、回收性密切相关。目前产品的装配效率低，对产品的原始成本影响重大，已成为昂 贵的生产过程。因此，虚拟装配设计( v 砷埘a s s e m b l y ，v a ) 作为并行工程设计方法的关 键技术之一，是我们缩短装配时间、减低生产成本和提高装配生产率的重要方法，日益 受到关注。 近些年来，并行工程技术开始成为工业界的热点，于之相关联的虚拟协同技术成为 c a d 技术的发展方向，n s h y a m s u n d a r 提出基于i n t e r n e t 的虚拟协同装配系统【l 哪，随后 他们虚拟协同的原型系统【l l 】，这两年网络协同设计又有了新发展，q i n gs h e n 和j n r g e n g a u s e m e i e r 等研究如何在协同设计系统中，进行多学科交叉协同设计与分析【1 2 l 。与此 同时，大型c a d 设计软件也正在向能够适应协同设计方向发展，如p r o e n g i n e e r , u g 等 也都推出他们的协同设计工具，当然在功能上还没有达到非常适用的地步 2 4 5 虚拟装配体系的选择 国内外的很多专家对虚拟技术已经有了较为成熟的研究，而目前真正被广为使用的 通用软件几乎没有，所以只要能够达到虚拟装配要求，可以考虑采用一些通用型的软件。 当前企业对虚拟装配体系的要求可以列为以下几点： l 、体现产品的功能要求，比如能够看到装配完成的实物模型，能够对实物的功能 做一些仿真 2 、能够对装配进行可行性评价，指出装配方法的优劣，比如能够进行干涉检查， 最好还能确定装配的顺序 3 、能够满足企业并行工程的需要。 根据以上要求，结合国内企业所使用的c a d 系统，确定选择p t c 公司的 p r o e n g i n e e r 作为虚拟装配体系的软件平