DB2102∕T 0118-2024 工业三维零件模型数字化装配技术规范

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一单元901），联系电话

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工业三维零件模型数字化装配技术规范

1范围

本文件规定了术语和定义、三维零件模型数字化装配方法。

本文件适用于机械行业离散制造型工业企业涉及产品的三维装配建模设计形成的装配模型。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

数字化digitization

指将信息转换为数字格式的过程。即使用0和1两位数字编码来表达和传输一切信息的一种综合性技

术，将数据、图像等各种信息都变成数字信号，在同一种综合业务中进行传输，再通过接收器以及匹配

的软件系统使其复原，可以无限地复原，而质量不会受到任何损害。

3.2

数字化装配digitalassembly

指利用数字化现实技术、计算机图形学、人工智能技术和仿真技术等构造数字化现实环境和产品数

字模型，从而在产品装配过程中通过交互分析，仿真装配过程和装配结果。

3.3

模型model

指以任何方式（包括数学、物理、符号、图形或描述等方式）对现实事务某一方面进行的抽象描述。

3.4

三维零件模型three-dimensionalpartmodel

是现实世界工业中使用的实体多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备进行显示。

3.5

装配环境模型assemblyenvironmentmodel

指进行数字化装配过程中建立的环境模型，通常包括装配工具模型、装配空间模型及装配流信息等。

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3.6

装配流信息assemblyflowinformation

描述整个装配过程中各装配环节所涉及的装配活动信息，例如装配上下游信息，各环节的装配要求

等。

3.7

装配工具模型assemblytoolmodel

指数字化装配环境下表达装配过程中所使用的工具、工装及相关设备信息的模型。

3.8

装配空间模型assemblyspacemodel

指描述装配工具、数字化操作者以及装配模型在进行数字化装配活动中所形成的包络空间的模型。

3.9

数字化操作者模型digitalmanipulatormodel

指参与数字化装配过程的数字化人整体或局部模型，例如数字化人模型、数字化手模型等。

3.10

装配过程仿真assemblyprocesssimulation

指在数字化环境下，对产品的装配过程规划进行模拟的过程。

3.11

信息模型informationmodel

工程数字化交付过程中建立的以工程对象为核心的数据、文档和三维模型及其关联关系的信息组

织。

3.12

点云模型pointcloudsmodel

指通过三维扫描仪获取的离散的采样点集。通常包含采样点的三维坐标、法向以及表面外观属性。

点云可用来表示连续的三维模型外表面。由点云构成的曲面称为点集曲面，又称点模型。继以三角网格

为几何模型的表达方式之后，点云成为几何模型又一种新的表达方式。以点云为研究对象的点云几何处

理也成为计算机图形学中的一个新的研究领域。

4三维零件模型数字化装配方法

4.1概述

三维零件模型数字化装配是将多个三维零件模型进行装配建模，并将装配建模所形成的装配模型进

行装配分析、模拟与仿真的过程。在设计阶段采用数字化装配可缩短相关产品产线设计和研制周期；在

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实际应用中可通过数字化装配实现对相关产品（产线）的调试、维护及故障排除模拟。

4.2装配模型

4.2.1装配模型信息

装配模型应包含如下信息：

a)几何要素，即装配模型本身所包含的点、线、面、体和坐标系信息；

b)约束信息，即包括装配模型所含装配单元之间的约束关系信息；

c)工程属性，即包括装配模型的装配结构树信息、装配技术要求、材料属性等。

4.2.2装配环境模型信息

装配环境模型应包含如下信息：

a)装配工具模型，即装配环境中所涉及工具的相关信息，包括工具的名称和几何信息，以及工具

在装配过程中的工作特性信息；

b)装配空间模型，即包括装配空间的名称和几何信息；

c)装配流信息，即包括装配流的名称、属性、装配上下游信息以及在各装配环节的装配要求等信

息。

4.2.3操作者模型信息

数字化操作者模型应包含完整或部分的数字化模型信息，包括几何信息、标识信息、姿态信息以及

疲劳特性等信息。

4.3装配流程

4.3.1数字化装配流程

参见附录A。

4.3.2装配过程规划

4.3.2.1装配顺序规划：

a)装配顺序的生成：

1)确定符合工艺要求的装配单元装配方向；

2)宜考虑装配单元装配顺序的几何可行性检查；

3)宜考虑零件重点装配协调部位的装配工艺性分析：

4)宜考虑装配单元装配的可操作性分析。

b)装配顺序的评价依据：

1)提高装配并行度，即提高分析装配操作时间并行的能力，从而使并行度提高，装配时间越

短，装配成本越低；

2)提高子装配单元稳定性，即提高捕述子装配单元的稳定程度，主要分析在装配过程中产品

装配单元的装配定位要求，保证子装配单元具有良好的稳定性；

3)降低操作复杂性，即降低装配操作的复杂程度，应使重定向或移动的子装配单元应该易于

操作；

4)装配重定向数，即装配方向在产品装配单元装配过程中的改变次数，要求重定向数越小越

好；

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5)精益性分析，即在装配过程中相似的装配操作应集中完成的性质；

6)人机工效，即把人、工作场所、硬件（工具、设备及工作场所）的设计与人的体力、体形

和功能通过三维模型仿真、装配联系起来，使得作业更能够与人相适应；

7)装配工艺性，即数字化装配过程中装配单元、工装、工具等在装配环境中的可操作性、空

间敞开性等。

c)装配顺序优化的一般过程：

1)对装配顺序按照评价指标进行单项评价和综合评价，评价指标依据产品外观和功能的要

求，并经济地考虑到制造系统的能力，合理地给零部件制定公差和性能要求；

2)选择综合评价值最高的装配顺序；

3)对装配顺序进行局部的调整以获得最优的装配顺序。

4.3.2.2装配路径规划：

a)装配路径的生成：

1)定义每一个零件装配单元的装配路径；

2)确定装配单元在装配路径中所处的位置和在装配空间中的姿态；

3)分析零件装配单元在装配路径上的局部碰撞问题；

4)对零件装配单元的装配路径进行几何可行性检查；

5)对零件装配单元的装配路径进行物理可行性检查。

b)装配路径优化的一般过程：

1)对装配路径按照评价指标进行单项评价和综合评价；

2)选择综合评价值最高的装配路径；

3)对装配路径进行局部的调整以获得最优的装配路径。

4.3.2.3装配过程仿真分析：

a)综合零件装配单元的装配顺序和装配路径，形成装配过程序列；

b)实时分析装配单元在装配环境中的装配过程是否存在碰撞问题、不协调问题，并反馈分析结果；

c)根据分析结果对零件装配单元的装配顺序或装配路径做出调整，改进零件的可装配性；

d)对调整结果反复进行装配过程模拟，直到完全解决碰撞问题和不协调问题。

4.3.3装配仿真

4.3.3.1环境设置

在进行数字化装配仿真前，应对数字化装配仿真环境进行必要的设置。在一个工程项目中，系统的

主要环境设置应由平台的管理员来进行统一的定义和设置，这些设置通常包括比例、量纲、标识等。

4.3.3.2技术路线

数字化装配主要流程包括测量实际零件生成云模型，通过软件创建装配模型完成数字化装配，具体

技术路线及流程见附录A。

4.3.3.3一般流程

数字化装配仿真的一般流程应包含如下信息：

a)数据准备，即为数字化装配的场景初始化提供数据支持，其格式能够被所使用的数字化装配系

统所接受，其主要内容包括装配模型的数据准备、装配环境模型的数据准备、数字化操作者模

型的数据准备；

b)场景初始化，即通过读入装配模型，装配环境模型和数字化操作者模型数据，并在数字化装配

系统中生成数字化装配仿真的应用场景，其主要工作包括运行设置（软硬件运行状态设置）、

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模型数据导入和设置（装配模型、装配环境模型和数字化操作者模型的数据导入和初始状态设

置）等；

c)数字化装配操作过程仿真，即用户通过交互设备在数字化装配场景中对装配模型的各装配单元

的装配过程进行操作仿真，或对已经装配好的对象进行拆卸操作仿真，在装配操作过程中记录

必要的信息供随后的装配过程分析与规划使用，这些信息模型主要包括装配单元的操作序列信

息、装配单元在操作序列中的运动路径、装配环境模型与装配单元之间位置关系信息等；

d)数字化装配过程规划，即用户根据拟装配操作仿真过程获得的信息进行装配过程规划，包括装

配单元装配顺序与运动路径规划、装配过程的干涉与碰撞分析、装配过程的操作空间分析等，

最终获得装配对象最佳的装配顺序与路径，以及可装配性信息；

e)数字化装配操作过程仿真与规划可以同时进行，也可以反复进行，直至获得合理的装配过程规

划结果并通过业主方验收，避免实际操作重复返工。

4.4装配结果评定准则

数字化装配结果可通过以下方式进行评定，评价表见附录B：

a)装配模型的干涉或间隙检查；

b)根据零件装配单元的装配顺序、装配路径，对零件装配单元进行装配过程模拟后产生的碰擅、

协调性、公益性；

c)评价指标可依据企业的质量标准、装配工艺以及成本，自行决策评价指标评分标准，依据企业

的自身特色进行选择评价项。

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AA

附录A

（资料性）

数字化装配流程图

图A.1数字化装配流程图

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BB

附录B

（资料性）

数字化装配结果评价表

B.1数字化装配结果评价表

表B.1数字化装配结果评价表

评价项目评价结果

1序号、名称、对象标志

2父节点标识（装配动作形成的装配单元）

装配3子节点1标识（上一次装配动作所需的装配单元）

关系4子节点2标识（同上）

5下一次装配基准类型（面、中心线等）

6下一次装配基准标识

7装配单元费用

经济属性

8设备、材料、检验费用等

9装配时间

生成效率属

10辅助时间

性

11检验时间

12几何属性（坐标系、耦合、对齐、插入、定向）

13配合属性（基准方式、配合方式、配合精度）

数字化装配

联接属性（非破坏性拆解、破坏性拆解、有无间隙调整、

结果评价技术属性14

补偿等要求）

15传动属性（齿轮、皮带轮、链轮、螺纹传动等）

16相对运动（旋转运动、平面运动、柱面运动等）

17装配单元移动方式（人工搬运、设备搬运）

动作属性

18装配单元方式（自动、半自动、手工装配）