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基于广义CAD模型的汽车产品拆卸规划

2009/9/3    来源:万方数据库    专家:易建军  孙英策  季白杨  李成刚  董金祥      
关键字:汽车产品  广义CAD模型  拆卸规划  
提出了从汽车产品的广义CAD装配模型中抽取产品拆卸信息的方法,以支持产品生命周期的全过程。首先给出了关于产品装配体可拆卸性及拆卸过程的假设条件和零件合并定理,建立了适用于商用CAD软件Pro/Engineer环境下的产品拆卸规划算法和产品路径规划算法。然后提出了一种改进的干涉检查方法,通过投影方法将三维干涉检查问题转换为二维干涉检查间题,利用多段直线的组合来近似实际的拆卸路径。以汽车的主减速器及重型越野车的驱动桥为例,在PTC公司的三维实体造型软件Pro/Engineer的开发平台下对产品的CAD模型进行

    汽车产品的装配与拆卸是汽车产品生产制造、维修、回收利用和报废处理的前提。装配/拆卸规划是产品装配/拆卸过程及所需装配/拆卸资源的指令,装配/拆卸序列是装配/拆卸规划最基本的信息。产品中零件之间的几何关系、物理结构及功能决定了产品的装配/拆卸顺序。装配/拆卸建模的实质在于如何在计算机内有效地表达装配体的外在和内在关系,主要集中在如下2方面:1)装配/拆卸模型必须囊括的相关信息;2)将所有这些信息恰当地组织起来,以支持整个CAD系统在其生命周期的全过程,从需求分析、设计、加工、装配直到销售维护、回收拆卸,以往各种CAD系统的装配建模的焦点主要是零部件的几何表达和空间位置描述,这对于产品生命周期设计全过程来说是远远不够的。本文在产品CAD模型的基础上,建立支持产品全生命周期相关的广义模型,并以此为基础,对产品装配/拆卸规划进行分析。拆卸规划包含的信息比装配规划多,执行起来也更加困难,因此更具有代表性,本文仅对拆卸规划方法进行说明。

1 假设与推论

    假设1 进行拆卸规划的装配体是可拆卸的。如果装配体不可拆卸,用户必须采取适当的措施使之成为可拆卸的装配体。

    由假设1,根据广义装配模型的定义,可以得到以下2条推论。

    推论1 整个装配体中至少有一个零件存在可行的拆卸方向。

    证明:如果装配体中所有的零件都没有可行的拆卸方向,由于具有可行的拆卸方向是零件能够被拆卸的必要条件,装配体中所有的零件都不能拆卸,即装配体是不可拆卸的,这与假设1相矛盾。

    定义1 装配体中具有可行拆卸方向的零件称为候选零件。

    推论2 至少一个候选零件具有至少一条无干涉的拆卸路径。

    证明:如果候选零件都没有至少一条无干涉的拆卸路径,则装配体中所有的零件都不可拆卸,这与假设1相矛盾。

    假设2 当进行拆卸规划时,子装配体作为一个零件对待。

    假设3 当进行拆卸规划时,每次仅从装配体中拆除一个零件。

    假设4 在整个拆卸规划过程中,装配体都是稳定的,即装配体中拆除一个零件后,不会造成装配体中剩余零件成为不稳定的零件。

    假设5 当进行拆卸规划时,认为装配体是理想的,即装配体及装配体中的零件不存在形状和位置偏差。

    假设6 零件进行拆卸只能进行空间的移动,不作空间的转动,即拆卸时仅改变零件的位置,而不改变零件的姿态。

    根据假设2,由于拆卸时子装配体作为一个零件对待,必须保证该子装配体是可拆卸的,此时的子装配体与由功能确定的子装配体不完全相同,它是由满足条件的零件合并而成的。

    零件合并定理如果装配体中的2个零件满足以下2个条件,则这2个零件可以合并为一个新的零件(子装配体):

    1)这2个零件之间有装配约束;

    2)如果存在第三个零件与这2个零件之间都有装配约束关系,那么其中一个零件由第三个零件确定的可行拆卸方向集必须包含于由第三个零件确定的另一个零件的可行拆卸方向集中。

    证明:装配体,两个零件,它们之间具有装配约束,则存在以下2种情况:

    1)A、B不与其他零件同时有装配约束关系,则A与B可以合并为一个零件;

    2)设零件C,它与A和B都有装配约束关系,A由C确定的可行拆卸方向集为DcA,B由C确定的可行拆卸方向集为Dcd,且(见图1)。

    因为图1(a)可以转换为图1(b),而图1(c)符合情况1),所以A与B可以合并为一个零件,见图1(c)和(d)。

2 拆卸序列规划

    拆卸规划算法在商用CAD软件平台Pro/Engneer上开发,具体算法如下。图2为拆卸序列规划算法程序框图。

    1)从装配体中找到所有的候选零件;

    2)如果候选零件不止一个,必须先确定最佳的候选零件;

图l 零件合并简例
Fig.1  Simple example of parts merging

图2 拆卸序列规划算法
Fig.2 Algorithm of disassemble seguence planning

    3)最佳候选零件确定后,对该零件进行拆卸路径规划;

    4)如果找到拆卸路径,从装配体中拆除该零件,对装配体进行调整,重复步骤1)直至装配体中所有的零件都拆卸完毕;否则转步骤5);

    5)从候选零件集中去除该零件,重复步骤2);

    6)如果候选零件集为空,则算法失败。

    在算法进行过程中需要确定最佳的候选零件,判断最佳候选零件最重要的标准是比较各候选零件的拆卸性,通常拆卸性好的零件优先拆除。其他的判断准则包括:最外面的零件、装配约束关系最少的零件和较小的零件优先拆卸等一般情况下,装配体中的基础零件最后拆卸,因为基础零件是其他零件的装配基准,根据设计人员的经验,基础零件最先装配,所以通常最后拆卸。

责任编辑:黄菊锋
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