《機(jī)床與液壓》2004.N4ASV在ASP中的應(yīng)用段清娟,王潤孝,姜培育西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院,西安710072)摘要:裝配次序的表述和產(chǎn)生是近年來的一個硏究熱點。對此,人們做了大量的研究工作,其中大部分工作是基于CAD兒何信息模型而自動產(chǎn)生裝配次序。本文提供的裝配狀態(tài)矢量法,它是結(jié)合宏觀規(guī)劃和微觀規(guī)劃的有力工具,它可以使用戶易于編制和評估裝配次序關(guān)鍵詞:裝配次序;裝配狀態(tài)矢量法;裝配狀態(tài)有向圖;權(quán)值矢量application of Assembly State Vector in Assembly Sequence PlanningDUAN Qing-juan, WANG Run-xiao, JIANG Pei-yuNorthwest Polytechnical University, Xi an 710072, China)bstract: The emphsis of study of Assembly sequence is to find methods to automatically derive assembly sequence informationfrom geometrie based on CAD models. The work of this paper is based upon an altemative strategy that endeavours lo reflect the way inwhich concurrent engineering teams operate: by providing a tool thul marries detailed(mieru)planning with broader( macro)planningA new approach, the Assembly State Vector, is described which enables assembly sequences to he easily coded and evaluated as re-quired by the user.Keywords: Assembly sequence pl( ASP); Assembly state vector(ASV): Directed graph of assembly states: WeightedveclorASP( Assembly Sequence Planning)裝配次序規(guī)1裝配狀態(tài)矢量AsⅤ劃是近年來的一個研究熱點。它主要是確定零件的裝Homen de melle和 Sanderson(3用一種簡單的四個配路徑及對產(chǎn)品的裝配序列進(jìn)行規(guī)劃,最終實現(xiàn)最零件的產(chǎn)品說明他們產(chǎn)生裝配次序的方法, AND/OR佳產(chǎn)品裝配次序圖用來陳述集的狀態(tài),這四個零件的產(chǎn)品用來證明提在裝配規(guī)劃的內(nèi)容中,人們做了大量的研究工出的這種新方法。產(chǎn)品的概要圖如圖1所示?？赡艿淖?其中大部分工作是基于CAD幾何信息模型而自裝配次序用 AND/OR圖表示,如圖2動產(chǎn)生裝配次序,例如 bourgault", DeFazio和Whitney2, Homen de mello和 Sanderson3·及其他人。伴隨著這些發(fā)展,由 Woler‘等人較早提出了一些典型的自動規(guī)劃系統(tǒng)。但是這些裝配規(guī)劃過程很少與設(shè)計4: CAP 3: STICK 2: RECEPTACLE 1:HANDLE過程相聯(lián)系。而 whitney“觀察到,產(chǎn)品設(shè)計是一個圖1 Homen de mello& Sanderson的四零件裝配全面綜合思維過程,設(shè)計者需要定義零件組,暗中考在裝配狀態(tài)和相關(guān)次序集中, Homen de mello和慮這些零件可能或者應(yīng)該被裝配的方式。我們應(yīng)該捕 Sanderson定義了由兩個子裝配相配合組成的裝配步捉這種信息,將其用于裝配規(guī)劃中。驟,第一個子裝配體是結(jié)合CAP和 RECEPTACLE下面看一個例子,讓四個工程師為同一個產(chǎn)品產(chǎn)(在圖2中的狀態(tài)號6),第二個子裝配體結(jié)合HAN生裝配規(guī)劃,會產(chǎn)生不同的裝配次序。差別在于對產(chǎn)品內(nèi)子裝配體的相關(guān)位置的不同定義和子裝配體本身的位置定義。這表明在產(chǎn)品中,與零件直接相連接的零件是清楚的,但是組成子裝配體后,其關(guān)系則依據(jù)各人的經(jīng)驗來判斷。在微觀計劃級(零件到零件優(yōu)先權(quán)很清晰,但在宏觀級(子裝配到子裝配)優(yōu)先權(quán)就變得不清晰了。多種次序都可行,這就反過來影響原先定義好的裝配關(guān)系。在上述例子中工程師第步采取的方式,是由產(chǎn)品中主要的子裝配體約束決定簡單次序,然后,從這個核心裝配次序規(guī)劃出產(chǎn)品的其它次要零件的裝配次序。而如何給出各種可能子裝配體及其裝配次序?顯然,由于排列組合問題,人工給出的選擇方案是有限的。因此有必要找出一種LAND/OR圖具給出滿足微觀級排列順序下宏觀級選項上各種可能中國煤化工號8)。如果仔細(xì)考慮性。這樣才有利于選出最優(yōu)次序。CNMHG不先分開裝配體,整《機(jī)床與液壓》個裝配就無法完成。因此,修正后的可取的狀態(tài)集ASVsum +ASSum =ASVA如圖3所示,用來證明提出的新方法。因此,由 HANDLE和 RECEPTACLE組成的子裝配體,可以用二進(jìn)制矢量101!來表用AsV形式表示為使用這種方式,可以唯一編制產(chǎn)品的所有有效的裝配狀態(tài),然后推算產(chǎn)生可行的裝配次序集。沒有必要記錄任何當(dāng)前狀態(tài)的裝配次序,出于當(dāng)前狀態(tài)的路徑隱含當(dāng)前的ASV值中。所需的唯一信息是從任何部分的裝配狀態(tài)定義下一個可能的狀態(tài),這是微觀計劃級的決定。這允許這些裝配任務(wù)計劃,依據(jù)當(dāng)前局部的或零件級的裝配次序考慮整體的,而不必考慮可能導(dǎo)致當(dāng)前狀態(tài)的所有裝配次序,這是宏觀級的計劃圖3簡單零件修訂后的AND/OR圖可以用一個n維二進(jìn)制矢量來表示產(chǎn)品的當(dāng)前裝定。更進(jìn)一步,ASⅤ方式編碼裝配狀態(tài)可將一個復(fù)雜的產(chǎn)品分解成一個個獨立分析的子裝配體集。關(guān)配狀態(tài),因子n表示裝配產(chǎn)品中的零件數(shù)量,1表示鍵狀態(tài),(代表子裝配合成的點),可以定義,與這零件的存在,0表示零件在當(dāng)前狀態(tài)不存在,在這個些關(guān)鍵狀態(tài)相關(guān)子裝配次序可以被加入,這使得有可只有簡單的四個零件裝配的例子中,完整的裝配產(chǎn)品能對裝配次序選擇做比較。如前所述,工程師因此可可以通過矢量1,1,1,1}來表示,未裝配產(chǎn)品可以通過矢量{0,0,0,0}來表示。以此方式以關(guān)注微觀級定義有效和可行的子裝配組合,從而不必考慮整體、宏觀的產(chǎn)品裝配。一個產(chǎn)品所有可行的裝配狀態(tài)可以被表示成二進(jìn)制的As方式允許一個產(chǎn)品可以由兒種組合方式之矢量集,任何一個裝配次序可以被表示成一個這種裝裝配成。在由四個零件組成的產(chǎn)品中,最終的裝配配狀態(tài)的次序。如果用一個權(quán)值代替二進(jìn)制值,計做可以由三種獨立的方式形成:(1)將CAP!增加2",P代表零件數(shù)量,將權(quán)值賦予矢量中每一個元到子裝配體|sTCK, RECEPTACLE, HANDLE!上)將子裝配體{CAP,STCK}增加到子裝配體量的和。產(chǎn)品中的零件可以用任何次序被賦予任意的HANDLE, RECEPATCLE上。(3)將 HANDLE號碼,由于這種方法不必要定義“基礎(chǔ)件”或者說增加到子裝配體|CAP,STCK, RECEPA'CLE}上是類似的關(guān)鍵件。用2計算權(quán)值,簡單確保了一個使用ASV符號,這三種可能的裝配步驟可以被零件有一個權(quán)值矢量。表述如下這種權(quán)值矢量稱之為AS( Assembly State Vec18+7=15;②2+3=15or),即裝配狀態(tài)矢量。用圖1中給予的零件號,每31+14=15個獨立零件的ASV值如下:ASV方式的特點是它有可能以一個簡單的序列零件1: HANDLE簡化存儲所有可能的裝配狀態(tài),這種序列如表1所0×24-1)+0×213-1)+0×2(2-1)+1×21-1)=1示。陰影行顯示產(chǎn)品中四個零件的ASV值。第一列零件2: RECEPTACLE是裝配狀態(tài)的ASV值,第二列和第三列定義了組成0×21×2(2-1)+0×2(1-1)=2當(dāng)前狀態(tài)的子裝配體的ASV值,第四列和第五列代零件3: STICK表每一個子裝配體中的零件。以遞減AsV值的方式0×24-1)+1×231)+0×2(2-1)+0×2(1-1)=4存儲狀態(tài)信息,暗示頂部的狀態(tài)信息由下面的組成零件4:CAP這就提供了一個由圖示可行的狀態(tài)集用非常簡單的代1×214-1+0×23-")+0×2(2-1)+0×2數(shù)方式產(chǎn)生裝配次序的方法。假定在每一步裝配中只有一個零件或一個子裝配2用狀態(tài)矢量代碼(ASV)方式產(chǎn)生裝配次序體進(jìn)行裝配,這反映了一般的工業(yè)實際情況,這種假一旦編制了詳細(xì)的狀態(tài)矢量代碼,通過表示完整定是由這一領(lǐng)域的其他人提出。這就有可能用兩種狀裝配產(chǎn)品的最高的AV值追溯到在裝配中表示零件態(tài)之和來表示任何狀態(tài),這兩種狀態(tài)是SUB和的狀態(tài)。從最高的ASV值開始,然后分析存儲在S1SUB2。SUB和SUB2可以代表單個零件或穩(wěn)定的子和中國煤化工組成最終的裝配狀裝配體(由幾個零件組成,可以被當(dāng)做一個零件對態(tài)。待)。因此,對裝配的任何狀態(tài):這LCNMHG單一零件,那么在《機(jī)床與液壓》2004.N4的ASV值做為新的起點,不斷重復(fù)上步驟,在下 sembly States)。在這種形式中,起始點畫在圖的頂步將其分解成兩種狀態(tài)。如果S1和S2的AV值表部,表示未裝配產(chǎn)品,ASV值為0,已裝配好的產(chǎn)品明其均為單個零件,那么,分解次序結(jié)束。如果兩個畫在圖的最下面。產(chǎn)品的零件都是了裝配體,那么裝配次序就劃分成兩部分,中間狀態(tài)由有序的結(jié)點層每一部分均由兩個子裝配體組成。在這種情況下,產(chǎn)級表示,第一層表示所有品完整的裝配次序可以由依次分析每個子裝配體的裝可能由兩個單獨零件組成配次序產(chǎn)生。次序產(chǎn)生方式允許到達(dá)任何在ASV列的狀態(tài),下一個結(jié)點表示表中所有可能可行的裝配狀態(tài)次序。如果定義裝了配產(chǎn)品可行的狀態(tài)。連接弧步驟中每增加一個零件所需的時間,通過簡單相加,表明從一個狀態(tài)到另一個就可以算出整個裝配次序所需時間狀態(tài)可能的轉(zhuǎn)換。在裝配這種方式可以通過上述提及簡單例子來證明,表的任一步中要增加的零件圖4裝配次序Asv有向圖1給出了這種方法所需的數(shù)據(jù)。完整產(chǎn)品的ASV值是可以看成是在弧的任意兩端節(jié)點上的差值。15,有三種可能的方式來形成這種最終的狀態(tài),采用3結(jié)論最上層的列表做為開始點,最終狀態(tài)可以通過組成子本文介紹了一種新的產(chǎn)生裝配次序的方法:裝配表裝配圖1的ASV值列表狀態(tài)矢量(AsSV)法。此方法綜合了宏觀規(guī)劃級和微Su1|s山b2 Parts Parts in觀規(guī)劃級列出可能的裝配次序,具有算法簡便、計算AS ASK量相對較小和適用范圍廣等特點。此方法已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人裝配次序規(guī)劃系統(tǒng)中,并取得了良好的應(yīng)15用效果。參考文獻(xiàn)1412[1] bourgault. A. Methodology of assembly automation, a new880approach. Procs. 2ndInt. Conf. on Robotics and Facto-ries of the Future 1987[2] WhitNey D. &DeFazio T. Simplified generation of all me-chanical assembly sequences. IEEE Jnl. of Robotic987,RA-3(6):640[3]Homem L S de Mello, Sanderson A C. A correct and com-plete algorithm for the generation of mechanical assembl200sequences [J]. IEEE Transaction on Rob otics and Auto-mation,1991,7(2):228~240裝配體的零件2,3,4和零件1構(gòu)成?，F(xiàn)在來看組成【4】 Wolter J. On the automatic generation of assembly plansComputer Aided Mechanical Assembly Planning. Eds. L兩個子裝配體S1和S2的ASV值,可以看到S2對應(yīng)于Hommen de mello & s lee. Kulwer Academic pub零件4,S對應(yīng)于ASV值是14的三個零件組成的子1993:265~266.裝配體。再看AV值是14的子裝配體,有兩種可能(5】 Lanham,J, Salami,F. The assembly state vector:a的組合方式。采用AV值14下的第一個分解的例子new approach to the generation of assembly sequences,它是由零件3,4組成的子裝配體與零件2構(gòu)成的。Proceedings of the IEEE Intermational Symposium再一次測試兩個子裝配體的AV值看是否是零件2001:37~42表明ASV值12是一個子裝配體。ASV值12只有一種6]Whitney D, State of the Art in Japanese Computer Aided狀態(tài),由兩個單獨零件3和4構(gòu)成。如果將剛才的過Design Methodologies for Mechanical Design. Office Scien-程反向排序,就能產(chǎn)生裝配次序tific Information Bulletin. 1995第一步:結(jié)合零件3和4;[7] Ye. N and Urzi D. Heuristic rules and strategies of as-第二步:增加零件2到零件3、4組成的子裝配sembly planning. experiment and implications in the de-sign of assembly decision support systems. International體production Research. 1996, 34( 8):2211第三步:增加零件1到零件2、3、4組成的子裝配體。中國煤化工比L業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院博表1中的數(shù)據(jù)可以用圖4以圖形的方式顯示,這種圖形稱為裝配狀態(tài)有向圖( Directed Graph of AsCNMHG,機(jī)器人技術(shù)。高時間:2003-03-06