多细节层次装配模型及序列规划_董天阳资料.pdfVIP

第 10卷第 10期 计算机集成制造系统 Vol. 10 No. 10 2 0 0 4 年 10月 Computer Integrated Manufacturing Systems Oct . 2 0 0 4 文章编号: 1006 - 5911( 2004) 10 - 1212 - 08 多细节层次装配模型及序列规划 董天阳1, 2,童若锋1, 2 ,张 玲3,董金祥1, 2 收稿日期: 2003 - 10 - 10;修订日期: 2004- 05 - 08。 基金项目:国家 973计划资助项目( 2002CB312106)。 作者简介:董天阳( 1977 - ) ,男,浙江东阳人,浙江大学人工智能研究所、CAD /CG 国家重点实验室博士研究生,主要从事计算机图形学、先进制 造技术和虚拟现实等研究。E- mail: dtysun@ 163. com。 ( 1. 浙江大学 人工智能研究所, 浙江 杭州 310027; 2.浙江大学 CAD /CG 国家重点实验室, 浙江 杭州 310027; 3.浙江科技学院 经济与管理系,浙江 杭州 310012) 摘 要:为了建立支持自顶向下的产品设计系统, 开发一个自顶向下设计的装配模型和相应的高效、快速的装 配规划方法,通过深入分析自顶向下的设计流程 ,提出了支持自顶向下设计的多细节层次装配模型。该模型中的 超零件模型和简化零件模型是对装配体细节的不同描述, 是装配体中零件几何信息的简化表达。利用多细节层次 模型,对自上而下、分层分步的装配序列规划以及装配序列规划算法和复杂性进行了分析。应用实例表明,该方法 避免了装配规划中复杂模型的庞大数据量问题,可以提高装配规划的推理效率,加快装配仿真中的碰撞检测速度, 使装配规划的结果更加合理和实用。 关键词:装配模型; 装配规划;概念设计; 模型简化 中图分类号: TP391 文献标识码: A 0 引言 真正的产品设计是一个复杂的创造性活动, 是 一个自顶向下( Top - down)的设计过程。现今流行 的计算机辅助设计( CAD) , 系统大都采用自下而上 ( Bot tom - up)的设计方法, 依靠其零件实体造型功 能先设计零件, 然后将零件组装成产品,这种方法不 能有效地支持 Top - down 设计。如何建立一个 Top - down的产品设计系统, 成为近几年国内外学 者研究的热点 [ 1~ 3] 。制约 Top - down设计发展的 问题之一在于缺乏有效面向 Top - down 设计的装 配模型和相应的高效、快速的装配规划方法。装配 建模的实质是建立一个能够描述产品层次信息、装 配关系信息、设计参数及其约束关系等信息的产品 模型。到目前为止,装配模型已经引起了国内外学 者的广泛关注。Lee 在 1985年提出了虚链模型, 用 虚链表示实体之间的关系, 虚链包含了配合条件和 允许的相关运动等信息[ 4] ; Shah 建立了基于特征的 装配建模系统,可以在零件的配合特征之间捕捉装 配配合信息, 但只能处理静态装配[ 5] ; 刘振宇等提 出了面向虚拟装配的产品层次信息模型, 将产品属 性和行为信息进行层次化表示, 并依次建立层次间 的数据映射和约束关系[6 ]。这些建模方法可以很 好地表达产品的层次信息、装配关系信息及约束关 系信息, 但也不能有效地支持产品的 Top - down设 计,产品设计过程中的功能模型信息和组件模型信 息在装配规划和仿真中没有得到有效利用。 多细节层次( Level - of - Detail, LoD)模型方法 最早应用于虚拟现实中, 即为每个物体建立多个相 似模型,不同的模型对物体的细节描述不同:对物体 细节的描述越精细,模型越复杂。LoD 模型技术改 变了传统的/图像质量越精细越好0的片面观点, 用 于解决复杂物体庞大的模型存储、显示和传输方面 所面临的巨大困难[ 7]。LoD模型在虚拟现实[ 7]、限 时图形绘制[ 8]、光线跟踪[ 9]和碰撞检测[ 10]等领域中 已得到广泛应用。在产品设计中,除了显示、传输等 DOI：10.13196/j.cims.2004.10.43.dongty.008 方面的问题外, 复杂模型的庞大数据量严重影响了 装配规划的速度和效率。事实上,装配规划时可以 通过对产品复杂度以及装配约束关系的综合评判, 以一定的算法为各子装配体或零件选择适当的细节 模型,在保证装配规划结果正确的前提下,最大程度 地提高规划效率。 鉴于此,本文将 Top - down设计方法和 LoD模 型技术相结合, 建立了支持 Top - down设计的多细 节层次装配模型,并提出了基于多细节层次模型的 装配序列规划方法。 1 Top- down产品设计过程