ASV在ASP中的应用

《机床与液压》2004.N4ASV在ASP中的应用段清娟,王润孝,姜培育西北工业大学机电学院,西安710072)摘要:装配次序的表述和产生是近年来的一个硏究热点。对此,人们做了大量的研究工作,其中大部分工作是基于CAD儿何信息模型而自动产生装配次序。本文提供的装配状态矢量法,它是结合宏观规划和微观规划的有力工具,它可以使用户易于编制和评估装配次序关键词:装配次序;装配状态矢量法;装配状态有向图;权值矢量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)装配次序规1装配状态矢量AsⅤ划是近年来的一个研究热点。它主要是确定零件的装Homen de melle和 Sanderson(3用一种简单的四个配路径及对产品的装配序列进行规划,最终实现最零件的产品说明他们产生装配次序的方法, AND/OR佳产品装配次序图用来陈述集的状态,这四个零件的产品用来证明提在装配规划的内容中,人们做了大量的研究工出的这种新方法。产品的概要图如图1所示。可能的作,其中大部分工作是基于CAD几何信息模型而自装配次序用 AND/OR图表示,如图2动产生装配次序,例如 bourgault", DeFazio和Whitney2, Homen de mello和 Sanderson3·及其他人。伴随着这些发展,由 Woler‘等人较早提出了一些典型的自动规划系统。但是这些装配规划过程很少与设计4: CAP 3: STICK 2: RECEPTACLE 1:HANDLE过程相联系。而 whitney“观察到,产品设计是一个图1 Homen de mello& Sanderson的四零件装配全面综合思维过程,设计者需要定义零件组,暗中考在装配状态和相关次序集中, Homen de mello和虑这些零件可能或者应该被装配的方式。我们应该捕 Sanderson定义了由两个子装配相配合组成的装配步捉这种信息,将其用于装配规划中。骤,第一个子装配体是结合CAP和 RECEPTACLE下面看一个例子,让四个工程师为同一个产品产(在图2中的状态号6),第二个子装配体结合HAN生装配规划,会产生不同的装配次序。差别在于对产品内子装配体的相关位置的不同定义和子装配体本身的位置定义。这表明在产品中,与零件直接相连接的零件是清楚的,但是组成子装配体后,其关系则依据各人的经验来判断。在微观计划级(零件到零件优先权很清晰,但在宏观级(子装配到子装配)优先权就变得不清晰了。多种次序都可行,这就反过来影响原先定义好的装配关系。在上述例子中工程师第步采取的方式,是由产品中主要的子装配体约束决定简单次序,然后,从这个核心装配次序规划出产品的其它次要零件的装配次序。而如何给出各种可能子装配体及其装配次序?显然,由于排列组合问题,人工给出的选择方案是有限的。因此有必要找出一种LAND/OR图具给出满足微观级排列顺序下宏观级选项上各种可能中国煤化工号8)。如果仔细考虑性。这样才有利于选出最优次序。CNMHG不先分开装配体,整《机床与液压》个装配就无法完成。因此,修正后的可取的状态集ASVsum +ASSum =ASVA如图3所示,用来证明提出的新方法。因此,由 HANDLE和 RECEPTACLE组成的子装配体,可以用二进制矢量101!来表用AsV形式表示为使用这种方式,可以唯一编制产品的所有有效的装配状态,然后推算产生可行的装配次序集。没有必要记录任何当前状态的装配次序,出于当前状态的路径隐含当前的ASV值中。所需的唯一信息是从任何部分的装配状态定义下一个可能的状态,这是微观计划级的决定。这允许这些装配任务计划,依据当前局部的或零件级的装配次序考虑整体的,而不必考虑可能导致当前状态的所有装配次序,这是宏观级的计划图3简单零件修订后的AND/OR图可以用一个n维二进制矢量来表示产品的当前装定。更进一步,ASⅤ方式编码装配状态可将一个复杂的产品分解成一个个独立分析的子装配体集。关配状态,因子n表示装配产品中的零件数量,1表示键状态,(代表子装配合成的点),可以定义,与这零件的存在,0表示零件在当前状态不存在,在这个些关键状态相关子装配次序可以被加入,这使得有可只有简单的四个零件装配的例子中,完整的装配产品能对装配次序选择做比较。如前所述,工程师因此可可以通过矢量1,1,1,1}来表示,未装配产品可以通过矢量{0,0,0,0}来表示。以此方式以关注微观级定义有效和可行的子装配组合,从而不必考虑整体、宏观的产品装配。一个产品所有可行的装配状态可以被表示成二进制的As方式允许一个产品可以由儿种组合方式之矢量集,任何一个装配次序可以被表示成一个这种装装配成。在由四个零件组成的产品中,最终的装配配状态的次序。如果用一个权值代替二进制值,计做可以由三种独立的方式形成:(1)将CAP!增加2",P代表零件数量,将权值赋予矢量中每一个元到子装配体|sTCK, RECEPTACLE, HANDLE!上)将子装配体{CAP,STCK}增加到子装配体量的和。产品中的零件可以用任何次序被赋予任意的HANDLE, RECEPATCLE上。(3)将 HANDLE号码,由于这种方法不必要定义“基础件”或者说增加到子装配体|CAP,STCK, RECEPA'CLE}上是类似的关键件。用2计算权值,简单确保了一个使用ASV符号,这三种可能的装配步骤可以被零件有一个权值矢量。表述如下这种权值矢量称之为AS( Assembly State Vec18+7=15;②2+3=15or),即装配状态矢量。用图1中给予的零件号,每31+14=15个独立零件的ASV值如下:ASV方式的特点是它有可能以一个简单的序列零件1: HANDLE简化存储所有可能的装配状态,这种序列如表1所0×24-1)+0×213-1)+0×2(2-1)+1×21-1)=1示。阴影行显示产品中四个零件的ASV值。第一列零件2: RECEPTACLE是装配状态的ASV值,第二列和第三列定义了组成0×21×2(2-1)+0×2(1-1)=2当前状态的子装配体的ASV值,第四列和第五列代零件3: STICK表每一个子装配体中的零件。以递减AsV值的方式0×24-1)+1×231)+0×2(2-1)+0×2(1-1)=4存储状态信息,暗示顶部的状态信息由下面的组成零件4:CAP这就提供了一个由图示可行的状态集用非常简单的代1×214-1+0×23-")+0×2(2-1)+0×2数方式产生装配次序的方法。假定在每一步装配中只有一个零件或一个子装配2用状态矢量代码(ASV)方式产生装配次序体进行装配,这反映了一般的工业实际情况,这种假一旦编制了详细的状态矢量代码,通过表示完整定是由这一领域的其他人提出。这就有可能用两种状装配产品的最高的AV值追溯到在装配中表示零件态之和来表示任何状态,这两种状态是SUB和的状态。从最高的ASV值开始,然后分析存储在S1SUB2。SUB和SUB2可以代表单个零件或稳定的子和中国煤化工组成最终的装配状装配体(由几个零件组成,可以被当做一个零件对态。待)。因此,对装配的任何状态:这LCNMHG单一零件,那么在《机床与液压》2004.N4的ASV值做为新的起点,不断重复上步骤,在下 sembly States)。在这种形式中,起始点画在图的顶步将其分解成两种状态。如果S1和S2的AV值表部,表示未装配产品,ASV值为0,已装配好的产品明其均为单个零件,那么,分解次序结束。如果两个画在图的最下面。产品的零件都是了装配体,那么装配次序就划分成两部分,中间状态由有序的结点层每一部分均由两个子装配体组成。在这种情况下,产级表示,第一层表示所有品完整的装配次序可以由依次分析每个子装配体的装可能由两个单独零件组成配次序产生。次序产生方式允许到达任何在ASV列的状态,下一个结点表示表中所有可能可行的装配状态次序。如果定义装了配产品可行的状态。连接弧步骤中每增加一个零件所需的时间,通过简单相加,表明从一个状态到另一个就可以算出整个装配次序所需时间状态可能的转换。在装配这种方式可以通过上述提及简单例子来证明,表的任一步中要增加的零件图4装配次序Asv有向图1给出了这种方法所需的数据。完整产品的ASV值是可以看成是在弧的任意两端节点上的差值。15,有三种可能的方式来形成这种最终的状态,采用3结论最上层的列表做为开始点,最终状态可以通过组成子本文介绍了一种新的产生装配次序的方法:装配表装配图1的ASV值列表状态矢量(AsSV)法。此方法综合了宏观规划级和微Su1|s山b2 Parts Parts in观规划级列出可能的装配次序,具有算法简便、计算AS ASK量相对较小和适用范围广等特点。此方法已经应用于工业机器人装配次序规划系统中,并取得了良好的应15用效果。参考文献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装配体的零件2,3,4和零件1构成。现在来看组成【4】 Wolter J. On the automatic generation of assembly plansComputer Aided Mechanical Assembly Planning. Eds. L两个子装配体S1和S2的ASV值,可以看到S2对应于Hommen de mello & s lee. Kulwer Academic pub零件4,S对应于ASV值是14的三个零件组成的子1993:265~266.装配体。再看AV值是14的子装配体,有两种可能(5】 Lanham,J, Salami,F. The assembly state vector:a的组合方式。采用AV值14下的第一个分解的例子new approach to the generation of assembly sequences,它是由零件3,4组成的子装配体与零件2构成的。Proceedings of the IEEE Intermational Symposium再一次测试两个子装配体的AV值看是否是零件2001:37~42表明ASV值12是一个子装配体。ASV值12只有一种6]Whitney D, State of the Art in Japanese Computer Aided状态,由两个单独零件3和4构成。如果将刚才的过Design Methodologies for Mechanical Design. Office Scien-程反向排序,就能产生装配次序tific Information Bulletin. 1995第一步:结合零件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组成的子装配sembly planning. experiment and implications in the de-sign of assembly decision support systems. International体production Research. 1996, 34( 8):2211第三步:增加零件1到零件2、3、4组成的子装配体。中国煤化工比L业大学机电学院博表1中的数据可以用图4以图形的方式显示,这种图形称为装配状态有向图( Directed Graph of AsCNMHG,机器人技术。高时间:2003-03-06