网络协同数字化预装配理论及关键技术研究

论文摘要

随着全球市场竞争的日益激烈,产品的设计制造过程由一个企业独自完成发展到具有互补性企业之间的强强联合。装配作为联系产品的设计和后续工艺规划的纽带,它涉及人员多,影响面广。网络协同数字化预装配技术可以使地理上分布于世界各地的设计、工艺以及制造人员参与到产品装配设计、验证过程中来,通过构造跨地域、跨时间的产品装配的数字虚拟仿真与实验空间,使产品的装配活动在计算机内进行虚拟实物复现,可以进行装配过程仿真、装配序列规划、装配公差分析、产品的可装配性验证等分析,为异地协作的不同领域的工程师进行装配设计、规划和分析提供工具支持。本文首先介绍了并行工程、虚拟制造等先进制造技术背景,阐述了网络协同数字化预装配技术的意义。针对网络协同的特点和需求,提出了一个具有可重构、可重用、可扩展、支持多学科人员在网上开展异地协同数字化预装配系统的体系结构。分析了系统的功能模块及组成结构,给出网络环境下数字化预装配系统的工作流程。对产品特征信息进行分类,在研究零件特征的公差信息表示基础上,提出了面向装配精度的产品层次装配模型。该模型分为层次关系层、关联关系层、特征信息层、特征元素层和三角面片层五层,通过建立层内各元素的关系链和层间信息的映射实现产品装配信息的有机结合。研究了CAD零件信息与数字化预装配系统的信息转换方法,给出了数字化预装配环境中产品装配尺寸链的自动寻找和公差分析方法。针对产品装配过程的多样性、复杂性,提出了一种可重构的具有层次结构的数字化预装配环境模型,该模型分为设备层、中间层、零件层三层。对装配环境信息进行分类,给出了模型的形式化表达方法,利用面向对象技术构建了产品的数字化预装配环境。给出了环境中虚拟工装设备模型的数据结构、环境的配置结构,解决了物体的运动仿真、碰撞干涉检测等关键技术。提出了协同数字化预装配环境下产品装配方案综合评价方法。针对产品装配设计与规划活动所涉及到的产品设计（装配设计）、制造（装配工艺）、服务（装配维修）和环境（无污染、易回收）等诸多环节,利用数字化预装配环境,从动态装配过程和静态装配环境两个方面对影响装配的众多因素进行分析和归类,建立了产品装配质量、时间、成本、维修、环境影响模型,给出各评价指标隶属函数和权重的确定方法,利用模糊层次分析法对产品装配方案进行了综合评价。给出了网络协同数字化预装配系统的建模方法,研究了系统运行中的协同技术。针对网络协同数字化预装配的特点,提出了可重组的多Agent协同装配动态组织结构,利用面向对象Petri网对组成系统的各智能Agent进行了行为建模,分析了各Agent之间的交互联系。构建了装配动态组织模型和协同装配过程模型,解决了多Agent之间的通信和协同实时性等实现技术,给出网络环境下产品数字化预装配流程。依据本文提出的协同数字化预装配理论,采用基于组件的程序设计方法开发了一个网络协同数字化预装配系统e-DPAS（e-Digital Pre-Assembly System）,并以ⅩⅩⅩⅩ装备的传动系统为对象进行协同装配设计与工艺规划的应用验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 并行工程与虚拟制造
• 1.1.2 产品数字化预装配产生背景与内涵
• 1.1.3 网络协同数字化预装配技术
• 1.2 国内外相关研究
• 1.2.1 研究现状与工业应用
• 1.2.2 相关关键技术
• 1.3 课题来源及本文主要工作
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 选题意义
• 1.3.3 本文主要工作
• 1.4 论文结构
• 2 网络协同数字化预装配系统体系结构
• 2.1 引言
• 2.2 网络协同数字化预装配
• 2.2.1 协同开发模式
• 2.2.2 网络协同数字化预装配环境的特点
• 2.3 网络协同数字化预装配系统的体系结构
• 2.3.1 网络环境下产品数字化预装配系统需求分析
• 2.3.2 网络协同数字化预装配系统的体系结构
• 2.3.3 网络协同数字化预装配系统的功能模块
• 2.3.4 网络协同数字化预装配系统的实现结构
• 2.3.5 网络协同数字化预装配系统的工作流程
• 2.4 网络协同数字化预装配系统关键技术
• 2.5 本章小结
• 3 面向装配精度的产品数字化预装配模型
• 3.1 引言
• 3.2 装配模型的需求
• 3.3 基于特征的产品装配信息分类
• 3.3.1 零件特征
• 3.3.2 装配特征
• 3.3.3 管理特征
• 3.4 面向装配精度的产品装配模型信息的层次表达
• 3.5 基于O-O的数字化产品装配模型
• 3.5.1 产品装配模型数据结构
• 3.5.2 不同CAD软件与数字化预装配系统间零部件模型信息的传输与转换
• 3.5.3 产品装配拓扑结构
• 3.6 数字化预装配环境下的装配公差分析与检验
• 3.6.1 基于数字化产品装配模型的装配尺寸链自动生成
• 3.6.2 产品装配尺寸链分析与检验
• 3.7 本章小结
• 4 可重构数字化预装配环境
• 4.1 引言
• 4.2 可重构数字化预装配环境的需求分析
• 4.2.1 产品装配并行开发过程
• 4.2.2 数字化预装配环境的需求分析
• 4.2.3 数字化预装配环境的组成结构
• 4.3 数字化预装配环境的层次表达
• 4.4 数字化预装配环境的建立
• 4.4.1 数字化预装配环境模型
• 4.4.2 数字化装配工装设备模型的数据结构
• 4.4.3 数字化预装配环境的配置
• 4.4.4 数字化预装配运动仿真模型
• 4.5 碰撞干涉检验
• 4.5.1 包容盒检测
• 4.5.2 八叉树检测
• 4.6 本章小结
• 5 协同数字化预装配环境下产品装配方案综合评价
• 5.1 引言
• 5.2 协同数字化预装配环境下产品装配过程分析
• 5.2.1 产品装配仿真过程
• 5.2.2 面向全生命周期产品装配特点
• 5.2.3 产品数字化预装配过程表达
• 5.3 产品装配评价指标体系的建立
• 5.4 装配方案评价模型
• 5.5 协同数字化预装配环境下装配方案综合评价
• 5.5.1 综合评价模型
• 5.5.2 权重的确定
• 5.6 应用研究
• 5.7 本章小结
• 6 网络环境下数字化预装配系统平台
• 6.1 引言
• 6.2 网络协同数字化预装配系统平台需求分析
• 6.3 可重组的多AGENT网络协同数字化预装配协作组织结构
• 6.4 基于多AGENT协同数字化预装配系统平台建模
• 6.4.1 相关定义
• 6.4.2 基于OPN的多Agent交互建模
• 6.4.3 系统平台性能分析
• 6.5 协同装配动态组织的组建
• 6.6 协同装配过程控制建模
• 6.7 实时协同数字化预装配平台的实现
• 6.7.1 系统通讯
• 6.7.2 实时协同环境的实现
• 6.7.3 协同批注实现
• 6.7.4 网络协同数字化预装配运行流程
• 6.8 本章小结
• 7 网络协同数字化预装配原型系统
• 7.1 引言
• 7.2 网络协同数字化预装配原型系统实现
• 7.2.1 组件化的程序设计方法
• 7.2.2 基于组件的协同数字化装配平台
• 7.2.3 系统运行环境
• 7.3 系统主要功能模块
• 7.4 系统应用
• 7.4.1 协同数字化预装配系统平台
• 7.4.2 产品数字化预装配建模
• 7.4.3 产品装配环境建立
• 7.4.4 装配方案分析与评价
• 7.5 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文
• 项目成果