一种数字化装配工艺设计系统的装配建模方法

【摘 要】数字化装配技术是计算机三维技术在机电设备模拟装备中的具体应用，常见的三维软件有Pro/E、UG等，本文涉及的是以Pro/E软件为技术依托，开展数字化装配设计的模拟仿真建模讨论，分析其建模过程的具体步骤等，探讨一条数字化组装工艺建模的流程。

【关键词】数字化装配；建模；Pro/E

1 引言

随着科学技术的发展，机械制造工艺技术也在不断的更新换代。数字化装配技术主要基于Pro/E等计算机三维设计软件技术对传统的制造工艺加以提升。给工艺设计人员减轻了很大压力，工作量大大降低。

数字化装配是一种泛指的虚拟工艺，用于模拟装备过程，简单来说就是在实际产品没有制造出来，装配起来之前，在电脑上进行一次模拟装备过程。这个过程完全是仿真实际生产过程中，产品零部件尺寸和形状，为生产的决策者以直观的判断，节省了实际产品生产出来进行装配的成本。本文就是基于Pro/E三维设计软件技术，对一种产品进行的一次数字化装配。

2 建模信息

在实际生产之中，数字化装配首先的工作就是建模工程。简单来说，建模过程就是将实际生产设计的产品零部件用พPro/E等三维软件设计出来，对相应的尺寸参数和形位特点加以描述，仿真出设计人员的零部件的设计构想。建模需要的信½息参数根据不同实际产品的需求是不同的。同时，企业对建模的效果要®求不同也将导致设计参数信息的重点不同。但是主要参数信息采集的过程涉及零件物理属性、尺寸、形位、组装要求和组装顺序等信息参数设计。

首先，零件物理属性信息。这部分信息涉及了零件的基本信息（名字、工程代码、工艺要求、工程材料、图标等）这些基本的物理属性信息是以后进行组装时检索的根据和归档的编码。

其次，尺寸信息的采集。这里的尺寸信息是广义上的尺寸，不仅有具体的零件的大小尺寸和公差要求，还有零件的基础的金属材料和色彩等信息参数。Pro/E等三维软件就是利用三维成图的效果来显示设计者的设计理念，所以这些信息参数是必❧要。现代的Pro/E等三维软件中，软件开发商早就考虑到这个方面了，软件有自带的一些尺寸信息，设计建模时可以直接加以利用，如果没有，在进行设计建模，同时可以将新建立的模型进行存档，以便下一次使用。

再次，形位的信息采集。在三维软件中，每一个零件在组装后的位置是固定的和唯一的。它的位置在线性代数中的矩阵可以准确描述，在软件的设计中，每个零件的形位都是一个矩阵表述的。这个唯一的矩阵对应着唯一的形位，从而固定了零件在坐标系中的形位。

然后，组装要求。这个要求就是零件之间的尺寸、形位公差的配合，这是零件是否能组装到产品上去的关键，这里的要求一定要认真仔细采集。不然会导致推到从来的情况。现在的三维软件也开发了这种要求的进一步放缩功能，以便以后的修改。

最后，组装顺序信息。这个顺利信息在软件编程中就是一组逻辑代码。每一个产品可以分解成若干个部件和零件，每一个部件又可以分解为若干个部件和零件，如此分解下去，最终就是一个一个零件。软件的这种顺序信息实际上就是生产过程中的产品的拆装过程，有一定顺序。

3 建模方式

在这种设计系统中，还有两种设计思路――由下而上的设计和由上而下的设计。所谓的由下而上的设计属于常规的设计思想，就是将产品的每一个零部件一个一个设计出来，计算机三维成型出来，然后进行相应的装配组装，这种设计出来的零部件之间的尺寸和形位公差没有特别的考虑，对尺寸公差和形位公差要求比较高的产品，还是考虑由上而下的设计思路，这种设计思想是将从产品的使用性能等特点出来，设计出整体设计要求开始，考虑产品各个零部件的关系和配合，这种设计思想设计出来的产品延伸性较强，可以进行产品的二次开发。

对于前期采集的建模信息主要可以分为两类：一类是物理特性参数信息，一类是零部件联系的信息参数。现在这些三维设计软件是♋按照一定的逻辑顺序进行组装产品的，一般这种组装顺序分为四个环节，一个为产品环节，一个为部件环节，一个为零件环节，一个为零件属性环节。

第一，产品环节。这是对整个企业预生产的产品的各种特征属性进行罗列。例如，型号，名字等，还有一些其他的物理属性。第二，部件环节。这是对组装成产品的各个部件的属性描述，他们之间，还有部件与产品之间，部件与零件之间存在着一定的逻辑关系和顺序，三维软件是通过一定的逻辑映射实现这种关系顺序的。第三，零件环节。这个环节是对各个零件的物理属性、尺寸、逻辑顺序序号等属性。他们之间，还有零件与部件之间也存在着一定的逻辑关系和顺序，三维软件是通过一定的逻辑映射实现这种关系顺序的。第四，属性环节。这里主要涉及属性的分类、名字和一些具体参数信息等。属性之间也存在一定的逻辑顺序。

4 步骤

Pro/E这个软件利用这种零部件之间的逻辑顺序，进行数字化产品组装的整个模型。这种逻辑顺序实际上是一种相互约束，这种约束可以依据设计者的意愿随时改变，调整其整体设计。例如，一个活塞缸是由缸壁、轴、杆、后盖、活塞等组装而成，其中的活塞还有若干个属性环节。这些零件之间存在着逻辑顺序，这种关系可以将其某一个具体的属性特征随时调用出来进行从新编辑，从而改变其某一项特征。这个逻辑顺序可以分别对零件、部件和产品进行属性更改。可以说，这种操作十分简单，方便。

这种逻辑顺序的基本设计思想是递归原理。由上而下的访问，先是产品的整体属性访问，然后是部件的分支属性访问，最后是每一个零件的末端属性访问，这种逻辑访问顺序是一种条件判断的循环访问顺序。

5 结语

基于Pro/E、UG等三维制图软件技术，现代的机械生产制造行业迸发出新的活力。设计人员的平时用于图纸绘制的时间大大减少，他们有更多的时间开展产品的模拟应力试验，仿真疲劳强度检验等工作。这些仿真试验可以说明新产品的主要物理性能和参数。大大降低了企业试制新产品的经济成本和人力投入，这种技术将成为模拟组装工艺的主要方式。研究分析其建模的方式方法对整个技术具有很强的指导作用。

参考文献：

[2]祝凌云.Pro/ENGINEER 2.0数码产品建模与通用结构设计[M].北京：清华大学出版社，2008.