陰艷超，張晟博，廖偉智，徐 凱+

(1.昆明理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,云南 昆明 650500；2.電子科技大學(xué) 機(jī)械與電氣工程學(xué)院,四川 成都 610054)

0 引言

產(chǎn)品的裝配過程一般包括裝配、修整、調(diào)節(jié)、平衡、配作以及反復(fù)檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)，整個過程涉及大量裝配工具資源，且大多依靠裝配人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行匹配。尤其對于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件構(gòu)成數(shù)量龐大、設(shè)計(jì)更改頻繁、作業(yè)周期長、涉及專業(yè)領(lǐng)域廣的復(fù)雜產(chǎn)品，其零部件間匹配關(guān)系的描述、裝配工藝約束特征的關(guān)聯(lián)分析、裝配邏輯及裝配工具的選擇與匹配等均成為影響裝配質(zhì)量和效率的瓶頸。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，產(chǎn)品的裝配時間約占整個生產(chǎn)時間的40%～60%，裝配成本占生產(chǎn)成本的20%以上[1-2]。因此，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中裝配工具資源的按需匹配和推送對降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者大多從裝配的序列規(guī)劃、裝配關(guān)系、優(yōu)化配置和工藝設(shè)計(jì)等方面展開重點(diǎn)研究，以解決復(fù)雜產(chǎn)品裝配效率和質(zhì)量的問題。

(1)在裝配序列規(guī)劃方面，文獻(xiàn)[3]建立了產(chǎn)品裝配序列優(yōu)化模型，提出一種帶有深度領(lǐng)域搜索改進(jìn)策略的粒子群算法解決裝配序列問題;文獻(xiàn)[4]提出一種裝配序列多目標(biāo)模糊綜合評價方法，構(gòu)建了裝配序列多目標(biāo)評價指標(biāo)系數(shù)，證明了對一般產(chǎn)品裝配序列規(guī)劃的實(shí)用性和合理性。在裝配關(guān)系及過程建模方面，文獻(xiàn)[5]提出一種基于復(fù)雜產(chǎn)品及其裝配過程分層建模的開發(fā)方法，該方法將產(chǎn)品和過程集成到裝配系統(tǒng)開發(fā)中;文獻(xiàn)[6]開發(fā)了基于柔性編碼系統(tǒng)的構(gòu)件數(shù)據(jù)庫和支持快速裝配建模的系統(tǒng)，并給出了構(gòu)件檢索方法;文獻(xiàn)[7]提出一種3D環(huán)境中自動裝配路徑規(guī)劃的計(jì)算路徑規(guī)劃器，為復(fù)雜環(huán)境下的計(jì)算裝配路徑規(guī)劃提供了參考。

(2)在裝配分組優(yōu)化配置方面，文獻(xiàn)[8]提出了面向再制造質(zhì)量目標(biāo)的復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品裝配分組優(yōu)化配置方法，并建立了該方法的總體框架;文獻(xiàn)[9]開發(fā)了一個優(yōu)化模型，該模型可以從可用設(shè)備模塊庫中為可重新配置的裝配系統(tǒng)提供邏輯布局。

(3)在裝配工藝設(shè)計(jì)方面，文獻(xiàn)[10]針對基于三維模型的裝配工藝設(shè)計(jì)，開發(fā)了基于三維模型的裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng);文獻(xiàn)[11]提出了一種幾何增強(qiáng)的裝配工藝本體模型，并建立了基于幾何增強(qiáng)裝配工藝本體的裝配工藝決策框架。

(4)少量文獻(xiàn)研究了復(fù)雜產(chǎn)品裝配對象與裝配工具資源的多領(lǐng)域映射建模，提出了裝配對象與裝配工具資源之間的映射機(jī)理，闡述了映射過程中的關(guān)鍵技術(shù)[12-13]。

以上研究改進(jìn)了復(fù)雜產(chǎn)品裝配精度[14]、質(zhì)量和效率問題[15-16]。然而，這些研究較少考慮如何將裝配工具、裝配件、裝配約束、裝配工藝規(guī)范等通過組件封裝形成資源，進(jìn)而為裝配過程提供按需服務(wù)以有效解決復(fù)雜產(chǎn)品裝配效率和質(zhì)量的問題。

因此，本文結(jié)合復(fù)雜產(chǎn)品裝配工序多樣、工序間裝配約束復(fù)雜以及裝配資源的表示、匹配與推送困難的特點(diǎn)，提出了資源組件驅(qū)動的裝配工具匹配推理方法。首先，將裝配工具資源與裝配件配合型面的特征屬性，以及裝配過程中資源匹配、推理和推送方法封裝成虛擬裝配環(huán)境[17]下便于調(diào)用的資源包，并構(gòu)建資源組件驅(qū)動的裝配工具匹配推理框架。然后構(gòu)建了裝配工具、特征裝配集及裝配實(shí)例的資源本體，完成了裝配資源的一體化描述；在此基礎(chǔ)上，建立異構(gòu)資源本體間的映射關(guān)系，完成異構(gòu)本體之間的資源調(diào)用、共享及傳遞；同時設(shè)計(jì)了裝配工具資源的按需匹配和推送方法。最后，本文以包含數(shù)萬個零件的某型號水輪機(jī)為對象，利用本文所提出的方法實(shí)現(xiàn)了裝配過程中工具資源的按需匹配和推送，為提高復(fù)雜產(chǎn)品裝配質(zhì)量和效率提供了新思路和方法。

1 資源組件驅(qū)動的裝配工具匹配推理框架

本章所指的資源組件是將裝配工具與裝配件配合型面的特征屬性，以及裝配過程中裝配工具匹配、推理及推送方法進(jìn)行封裝，形成虛擬裝配環(huán)境下便于調(diào)用的資源包，具體包括裝配工具資源組件驅(qū)動模塊、資源組件本體構(gòu)建模塊、資源組件運(yùn)行與求解4大模塊，如圖1所示。其中，裝配工具資源組件驅(qū)動模塊主要負(fù)責(zé)通過資源組件進(jìn)行虛擬裝配的流程規(guī)劃；資源組件本體構(gòu)建模塊主要負(fù)責(zé)構(gòu)建并提供虛擬裝配工藝規(guī)劃過程中需要的裝配工具本體、裝配件本體、推理規(guī)則本體、裝配約束本體、裝配實(shí)例本體等核心資源本體；資源組件運(yùn)行模塊是整個裝配工具資源組件匹配推理的核心，主要負(fù)責(zé)裝配工具資源的解析、搜索、匹配、推送、轉(zhuǎn)化處理等操作；資源組件求解模塊主要負(fù)責(zé)調(diào)用資源組件運(yùn)行過程中所用到的軟件及程序?qū)Y源組件進(jìn)行求解及驗(yàn)證。

(1)資源組件驅(qū)動模塊 包括用戶裝配需求輸入、資源組件處理、資源組件驗(yàn)證以及資源組件輸出4部分。其中用戶需求主要接收用戶傳遞的裝配需求及資源組件的本體信息，同時將用戶需求信息導(dǎo)入資源組件解析單元；資源組件處理主要根據(jù)裝配需求完成資源組件的搜索、匹配和推理，并將處理后的資源組件推送給資源組件驗(yàn)證模版；資源組件驗(yàn)證模版使用資源組件求解模塊中相關(guān)軟件程序?qū)ι弦徊捷敵龅慕Y(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證合格則輸出結(jié)果至資源組件輸出模版，否則需要返回資源組件處理模版進(jìn)行重新處理；資源組件輸出模版主要負(fù)責(zé)將驗(yàn)證合格的裝配資源推送結(jié)果進(jìn)一步規(guī)范化，并以模塊化封裝的形式推送給用戶。

(2)資源組件本體構(gòu)建模塊 是整個裝配資源組件運(yùn)行的底層資源部分，包括裝配工具本體庫、裝配件本體庫、裝配實(shí)例本體庫、裝配約束本體庫、推理規(guī)則本體庫等，主要負(fù)責(zé)虛擬裝配過程中各種裝配資源本體的構(gòu)建與提供。

(3)資源組件運(yùn)行模塊 包括裝配資源解析單元、資源搜索單元、資源匹配單元、資源轉(zhuǎn)化單元、資源推送單元，這5個資源操作單元共同合作完成用戶裝配需求信息及資源的傳遞、解析、篩選及推送等核心過程。首先通過裝配資源解析單元對用戶的裝配需求進(jìn)行分解，獲取相應(yīng)的裝配需求并導(dǎo)入資源搜索單元；資源搜索單元通過這些裝配需求從資源本體庫中匹配搜索相關(guān)裝配需求的推理規(guī)則、裝配模型等裝配資源本體并導(dǎo)入至資源匹配單元；然后資源匹配單元依據(jù)相關(guān)的裝配需求、推理規(guī)則以及運(yùn)算關(guān)系對裝配資源本體進(jìn)行合理匹配并將匹配結(jié)果導(dǎo)入資源推送單元；下一步資源推送單元將匹配結(jié)果相關(guān)的裝配資源進(jìn)行整理排序并推送至資源轉(zhuǎn)化單元；最后資源轉(zhuǎn)化單元將資源轉(zhuǎn)化并封裝為資源組件求解模塊所需的文件驗(yàn)證合格后推送至資源組件輸出模版。

(4)資源組件求解模塊 主要負(fù)責(zé)利用資源組件所調(diào)用到的軟件、程序和工具求解虛擬裝配工藝規(guī)劃過程中遇到的相關(guān)問題，且能夠運(yùn)行資源轉(zhuǎn)化單元導(dǎo)出的各類文件。此外，資源組件求解模塊還承擔(dān)著對資源組件處理模塊輸出結(jié)果的驗(yàn)證任務(wù)。

2 資源組件的本體構(gòu)建

資源組件的本體包括裝配工具、特征裝配集和實(shí)例資源本體。首先，構(gòu)建裝配工具資源本體模型，其構(gòu)建過程如下：

裝配工具資源本體模型包括裝配工具形體信息AssT_SI、裝配工具功能標(biāo)識AssT_Fi、裝配工具的裝配信息AssT_AI、裝配工具工程語義AssT_EnSe四部分。若用AssT_Kom表示裝配工具資源本體模型，則有AssT_Kom={AssT_SI、AssT_Fi、AssT_EnSe、AssT_AI}，裝配工具資源本體模型AssT_Kom結(jié)構(gòu)如圖2所示。

(1)裝配工具的形體信息AssT_SI。

AssT_SI={Tsm，Acm，Cps，F(xiàn)sp};

(1)

Cps=[s1,s2,…,sn]T。

(2)

其中：Tsm表示裝配工具三維實(shí)體模型；Acm表示裝配工具的裝配面屬性鄰接圖；Cps表示裝配工具特征參數(shù)集合；Fsp表示確定裝配工具尺寸與特征參數(shù)之間公式。Acm決定了裝配工具的裝配面特征，Cps與Fsp共同決定了裝配工具的尺寸，而Acm、Cps、Fsp組合能夠形象具體地表示裝配工具的裝配特征，是與裝配件匹配的關(guān)鍵所在。

(2)裝配工具的功能標(biāo)識AssT_Fi。

AssT_Fi={AssTy，AssCT，AssChar}。

(3)

其中：AssTy表示裝配工具類型，如聯(lián)接類、破壞類及輔助類等；AssCT表示裝配工具作用時的接觸類型，如面面貼合、點(diǎn)點(diǎn)相合等；AssChar表示裝配工具作用時的裝配面特征，如內(nèi)圓柱面、平面、錐面等。

(3)裝配工具的裝配信息AssT_AI。

AssT_AI={AssAC、AssAR、AssAP}。

(4)

其中：AssAC表示裝配工具的裝配特征，如裝配作用點(diǎn)、配合表面特征等；AssAR表示裝配工具的裝配關(guān)系，如裝配工具在裝配過程中與裝配件的相對位置關(guān)系是貼合、垂直、平行等；AssAP表示裝配工具的裝配參數(shù)，即裝配工具與裝配件的裝配關(guān)系參數(shù)，可以是距離值、角度值、精度值等。

(4)裝配工具工程語義AssT_EnSe。

裝配工具工程語義主要指裝配工具作用在裝配件上時涉及到的工具名稱、工具特征尺寸、裝配零件特征尺寸信息、匹配關(guān)聯(lián)特征等語義信息，為裝配過程中裝配工具與裝配件間的配合提供了結(jié)構(gòu)化描述和語義匹配規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了裝配工具、裝配件、裝配特征的語義關(guān)聯(lián)匹配。其中，裝配工具主要包括扳手類、旋具類、鉗類、錘類及其專用的裝配工具等，部分裝配工具與裝配件的特征語義定義如表1和表2所示。

表1 裝配工具特征語義

表2 裝配件特征語義

同理，可構(gòu)建特征裝配集資源本體模型，特征裝配集是對裝配件的裝配特征的結(jié)構(gòu)化表示，包括工程語義(Engineering Semantic，ES)、單元件(Single Element, SE)、幾何約束(Geometric Constraints，GC)、裝配端口(Assembly Port，AP)、裝配空間關(guān)系(Assembly Space Relation，ASR)等內(nèi)容。裝配工具和裝配件依照構(gòu)建的本體模型進(jìn)行實(shí)例化，分別得到裝配工具和裝配件的實(shí)例本體。

3 資源本體間映射與語義匹配

在裝配工具作用于裝配件的過程中，需要在資源匹配單元中進(jìn)行相關(guān)的語義本體匹配，匹配過程涉及裝配工具資源本體、特征裝配集資源本體及實(shí)例本體等多種異構(gòu)的資源本體，而這些異構(gòu)的資源本體存在著不同的推理規(guī)則但又相互關(guān)聯(lián)，因此需要建立異構(gòu)資源本體間的映射關(guān)系，完成異構(gòu)本體之間的資源調(diào)用、共享及傳遞。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行裝配工具與裝配件間的語義匹配，實(shí)現(xiàn)裝配工具依據(jù)裝配件間的配合特征進(jìn)行按需推送。

3.1 裝配工具、特征裝配集及實(shí)例資源本體間的映射關(guān)系

由于裝配工具資源本體、特征裝配集資源本體及實(shí)例資源本體這些異構(gòu)本體之間在概念和語義上存在相關(guān)的聯(lián)系，以此可以建立本體間的映射關(guān)系[18]。以裝配工具資源本體和特征裝配集資源本體為例，裝配工具資源本體T和特征裝配集資源本體F之間的映射f是由集合M={e}表示，e表示一個五元組的基本映射單元，e=(g，u，v，rel，s)的形式。其中：g為該映射單元的唯一標(biāo)識；u和v分別為T和F中的元素，且滿足f(u)=v；rel表示u和v兩者的相互關(guān)系，如相等“=”、包含“?”、相交“∩”、無關(guān)“∥”等；s用來標(biāo)識本體映射的相似度。建立了特征裝配集資源本體與裝配工具資源本體中的概念和參數(shù)的映射關(guān)系，包括裝配工具資源本體模塊中工具尺寸、外部參數(shù)、裝配參數(shù)、裝配特征等與工件資源本體模塊中工件尺寸、特征參數(shù)、表面精度等的映射。同理，可以建立裝配工具本體和裝配件本體中的概念與參數(shù)到實(shí)例的映射關(guān)系。如圖3所示為裝配工具、特征裝配集及實(shí)例本體間的映射關(guān)系。通過相應(yīng)的映射規(guī)則進(jìn)行這幾類資源本體間的語義相似度計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了對資源從定性到定量的輸出，進(jìn)而能夠從資源組件中的資源庫模塊中獲取滿足用戶需求的裝配資源。

3.2 裝配本體間的語義匹配

裝配本體間映射關(guān)系的核心是通過映射關(guān)系進(jìn)行裝配本體間的匹配，因此可以通過計(jì)算裝配本體間的相似度進(jìn)行匹配搜尋。設(shè)M[m1,m2,…,mi]為裝配工具本體M中的一個概念集合,N[n1,n2,…,nj]為特征裝配集本體或?qū)嵗倔w中的一個概念集合，則mi與nj概念之間的相似度計(jì)算公式[19]如下：

Sim(mi,nj)=

(5)

其中：0≤Sim(mi,nj)≤1；i=1,2,3,…；j=1,2,3,…；[mi∩ni]表示mi與nj概念的交集，即共同包含的概念或詞條數(shù)目，[mi]表示概念mi所包含的概念或詞條數(shù)目。當(dāng)[mi∩nj]=[mi]時，Sim(mi,nj)=1，表示mi與nj概念完全相同，即概念mi包含概念nj或概念nj包含概念mi；當(dāng)0<[mi∩nj]<[mi]時，表示概念mi部分包含概念nj；當(dāng)[mi∩nj]∩[mi]=?時，Sim(mi,nj)=0則表示概念mi與概念nj沒有任何聯(lián)系。

又因?yàn)樵谶M(jìn)行裝配資源本體的描述時，其過程是由多個概念共同協(xié)作描述，兩個裝配資源本體在進(jìn)行匹配時涉及到多個概念之間的匹配，在計(jì)算相似度時需要加入相應(yīng)概念的權(quán)重，其相似度公式如下：

SimOntologies(AssT_Kom,AssInfor-set)=

(6)

式中：i=1,2,3,…；j=1,2,3,…；AssT_Kom，AssInfor-set分別表示裝配工具資源本體與特征裝配集資源本體;Sim(mi,nj)為上述裝配資源本體中對應(yīng)的概念相似度；wl為進(jìn)行相似度計(jì)算所用的概念在其對應(yīng)裝配資源本體中的權(quán)重。當(dāng)SimOntologies(AssT_Kom,AssInfor-set)=1時，表示裝配工具資源本體完全匹配特征裝配集資源本體；當(dāng)0

上述相似度計(jì)算是針對裝配件配合特征屬性等語義模糊描述進(jìn)行的，在進(jìn)行裝配工具資源本體和特征裝配集資源本體匹配過程中還涉及一些數(shù)值型屬性的匹配，如裝配尺寸、距離、角度、自由度等，需要采用以下公式進(jìn)行相關(guān)的相似度計(jì)算[20]。

(7)

4 資源組件驅(qū)動的裝配工具匹配推送過程

資源組件驅(qū)動的裝配工具匹配過程是針對裝配件間的配合型面特征對裝配工具進(jìn)行按需選擇和推送的過程，包括裝配件配合型面特征識別、裝配工具類型確定、裝配工具尺寸選擇及裝配工具與裝配件間的仿真裝配。依據(jù)第1章構(gòu)建的資源組件驅(qū)動的裝配工具匹配推理框架，建立如圖4所示的裝配工具匹配模型，進(jìn)而將裝配工具推送過程所包含的四項(xiàng)任務(wù)分別封裝在裝配工具選擇資源組件、尺寸驅(qū)動資源組件和仿真裝配資源組件中。通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的資源傳遞關(guān)系，依次調(diào)用封裝的三個資源組件，實(shí)現(xiàn)裝配工具的按需選擇和推送。

裝配工具匹配及推送過程包括以下步驟：

(1)裝配工具的選擇。輸入裝配件本體模型，調(diào)用裝配工具選擇資源組件對裝配件進(jìn)行配合型面特征分析，然后根據(jù)裝配件的配合型面特征在裝配工具本體中匹配選擇適合的裝配工具類型，并輸出選擇的裝配工具本體1。

(2)確定裝配工具尺寸。輸入裝配工具本體1并調(diào)用裝配工具尺寸驅(qū)動資源組件，根據(jù)裝配件配合型面的尺寸信息以及已確定的裝配工具類型信息，在裝配工具實(shí)例庫中匹配符合尺寸要求的裝配工具，并輸出包含尺寸信息的裝配工具本體2。

(3)裝配工具建模裝配。調(diào)用裝配工具仿真資源組件，分析輸入的裝配工具本體2，利用工具類型及尺寸信息快速構(gòu)建裝配工具的相關(guān)模型，并通過已獲取的包括裝配約束、裝配空間關(guān)系、裝配面特征等在內(nèi)的裝配特征結(jié)合裝配件模型進(jìn)行相應(yīng)的裝配操作，然后將裝配結(jié)果形成裝配本體3。

(4)對裝配推送結(jié)果進(jìn)行合理性分析，若不合理則需要返回第(1)步重新進(jìn)行工具的選擇匹配；若合理則完成基于資源組件的裝配工具匹配，輸出裝配本體3，并存入相應(yīng)的實(shí)例庫便于調(diào)用。

4.1 裝配工具類型的選擇

裝配工具類型選擇主要基于推理規(guī)則和語義匹配算法搜索本體庫中適合的裝配工具，其選擇流程主要包括資源解析單元、資源搜索單元、資源匹配單元以及資源推送單元4個部分。首先，資源解析單元要分析裝配件的配合型面特征，包括配合型面類型和裝配約束，從而獲取裝配件的裝配特征；資源搜索單元利用裝配工具與裝配件的匹配規(guī)則刪除不符合要求的工具本體及實(shí)例，裝配工具匹配的規(guī)則樹如圖5所示。

針對符合匹配規(guī)則的裝配工具，資源匹配單元根據(jù)裝配件型面特征，計(jì)算裝配件與裝配工具配合型面特征的相似度；最后，資源推送單元將相似度從大到小排序并選取排序在最前的裝配工具類型進(jìn)行合理性判斷，若不合理則需從新計(jì)算匹配，若合理則確定裝配工具類型并推送至下一階段。裝配工具類型選擇流程如圖6所示。具體的推理實(shí)例為：

if{[(裝配面特征=多平面圓周類)&(裝配空間=裝配空間狹窄)&(裝配面位置=裝配面內(nèi)凹)]||(工件與某裝配工具匹配度≥90%)};

then{裝配件-螺釘、螺栓、自攻螺釘||內(nèi)六角裝配特征||某實(shí)例內(nèi)六角扳手裝配工具}。

4.2 裝配工具尺寸的匹配推理

基于上述裝配工具類型的選擇，下面進(jìn)行裝配工具尺寸的按需選擇。通過將裝配件中的關(guān)鍵裝配尺寸與裝配工具資源本體進(jìn)行匹配選擇來確定裝配工具的尺寸大小，相應(yīng)的裝配工具尺寸選擇匹配流程如圖7所示，流程中每一步都與裝配工具資源組件的各個模塊協(xié)作共同完成。

步驟1分析裝配件待裝配型面特征獲取裝配件相關(guān)的裝配尺寸關(guān)鍵參數(shù)，如軸孔裝配中的軸孔直徑。

步驟2將步驟1獲取的關(guān)鍵參數(shù)與前面已選好的裝配工具類型資源本體模型的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行匹配，匹配關(guān)系包括“=”、“>”以及“<”，以確定滿足裝配要求的裝配工具名稱編號以及關(guān)鍵部位尺寸。

步驟3獲取裝配工具的關(guān)鍵尺寸及尺寸間的運(yùn)算和映射關(guān)系如圖8所示。通過建立裝配件本體中特征尺寸與工具本體中關(guān)鍵尺寸之間的映射關(guān)系，獲取裝配工具的關(guān)鍵尺寸，然后通過相應(yīng)的參數(shù)關(guān)系，計(jì)算裝配工具建模需要的所有參數(shù)。

步驟4由所獲取的裝配工具尺寸參數(shù)調(diào)用裝配工具資源組件中的求解模塊生成裝配工具實(shí)例即裝配工具的三維模型。

步驟5對獲取的裝配工具進(jìn)行合理性分析，若不合理則需重新對裝配工具尺寸選擇匹配，若合理則推送結(jié)果與裝配件進(jìn)行裝配操作。

在裝配工具推送實(shí)現(xiàn)過程中，首先通過計(jì)算裝配件與裝配工具配合型面特征的相似度，推送出相似度最大的裝配工具類型，再依據(jù)裝配件特征尺寸與相應(yīng)的工具尺寸的映射匹配，確定裝配工具的關(guān)鍵尺寸，從而保證所推送裝配工具的合理性和唯一性，最后從裝配工具實(shí)例庫中調(diào)取所匹配的裝配工具。

5 實(shí)例驗(yàn)證

5.1 裝配工具資源本體實(shí)例化

為了驗(yàn)證所提方法的可行性與實(shí)用性，以裝配工具——雙頭呆扳手為例依照構(gòu)建的裝配工具資源本體模型進(jìn)行實(shí)例化。雙頭呆扳手的形體信息AssT_SI包括三維實(shí)體模型、裝配面屬性鄰接圖、特征參數(shù)(s、b1、b2)集合、裝配工具尺寸和特征參數(shù)關(guān)系。雙頭呆扳手的功能標(biāo)識AssT_Fi主要描述了雙頭呆扳手的裝配類別為聯(lián)結(jié)類，接觸類型是面面貼合，裝配面特征為平面—平面。雙頭呆扳手的裝配信息AssT_AI包含了裝配工具的裝配特征，由于裝配工具與裝配件配合表面是平面，裝配關(guān)系是面面貼合，裝配參數(shù)是裝配工具的開口值。雙頭呆扳手工程語義AssT_EnSe包括工具名稱為雙頭呆扳手，裝配工具特征尺寸開口寬度s，裝配零件特征名稱Out_Hexa，特征判斷為外六角頭。裝配工具—雙頭呆扳手模型和資源本體實(shí)例如圖9所示，其他類型裝配工具均可依照雙頭呆扳手的實(shí)例化模式進(jìn)行構(gòu)建。

5.2 推送體系框架

裝配工具推送的實(shí)現(xiàn)過程依托復(fù)雜產(chǎn)品裝配資源推送服務(wù)平臺進(jìn)行驗(yàn)證。首先，將分布異構(gòu)的多源裝配工具資源進(jìn)行模塊化、規(guī)則化資源封裝并存儲于架構(gòu)最底層的裝配工具資源層，依據(jù)封裝的模塊化資源組件特點(diǎn)，采用模版制定相關(guān)的匹配及推送規(guī)則，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對裝配工具資源的索引、匹配及推送服務(wù)。如圖10所示，所構(gòu)建的體系架構(gòu)主要由技術(shù)環(huán)境支撐層、裝配資源層、裝配資源庫構(gòu)建層、裝配資源推送層、裝配資源服務(wù)接口層、裝配資源應(yīng)用服務(wù)實(shí)現(xiàn)層構(gòu)成。

(1)技術(shù)環(huán)境支撐層 該層主要為復(fù)雜產(chǎn)品裝配資源推送服務(wù)提供技術(shù)環(huán)境支撐，包括平臺所使用的各種軟硬件環(huán)境，如以Eclipse作為集成開發(fā)環(huán)境，利用MySql構(gòu)建平臺的數(shù)據(jù)庫，集成采用Java、XML、JavaScript、VRML等語言開發(fā)裝配工具規(guī)劃的裝配資源組件，最后以Tomcat為服務(wù)器搭建裝配工具資源服務(wù)平臺。

(2)裝配資源層 該層主要是指大型復(fù)雜產(chǎn)品在進(jìn)行裝配序列規(guī)劃、裝配工藝分析、裝配工具推送的過程中所使用的底層裝配資源。其中裝配序列規(guī)劃資源包括序列模型、裝配樹、計(jì)算公式、屬性鄰接圖、序列規(guī)劃方法、裝配數(shù)據(jù)等底層裝配知識資源；裝配工藝資源主要包括基于裝配件的技術(shù)工藝標(biāo)準(zhǔn)、單元件、工程語義、裝配端口、裝配空間關(guān)系、裝配約束等底層裝配知識資源；裝配工具資源則包括工具實(shí)例、工件實(shí)例、配合標(biāo)準(zhǔn)、功能標(biāo)識、裝配仿真、模型數(shù)據(jù)等底層裝配知識資源。通過對這3類裝配知識資源進(jìn)行模塊化、規(guī)則化封裝及重用，構(gòu)建相應(yīng)的裝配工具推送服務(wù)功能。

(3)裝配資源庫構(gòu)建層 該層主要是通過構(gòu)建裝配序列資源庫、裝配工藝資源庫、特征裝配集庫、裝配工具資源庫、裝配工具模版庫等資源庫統(tǒng)一的對裝配工具推送服務(wù)進(jìn)行有效便捷的管理與調(diào)用。

(4)裝配資源推送層 該層主要包括基于裝配序列規(guī)劃的資源推送、基于裝配工藝的資源推送以及基于裝配工具的資源推送3種裝配資源服務(wù)模塊。其中裝配序列規(guī)劃模塊能夠依據(jù)用戶提供的模型進(jìn)行裝配序列的生成及推送、裝配仿真結(jié)果的推送；裝配工藝資源模塊能夠依據(jù)用戶所提供模型進(jìn)行裝配工藝資源的搜索、匹配及模板化推送；裝配工具模塊能夠依據(jù)用戶提供的模型進(jìn)行裝配工具的搜索、匹配、推送以及裝配過程仿真功能。這3種裝配資源推送服務(wù)的有機(jī)結(jié)合能夠最大程度上反映裝配的各個環(huán)節(jié)，為實(shí)際大型復(fù)雜產(chǎn)品裝配提供相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)。

(5)裝配資源服務(wù)接口層 該層主要是為大型復(fù)雜產(chǎn)品裝配資源推送提供相應(yīng)的服務(wù)接口，主要包括資源注冊接口、網(wǎng)絡(luò)通信接口、軟件接口、通用接口等，是平臺進(jìn)行裝配工具資源匹配與推送服務(wù)的調(diào)用開關(guān)。

(6)裝配資源應(yīng)用服務(wù)實(shí)現(xiàn)層 該層主要是面對用戶的平臺界面層，用戶能夠依據(jù)自身的裝配實(shí)際業(yè)務(wù)需求，高效便捷的使用平臺提供的各種裝配資源服務(wù)功能。

5.3 裝配工具推送實(shí)現(xiàn)

裝配工具推送實(shí)現(xiàn)過程包括裝配件特征識別、裝配工具匹配以及裝配過程仿真3大步驟。首先，裝配件特征識別模塊通過NX軟件的特征識別功能，提取工件模型的裝配特征，并采用MySql數(shù)據(jù)庫將提取出來的裝配特征以數(shù)據(jù)表的形式存儲。然后，在進(jìn)行裝配工具匹配時，只需從裝配件特征資源庫提取相關(guān)特征數(shù)據(jù)，并在裝配工具類型庫進(jìn)行特征匹配，再依據(jù)裝配件尺寸確定裝配工具的尺寸，并從裝配工具實(shí)例庫中調(diào)取所匹配的裝配工具。最后，進(jìn)行相關(guān)裝配過程的實(shí)驗(yàn)仿真。

本文以大型水輪機(jī)裝配過程中螺母的裝配為例，通過裝配工具的推送實(shí)現(xiàn)過程驗(yàn)證所提方法的有效性。當(dāng)用戶使用裝配工具推送服務(wù)時，首先需要導(dǎo)入螺母模型，通過裝配件特征識別模塊，識別螺母的裝配特征信息，并自動生成螺母相應(yīng)的裝配特征參數(shù)，若平臺生成的特征參數(shù)不符合要求時，用戶可通過下拉列表選項(xiàng)值進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整。其中，裝配件螺母特征識別的實(shí)現(xiàn)如圖11所示。

完成螺母裝配特征識別后，用戶需要進(jìn)入裝配工具匹配模塊，當(dāng)用戶點(diǎn)擊裝配工具匹配按鈕時，該模塊會根據(jù)裝配件特征識別模塊輸出的結(jié)果與裝配工具類型庫中的裝配工具進(jìn)行特征匹配，確定裝配工具類型，再根據(jù)螺母尺寸與裝配工具尺寸的匹配推理，為用戶推送最合適的裝配工具信息，并通過Vrml插件為用戶展示所推送的裝配工具。大型水輪機(jī)中裝配件螺母的裝配工具匹配實(shí)現(xiàn)如圖12所示。

在完成裝配工具匹配服務(wù)后，平臺還為用戶提供了裝配過程仿真服務(wù)，該模塊的裝配件及裝配工具設(shè)置默認(rèn)為用戶導(dǎo)入的裝配件以及平臺推送的裝配工具，用戶可在該模塊進(jìn)行裝配過程仿真的操作。大型水輪機(jī)裝配過程中螺母裝配過程仿真的實(shí)現(xiàn)如圖13所示。

6 結(jié)束語

本文針對復(fù)雜產(chǎn)品虛擬裝配過程中工具資源復(fù)雜多樣，資源描述、調(diào)整、推送困難等問題，構(gòu)建了將裝配資源描述、匹配及其求解方法封裝成虛擬裝配環(huán)境下便于調(diào)用的資源組件，進(jìn)而形成資源組件驅(qū)動的裝配工具資源匹配推理的整體解決方案。建立了裝配對象、配合特征及工具的資源本體，完成了多源異構(gòu)資源本體間的映射與語義匹配，并構(gòu)建了裝配工具資源的匹配過程模型，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的匹配推送方法，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜產(chǎn)品裝配過程中工具資源的按需匹配、調(diào)整和推送。由于本文給出的整體解決方案中尚未考慮復(fù)雜產(chǎn)品虛擬裝配過程中工藝知識的推送和裝配質(zhì)量的預(yù)測，在后續(xù)的研究過程中，需要對裝配過程中的隱形的工藝知識挖掘與質(zhì)量評估方法進(jìn)行深入研究。