浅谈当代计算机辅助装配的发展方向

摘　要：装配是产品实现主要功能的重要过程，装配规划直接影响着产品的质量以及成本，是完美实现装配的重要环节。计算机辅助装配的规划涉及技术领域众多，是计算机集成制造中的关键技术，本文主要通过对目前计算机辅助装配规划以及装配顺序的研究，来对以后计算机辅助装配的发展方向进行了分析。

关键词：计算机工艺；装配规划；现状；发展方向
　　计算机辅助装配规划包括自动化、计算机、机器人和人工智能等领域，装配的成本在产品制造总成本的40%~50%之间，从目前计算机辅助装配的现状来看，装配自动化一直是自动化制造中一个待以解决的问题。装配规划指的是从给定的产品以及相关资料数据中，制定出产品完整的装配过程，从而提高产品的装配质量以及降低装配成本。其中，装配顺序，是规划装配工艺的核心，它是描述产品装配过程中的重要信息之一。
一、装配规划方法
　　早期的传统装配规划是用人工的方式，技术人员通过对产品装配图中各零件的位置关系和几何形状的分析，并根据设计图样和技术参考来明确设计者要表达的真正意图，必要时候技术人员还要和设计人员进行沟通讨论，对装配产品功能以及设计意图进行交流，用综合的经验与知识来制定出产品具体的装配方案。这种装配规划的方法十分繁琐，效率低且工作量较大，难以对装配的成本做出保证。
　　随着各种计算机集成技术的发展和应用，对装配规划的相关技术设计也提出了计算机化的要求，并指出要优化装配规划的方案以此来降低成本并且缩短装配规划的时间，要有效的提高产品开发的进程。在这种要求下，出现了对计算机辅助装配规划（Computer Aided Assembly Planning，CAAP）技术的研究。下面根据CAAP到目前为止经历的几个不同阶段引出的几种方法进行分析。
（一）早期装配规划方法
　　CAAP早期是用产品CAD装配模型作为基础，通过采用几何推理、产品装配建模和装配序列推理以及选择为产品面向装配的设计对工艺规划提供支持、指导。过程大致是：CAD模型——装配建模——可行装配序列的生成的表达——满意的装配序列——装配仿真。
　　这里着重分析一下装配建模，装配建模是装配规划的基础，也是确保产品功能符合要求的关键所在。产品装配模型为装配规划提供零部件和装配体等相关信息。较为常用的装配信息表达模型可分为两种，分别是图模型与矩阵模型。后来一位法国学者Bourjauct根绝零件彼此之间物理接触关系引出了既装配关系。
（二）虚拟装配规划方法
　　虚拟装配规划比较注重操作者，此技术为装配规划中“人机”协同工作提供了条件。它指的是操作者通过用数据手套以及三维立体显示设配对零部件直接进行模拟装配、拆卸的过程。在此虚拟装配的过程中，人可通过己身的直觉、知识以及装配经验来决定产品的装配，不需要支撑过程当中的物理实现，通过先验模型、分析、可视化及数据等表达手段，利用计算机相关工具来进行安排、辅助与装配相关的工程决策。人在决定产品装配过程中不能十分准配的判断当前所有可装配的零件，亦无法精准的判断装配某一零件后的稳定性。但通过一定的算法和机器智能刚好能弥补人的不足。虚拟装配的方法不仅可以得到零件的装配顺序，还包括工作台、装配工具、零件路径等信息。
（三）协同装配规划方法
　　因为装配体是作为实现产品功能的一个载体，零部件可以由不同的企业来进行设计，同理，零部件和产品也可能是在不同的装配工厂完成整个装配过程，因此，需要进行装配的各个团队进行协同工作与决策来保证装配质量和降低装配成本。这样的方式需要解决的地方就是如何将异地的工作人员联系起来，随着计算机与网络技术的飞速发展。协同装配工作完全可以利用这一点来对异地人员在时间与空间上的缺点进行弥补，为协同装配工作提供了必要条件。
　　在web环境下进行协同装配规划方法采用的是协同工作环境中的装配建模、装配序列合成以及装配规划任务的分配等技术。通过对复杂装配产品问题的分解，降低单机构规划工作的复杂度，同时又可以很方便的集中不同地域专家的装配经验与知识经行协同装配方案的决策。这是一个发展性很强的装配方式。
二、计算机辅助装配的发展方向
　　通过上述对辅助装配规划方式的描述与分析，不难看出计算机辅助装配规划是一项需要经验和知识紧密结合的工作，每一个环节都需要工作人员之间的配合与探索。装配规划又与具体的行业以及产品有着密切的关系。从目前的发展来看，CAAP的研究虽然在理论上取得了一定的成就，在工业界也得到了一定的推广和应用，但毕竟相对而言还甚少，尚未形成规模性的应用。这就说明该技术距离工业之实用还有一段较长的路要走。较早的装配规划方法能够保证序列的集合，在可行性方面具有一定的优势，而软计算技术能将人的模糊知识融入装配规划过程中，使结果更具有优秀的工艺可行性。两者适当的结合会有利于模仿人类装配专家实际装配规划的过程，从而取得合理的装配方案，促进计算机辅助装配的进一步发展。
　　随着全球网络化的飞速发展，计算机辅助装配已经成为一个协同化产品生产、发展的一部分，这在新形势下使得产品装配成为一个需要协同工作和协同决策的生产模式。伴随着虚拟现实技术以及网络技术的进一步发展，成立以网络为基础的、支持异地多人进行协同装配、协同决策的网络虚拟平台，将是计算机辅助装配今后的发展趋向。
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