在Pro/E中自动生成零件拆卸优先约束矩阵

　　随着环境意识与资源意识的逐步提高，机电产品的绿色设计越来越受到人们的重视，其核心思想是在产品设计阶段就考虑产品使用后的回收处理问题，把生命周期末端可能遇到的问题在设计中予以解决，将传统的产品生命周期的开环模式转化为闭环模式。拆卸是实现产品生命周期封闭性和完整性的必要环节，产品的拆卸序列是从产品中拆卸各零部件的先后顺序。目前，对产品拆卸序列规划的研究普遍采用基于图的建模方法，并辅以方案的寻优算法。对拆卸操作进行可行性判断是保证拆卸序列规划结果正确、切实可行的唯一途径。产品中零部件的拆卸优先约束矩阵为拆卸层次信息图模型中节点的构建提供基础信息，从产品CAD模型中自动提取这一信息是实现自动建模的条件。

　　1 拆卸优先约束关系 字串1

　　1.1拆卸优先约束矩阵

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　　约束是零部件之间的空间制约关系及其相关性的反应，零件的拆卸优先约束关系指的是，若产品中零件i对零件j的拆卸形成空间制约关系，则零件i的拆卸优先于零件j。如机电产品中常见的各种螺纹连接就是在其相关零部件之间产生的一种优先约束关系。约束关系包括直接接触约束和非接触约束。 字串6

　　产品中零件的拆卸优先约束关系可用优先约束矩阵RN*N =[rij]来表示，N为产品中零件的数量，rij表示第j个零件对第i个零件的约束情况，其取值为0或1，如果rij =1表示第j个零件需要在第i个零件之前拆卸，rij =0表示第i个零件的拆卸不受第j个零件是否拆卸的制约。当i=j时，规定rij =0。图1所示某空调室外机风机部件的拆卸优先约束矩阵为 字串5

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　　1.2拆卸层次信息图 字串1

　　拆卸层次信息图模型是机电产品拆卸序列规划过程中采用的一种建模方法，为一个非负值的简单加权有向图(见图2)。图中的节点代表产品中的零部件，有向边代表所联系的节点零件的拆卸先后意图，加在边上的权值ω由相应拆卸操作的综合指标值确定。如果拆卸意图在实际拆卸过程中可以得到实现，那么这样的边就称为可拆卸边，所联系的节点的可拆卸性标识为"True";否则，称为不可拆卸边，下层节点的可拆卸性标识为"False".所有可拆卸性标识为"True"的节点和边构成产品的拆卸层次信息图。

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　　以图1所示的产品为例，其拆卸层次信息图(图中所有节点和边都是可拆卸的，因此省略"True"标识)如图2所示。拆卸层次信息图模型表达了产品所有可行的拆卸序列(方案)，从图2可以看出，该产品有3条可行的拆卸序列。 字串8

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　　需要说明的是，如果产品中元件比较多时，拆卸层次信息图会比较复杂，此时可作如下的简化处理: 字串3

　　(1)结构复杂的产品采用多层迭代处理方式。对于较为复杂的产品，可将产品划分为几个子拆卸体，子拆卸体被视为一个元件来处理，以此构建产品的拆卸层次信息图进行拆卸序列规划。产品级的拆卸序列规划完成后，再导入子拆卸体进行规划，从而通过一个层进的迭代方式来实现对复杂产品的完整拆卸序列规划过程。 字串5

　　(2)消除复杂产品中的连接件。对于较为复杂的产品，为了简化产品的模型，可以从产品模型中移除一些基本的连接件，如螺钉、螺母等。通过这样的处理方式，对简化产品模型后得到的拆卸方案，同样适用于原产品的拆卸序列规划，产品中元件的拆卸操作就代表了"移除连接件十拆卸元件"。这种方法比较符合实际应用中的情况，同时也有助于简化拆卸序列规划平台的计算复杂性。

　　2节点可拆卸性判定

　　设待拆卸的零件节点为i，己拆卸的零件集合为Dis={Disassembly}，在拆卸优先约束矩阵R中，与Dis集合中元素相对应的行和列自然消失，形成节点1当前的拆卸优先约束矩阵R',根据拆卸优先约束矩阵所表示的具体的物理意义，可以得到以下两条判别准则: 字串1

　　准则1节点的拆卸可行性判定准则若{Hi}=0，则表示拆卸当前零件i不受其它零件的空间制约，拆卸操作在实际拆卸过程中可以实现，故节点i在当前状态下的拆卸可行，可拆卸性标识为True;否则，标识为False .

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　　准则2下层组成节点判别准则若节点1的拆卸可行性标识为True，则Dis=Dis∪{ i } ,集合Next={j|j不属于Dis}中的元素组成节点i的下层目标点集合。任取as　∈Next;，节点a、的拆卸可行性标识根据准则1来判定。 字串4

　　所有标识为True的节点组成节点i的下层节点集合Ti，显然Ti 不属于 Next;，再下一层节点将从Ti中产生。由此，逐层构建产品的拆卸层次信息图。 字串9

　　3自动生成拆卸优先约束矩阵 字串9

　　构建拆卸层次信息图的基础信息即是拆卸优先约束矩阵。因此，自动生成拆卸优先约束矩阵是实现可拆卸性自动判定、进而实现拆卸规划过程自动建模的关键因素。以Pro/E实体模型为研究对象，利用Prorfoolkit API自动生成产品中零件的拆卸优先约束矩阵。Pro/Toolkit API是Pro/E与外部应用程序之间的接口，它提供了一系列的函数和过程，通过用C语言编程来调用这些函数或过程，能够对Pro/E模型文件及相应模型进行操作。

　　所开发的系统包括预处理模块、拆卸路径生成模块和干涉检查模块，其工作流程如图3所示。

　　3.1预处理模块

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　　预处理模块的工作有:调入产品的Pro/E模型，提取相关零部件信息(包括ID号、配合关系、位姿矩阵等)，同时获得零件列表等。 字串4

　　产品中往往包含数个相同的零件，如图1所示风机部件中，包含4个相同的自攻螺钉用于连接轴流电机和支架。在产品CAD模型中，相同的零件体现为同一零件的多个实例。建立产品的拆卸层次信息图时，相同的零件仅用一个节点表示，其拆卸操作的次数等于零件的个数。因此，在预处理模块删除同一零件的多个实例，仅保留其中一个进行拆卸优先约束矩阵的自动生成。同时，对于结构复杂的产品，为了简化产品的模型，应删除产品中零件之间的连接件，将连接件的类型和数量作为零件之间的连接方式信息。如将图1中连接轴流电机和支架的4个自攻螺钉删除，拆卸层次信息图中的节点数将由18个降为12个，拆卸轴流电机的操作就代表了"松开4个自攻螺钉 拆卸轴流电机"。该文通过零件的文件名来识别和判定连接件。