一种发动机装配过程优化系统

技术领域

本发明涉及发动机数字化装配技术领域，具体为一种发动机装配过程优化系统。

背景技术

数字化装配技术是指利用数字化现实技术、计算机图形学、人工智能技术和仿真技术等构造数字化现实环境和装配数字模型，在装备装配过程中，通过交互分析、规划、仿真和优化出品的装配顺序、装配路径以及装配精度、装配性能等，达到有效减少装配的实物试装次数，提高装备装配质量、效率和可靠性的技术。采用该技术可以克服传统装配工艺中的缺点，对缩短装配工期、降低装配成本和提高装配质量具有重要意义。

零部件经过使用一段时间后，其尺寸会超差，比如发动机汽缸缸径扩大，而与之原来匹配的活塞变小。经再制造技术修复后，可使大气缸匹配大直径的活塞，小气缸匹配小直径的活塞；但如果采用大的配小的，就会使得间隙超差，因此在废旧发动机零部件经再制造维修后的装配过程中，需要根据发动机当前的零部件的尺寸选择关联的维修后的零部件的尺寸，并合理装配，以提高装配的精确度，尤其是活塞与气缸的装配，作为发动机的核心部件，活塞与气缸的装配的精确度直接影响发动机的性能。另外，一般只在零配件入库时对零件的实际尺寸进行测量，而忽略了零部件从仓库转移至装配车间过程中的正常碰撞磨损，因此导致利用入库时的实际尺寸对零部件进行组合的结果使得零部件的选择范围过大，而若在装配前对每个零配件的实际尺寸再次进行检测且利用检测后的实际尺寸再次进行零件组合，则会浪费大量的时间，降低装配效率。

发明内容

针对背景技术中提出的现有发动机装配系统在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种发动机装配过程优化系统，具备预先考虑零部件的转移磨损，缩小零部件选择的范围，提高零部件的选择精确度的优点，解决了上述背景技术中提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种发动机装配过程优化系统，包括：

装配特征提取模块：基于发动机三维模型提取发动机零部件的装配信息，所述装配信息包括装配规划信息和公差分析信息；

装配规划模块：基于装配特征提取模块提取的装配规划信息建立装配规划模型；所述装配规划包括装配序列规划及装配路径规划，所述装配规划模型采用的算法为蚁群算法；

零部件转移磨损模型建立模块：基于BP神经网络算法建立针对每一种零部件从仓库至装配车间的装配位置点的磨损模型，获取零部件转移过程中的概率磨损数据；

装配分析模块：基于装配特征提取模块提取的公差分析信息生成尺寸链，按照尺寸链及零部件入库时检测的实际尺寸及概率磨损数据组合多个封闭环，并筛选符合要求的封闭环并标记封闭环中零部件的尺寸范围及封闭环零部件集合；

装配车间信息采集模块：对待装配零部件在装配前进行检测，获取实际磨损数据，将零部件装配前检测的磨损数据输入装配修正模块；

装配修正模块：根据装配分析模块中各个零部件的尺寸范围、零部件实磨损后的实际尺寸进行比较，判断零部件磨损后的实际尺寸是否位于该零部件的尺寸范围内，若是，则进行装配；若否，将该零部件磨损后的实际尺寸输入装配分析模块。

优选的，所述零部件转移磨损模型的建立基于每个装配工厂对零部件转移的具体操作情况，所述零部件转移磨损模型的输入量包括转移路况信息、转移工具信息、装卸工具信息、转移人员信息；

所述零部件转移磨损模型的输出包括磨损结果、磨损类型、磨损量，当零部件存在磨损时，磨损结果值为1，否则磨损结果值为0，磨损类型包括尺寸磨损和形位磨损，所述磨损量包括最大磨损量和最小磨损量。

优选的，所述零部件转移磨损模型训练数据是历史零部件在转移过程磨损数据，所述磨损数据为零部件入库时的检测数据与零部件在装配位置点装配前的磨损检测数据的比较值，并根据历史比较值获取最大磨损量及最小磨损量，所述零部件转移磨损模型根据不断更新的历史零部件磨损数据定时优化。

优选的，所述公差分析信息包括产品基本信息、尺寸公差信息、装配模型配合关系信息；

所述产品基本信息包含编号、零部件名、尺寸类型、尺寸值、最大磨损量、最大磨损量、公差类型、上偏差、下偏差；

所述尺寸公差信息包含装配体零部件的标识、零部件名、公差值、模型的基准坐标系X坐标、模型的基准坐标系y坐标、模型的基准坐标系z坐标；

所述装配模型配合关系信息包含编号、装配部件名、主动件标识、被动件标识、主动件配合类型、被动件配合类型。

优选的，所述装配分析模块首先自动生成尺寸链，并标记尺寸链中各个组成环和封闭环的公差参数，然后进行装配分析；

所述装配分析的过程如下：

步骤一、获取生成的尺寸链的各个组成环和封闭环的公差参数，获取每个组成环的零部件的所有入库实际尺寸；

步骤二、选取每个组成环的基准件，按照基准件以及其他零部件的入库实际尺寸、入库实际尺寸与最大磨损量之和、入库实际尺寸与最小磨损量之和三种尺寸数据，按照装配序列装配各个组成环及封闭环，对各个组成环及封闭环的误差进行测量，同时标记每个尺寸零部件后一装配序列零部件的尺寸范围，及满足上述尺寸范围的零部件编号，形成封闭环零部件集合；

步骤三、对比组合后的封闭环及各个组成环误差是否处于其对应的公差范围内，若否，则剔除该封闭环及各组成环的组合，并删除该封闭环零部件集合；若是，则保留该封闭环和各组成环的组合，并保留该封闭环零部件集合；

步骤四、按照现存零部件最大使用率进一步筛选封闭环，选取现存零部件的剩余量最少的封闭环，并保留该封闭环零部件集合；

步骤五、若存在现存某一零部件的实际尺寸不满足形成一个完整的封闭环，则反馈零部件补充信息；

步骤六、按照保留的封闭环零部件集合中的零部件编号选取零部件，将零部件转移至车间的装配位置点进行装配；装配前，对每一个零部件进行磨损检测，并将磨损数据与该零部件的产品基本信息关联后存储在数据库中，作为零部件转移磨损模型训练历史数据。

优选的，所述装配分析模块接收装配修正模块传输的零部件信息后，进行如下步骤：

步骤一、根据该零部件的编号定位到该零部件所属的组成环；

步骤二、获取该组成环的该部件后面所有序列，及该组成环后面所有组成环的所有装配序列的现存其余零部件；

步骤三、按照该零部件磨损后的实际尺寸，其余零部件的入库实际尺寸、入库实际尺寸与最大磨损量之和、入库实际尺寸与最小磨损量之和三种尺寸数据，按照装配序列装配重新装配各个组成环及封闭环；

步骤五、按照装配分析过程步骤三至步骤五进行；

步骤六、评价原先经过装配分析形成的封闭环，以及新形成的封闭环，若评价结果为原先的封闭环评价优于新形成的封闭环，则将剔除该零部件，重新选取满足该类型零部件尺寸范围的零部件，若没有可供选择的该类型零部件，则反馈零部件补充信息。

优选的，所述装配特征提取模块提取的特征信息包括零部件的工程属性信息、零部件的几何信息、位姿信息、装配约束信息、装配层次信息，对装配特征信息提取的步骤如下：

S1、载入产品的装配体模型；

S2、访问装配体模型中的所有特征，并将其存入特征数组；

S3、从特征数组中逐项获得特征的类型；

S4、判断特征类型是否为元件，若类型为元件，则进入S5,；若特征类型不为元件，则跳转至S3；

S5、获取该特征类型的所属元件；

S6、获取该元件的零部件属性信息、配合约束信息、位姿信息等信息；

S7、将相关信息保存到数据中；

S8、判断此元件是否为子装配体，如果是零件，则进入S9；如果是子装配体，则跳转S2，进行递归操作；

S9、判断特征数组是否获取完毕，若获取完毕，算法停止；若未完毕，则跳转至S3，继续循环操作。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过特征提取模块从零部件的三维模型中提取装配信息，获取零部件之间的公差分析信息，并通过装配规划模块基于提取的装配规划信息建立装配规划模型，从而获取装配序列及装配路径，达到对不同尺寸零部件的最优化装配，避免再制造技术修复后的零部件与发动机原有部件之间的装配超差问题，提高装配的精确度。

2、本发明通过建立零部件转移磨损模型，从而预先估算零部件从仓库转移至装配车间的装配位置点的概率磨损数据，将该概率磨损数据输入公差分析信息中，在装配分析模块中，将零部件转移过程中可能形成的正常磨损当作已知数据，从而提高了零部件组合的精确度。

3、本发明通过装配修正模块将零部件的实际磨损数据与概率磨损数据进行比较，并将该零部件的磨损后的实际尺寸与该零配件的尺寸范围进行比较，若符合要求则可以直接进行装配，不符合要求才再根据磨损后的时间尺寸进行零部件的组合，因此相较于现有技术可缩小零部件的选择范围，从而减少重新组合的次数，提高装配效率，且通过对零配件二次检测，保证装配的精确性。

4、本发明通过装配修正模块与装配分析模块之间的双向反馈传输，对实际磨损超过概率磨损的零配件以及未装配零部件进行重新组合，并对重新组合的结果与初次组合的结果进行评价，选取评价结果较优的组合继续进行装配，实现多次反馈组合，提高了剩余零部件的使用率，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种发动机装配过程优化系统，包括：

装配特征提取模块：基于发动机三维模型提取发动机零部件的装配信息，装配信息包括装配规划信息和公差分析信息；

装配规划模块：基于装配特征提取模块提取的装配规划信息建立装配规划模型；装配规划包括装配序列规划及装配路径规划，装配规划模型采用的算法为蚁群算法；装配特征提取模块提取的特征信息包括零部件的工程属性信息、零部件的几何信息、位姿信息、装配约束信息、装配层次信息，对装配特征信息提取的步骤如下：

S1、载入产品的装配体模型；

S2、访问装配体模型中的所有特征，并将其存入特征数组；

S3、从特征数组中逐项获得特征的类型；

S4、判断特征类型是否为元件，若类型为元件，则进入S5,；若特征类型不为元件，则跳转至S3；

S5、获取该特征类型的所属元件；

S6、获取该元件的零部件属性信息、配合约束信息、位姿信息等信息；

S7、将相关信息保存到数据中；

S8、判断此元件是否为子装配体，如果是零件，则进入S9；如果是子装配体，则跳转S2，进行递归操作；

S9、判断特征数组是否获取完毕，若获取完毕，算法停止；若未完毕，则跳转至S3，继续循环操作。

零部件转移磨损模型建立模块：基于BP神经网络算法建立针对每一种零部件从仓库至装配车间的装配位置点的磨损模型，获取零部件转移过程中的概率磨损数据；

零部件转移磨损模型的建立基于每个装配工厂对零部件转移的具体操作情况，零部件转移磨损模型的输入量包括转移路况信息、转移工具信息、装卸工具信息、转移人员信息；转移路况信息可以报考转移路程、路面凹凸程度；转移工具信息主要体现在转移工具的震动情况、转移速度；装卸工具信息主要体现在装卸工具的震动情况、装卸速度、装卸过程中接触震动情况；转移人员信息主要体现在转移人员的熟练程度，越熟练的人员在操作工具的过程越稳定，零部件的磨损程度越轻。输入量不限于上述几种，可根据实际情况中添加或删除输入量。

零部件转移磨损模型的输出包括磨损结果、磨损类型、磨损量，当零部件存在磨损时，磨损结果值为1，否则磨损结果值为0，磨损类型包括尺寸磨损和形位磨损，在计算时，形位磨损转化为零部件模型的基准坐标系位置点的尺寸磨损，以便于计算；磨损量包括最大磨损量和最小磨损量。

零部件转移磨损模型训练数据是历史零部件在转移过程磨损数据，磨损数据为零部件入库时的检测数据与零部件在装配位置点装配前的磨损检测数据的比较值，并根据历史比较值获取最大磨损量及最小磨损量，零部件转移磨损模型根据不断更新的历史零部件磨损数据定时优化。

装配分析模块：基于装配特征提取模块提取的公差分析信息生成尺寸链，按照尺寸链及零部件入库时检测的实际尺寸及概率磨损数据组合多个封闭环，并筛选符合要求的封闭环并标记封闭环中零部件的尺寸范围及封闭环零部件集合；

公差分析信息包括产品基本信息、尺寸公差信息、装配模型配合关系信息；

产品基本信息包含编号、零部件名、尺寸类型、尺寸值、最大磨损量、最大磨损量、公差类型、上偏差、下偏差；尺寸磨损最大值和尺寸磨损最小值位于上偏差和下偏差之间，在选取样本对零部件转移磨损模型训练过程中，概率磨损数据中的最大磨损量和最小磨损量与该样本零部件在入库时检测的实际尺寸之和若超出该零部件上偏差与下偏差的范围，则判定该样本为非正常磨损，剔除该样本，不使用该样本对零部件转移磨损模型进行训练，所谓非正常磨损是该零部件在转移过程中产生明显的磨损，例如零部件摔到地上、发生撞击等，正常磨损是该零部件在转移过程很顺利，零部件的磨损仅仅为正常转移过程中的轻微磨损。

尺寸公差信息包含装配体零部件的标识、零部件名、公差值、模型的基准坐标系X坐标、模型的基准坐标系y坐标、模型的基准坐标系z坐标；

装配模型配合关系信息包含编号、装配部件名、主动件标识、被动件标识、主动件配合类型、被动件配合类型。

装配分析模块首先自动生成尺寸链，并标记尺寸链中各个组成环和封闭环的公差参数，然后进行装配分析；尺寸链自动生成方法为现有技术，本申请中不再赘述。

装配分析的过程如下：

步骤一、获取生成的尺寸链的各个组成环和封闭环的公差参数，获取每个组成环的零部件的所有入库实际尺寸；

步骤二、选取每个组成环的基准件，按照基准件以及其他零部件的入库实际尺寸、实际尺寸与最大磨损量之和、实际尺寸与最小磨损量之和三种尺寸数据，按照装配序列装配各个组成环及封闭环，对各个组成环及封闭环的误差进行测量，同时标记每个尺寸零部件后一装配序列零部件的尺寸范围，及满足上述尺寸范围的零部件编号，形成封闭环零部件集合；

步骤三、对比组合后的封闭环及各个组成环误差是否处于其对应的公差范围内，若否，则剔除该封闭环及各组成环的组合，并删除该封闭环零部件集合；若是，则保留该封闭环和各组成环的组合，并保留该封闭环零部件集合；

步骤四、按照现存零部件最大使用率进一步筛选封闭环，选取现存零部件的剩余量最少的封闭环，并保留该封闭环零部件集合；

步骤五、若存在现存某一零部件的实际尺寸不满足形成一个完整的封闭环，则反馈零部件补充信息；零件补充信息反馈至与优化系统连接的人机交互界面上；

步骤六、按照保留的封闭环零部件集合中的零部件编号选取零部件，将零部件转移至车间的装配位置点进行装配；装配前，对每一个零部件进行磨损检测，并将磨损数据与该零部件的产品基本信息关联后存储在数据库中，作为零部件转移磨损模型训练历史数据。

装配车间信息采集模块：对待装配零部件在装配前进行检测，获取实际磨损数据，将零部件装配前检测的磨损数据输入装配修正模块；

装配修正模块：根据装配分析模块中各个零部件的尺寸范围、零部件经过磨损检测后的实际尺寸进行比较，判断零部件磨损后实际尺寸是否位于该零部件的尺寸范围内，若是，则进行装配；若否，将该零部件磨损后实际的尺寸输入装配分析模块。

装配分析模块接收装配修正模块传输的零部件信息后，进行如下步骤：

步骤一、根据该零部件的编号定位到该零部件所属的组成环；

步骤二、获取该组成环的该部件后面所有序列，及该组成环后面所有组成环的所有装配序列的现存其余零部件；

步骤三、按照该零部件磨损后的实际尺寸，其余零部件的入库实际尺寸、实际尺寸与最大磨损量之和、实际尺寸与最小磨损量之和三种尺寸数据，按照装配序列装配重新装配各个组成环及封闭环；就是将按照装配序列将该零部件之后的装配序列以及其他按照全部装配序列将剩余零部件重新组合，满足尺寸链中每个组成环及封闭环的公差要求；

步骤五、按照装配分析过程三至步骤五进行；

步骤六、评价原先经过装配分析形成的封闭环，以及按照上述新形成的封闭环，若评价结果为原先的封闭环评价优于新形成的封闭环，则将剔除该零部件，重新选取满足该类型零部件尺寸范围的零部件，若没有可供选择的该类型零部件，则反馈零部件补充信息。

评价可按照如装配分析过程步骤四的条件进行评价，或者按照自定义的评价指标进行评价。