面向STEP模型裝配特征自動提取的裝配信息模型構建

摘要：裝配信息建模是數字化裝配、智能化裝配的基礎，然而人工交互建模效率低下且易發生裝配特征識別和裝配特征配合的錯誤，難以滿足復雜機械系統的精確建模。基于三維裝配體模型隱含的裝配工藝信息，以STEP模型文件為輸入，研究了面向幾何信息的裝配特征自動提取與配合關系識別算法。進而針對裝配集成信息模型的構建，從裝配精度模型和裝配序列規劃角度提出了信息推理算法。最后基于開發的系統，通過裝配實例信息模型構建證明了所提算法的有效性。

關鍵詞：裝配信息建模；裝配特征自動提取；配合關系識別；裝配層次對象坐標系

中圖分類號：TP391

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.013

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Construction of Assembly Information Model Based on Assembly Feature

Automatic Extraction for STEP Models

JIA Kang1，2"TANG Jing1，2"REN Dongxu1，2"WANG Hao1，2

ZHAO Qiangqiang1，2"HONG Jun1，2*

1.Key Laboratory of Education Ministry for Modern Design amp; Rotor-Bearing System，

Xian Jiaotong University，Xian，710049

2.School of Mechanical Engineering，Xian Jiaotong University，Xian，710049

Abstract： Assembly information modeling was the foundation of digital assembly and intelligent assembly. However， the manual interactive modeling was inefficient and prone to errors in assembly feature recognition and assembly feature fitting， which was difficult to meet the precise modeling needs of complex mechanical systems. Based on the assembly process information implied by a 3D assembly model， this paper used STEP model files as inputs to study the algorithms for automatic extraction of assembly features and recognition of fitting relationships focused on geometric information. Furthermore， an information reasoning algorithm was proposed for constructing an integrated assembly information model from the perspectives of assembly accuracy modeling and assembly sequence planning. Finally， the effectiveness of the proposed algorithms was demonstrated through the construction of assembly instance information models based on the developed system.

Key words： assembly information modelling; assembly feature automatic extraction; pairing relationship distinguish; assembly hierarchical coordinate system

0"引言

裝配是機械產品制造的最后一環，裝配工藝的合理規劃與仿真驗證對裝配效率和裝配質量的提升與保障至關重要［1］。產品的裝配信息模型是進行裝配工藝規劃的基礎，直接服務于裝配序列規劃、裝配路徑規劃、裝配精度預測分析等工藝活動，也是產品裝配數字孿生建模的重要組成部分［2］。復雜機械產品組成零部件多、裝配層級與裝配信息模型復雜，依賴人工經驗構建裝配信息模型的操作周期長且易出錯［3］。基于模型定義的系統工程（MBSE）將產品的三維模型作為統一數據源，力圖打通涵蓋產品設計、制造與維護的全生命周期［4］。MBSE的具體實施過程主要包括制訂協議標準和必要的定制化開發，可實現各個階段工藝信息與三維模型的綁定、傳輸與使能，確保模型關聯信息的一致性［5］。實際上，產品的裝配數字模型隱含零件與裝配特征的隸屬關系、裝配特征之間的配合關系，包含完整的零件實體及其幾何表面的造型數據［6］。上述信息是裝配信息模型的基礎要素，可支持自底向上構建裝配單元、裝配零件、裝配特征和裝配關系等層級間及層級內部的幾何和工藝關聯關系［7］。與此同時，從軟件工程角度出發，對輕量級的裝配體模型隱含的工藝信息進行挖掘與推理［8］，如對裝配特征的自動識別有望實現裝配信息的自動建模，降低人工交互的工作量與難度，并使基于現有裝配工藝知識推進的裝配工藝建模與規劃智能化成為可能。

傳統軟件操作中，面向三維模型的裝配特征以人工識別為主。當前，對裝配特征的自動識別取得了一定進展，如基于B-rep模型并結合一定裝配邏輯關系自動識別裝配特征［9-10］、利用卷積神經網絡與傳統圖像處理算法快速識別裝配特征［11］、基于特征識別算法識別零件配合面并通過AR技術實現裝配面自動配合［12］。裝配特征自動識別需要大量裝配相關信息的支持，因此保證裝配信息數據的快速完備提取是基礎。由此可見，基于裝配體模型包含的幾何信息進行解析以提取裝配信息具有較強的可行性［13］。

STEP作為一種中間文件格式，可在多個CAD系統之間保持良好的數據傳遞性與數據描述的一致性。基于STEP文件描述實體對象幾何數據及其關聯的拓撲關系信息，將以描述設計信息為主的AP203協議作為目標文件格式輸入裝配體數字模型。盡管STEP模型文件包含零件裝配的約束關系，但此類裝配約束多基于人機交互定義的裝配約束關系，未必符合正確的裝配工藝，也不符合裝配工藝信息模型的表達規范，因此不提取這種裝配信息，而僅關注基本幾何造型信息提供的隱含裝配工藝信息的挖掘。在STEP模型的裝配信息自動提取上，劉凱等［14］設計信息提取類CExtractFileInfo來處理數據段中的字符串以獲取信息，使用NUBRS表示幾何圖形并根據指定配合關系計算變換矩陣，但通過變化零件位置逐步實現裝配。劉一宇等［15］利用STEP的Assembly對象模型逐一匹配兩個零件面集合的幾何位置，通過判斷匹配零件面的法向量來提取零件裝配特征，但提取特征的種類少。因此從STEP模型開展裝配信息的自動提取需要確定具體特征的識別方法與特征間配合關系的判斷準則。

為提高復雜機械產品裝配工藝規劃的數字化與智能化水平并開發使能軟件工具，本文從裝配體數字模型的裝配特征識別入手，探索裝配體集成信息模型的構建。本文以STEP （AP203）裝配體模型文件為輸入，首先研究面向幾何信息的裝配特征自動提取與配合關系識別算法，給出詳細的平面裝配特征與圓柱面裝配特征識別流程，進而面向裝配集成信息模型的構建，從裝配精度模型和裝配序列規劃角度進行信息推理，并給出裝配對象間關聯信息矩陣的完備推理。最后通過裝配示例信息模型構建證明了本文算法的有效性。

1"面向裝配體STEP模型的裝配特征及其配合關系提取

裝配體零件之間的安裝與定位主要由存在配合關系的表面決定，因此將零件間存在配合關系的幾何表面指定為零件的裝配特征。裝配特征作為零件實體的幾何表面要素，與實體的隸屬關系對應裝配特征與零件的隸屬關系，零件幾何類型及空間相對位姿對應裝配特征之間的配合類型與關系。由此，可基于裝配體STEP模型對全體零件的幾何表面進行裝配特征的識別與提取。此外，考慮到絕大多數裝配特征為平面和圓柱面，本文僅針對這兩類幾何要素進行裝配特征提取及其配合關系的判定。

1.1"面向裝配特征提取的STEP模型信息預處理

STEP文件以B-rep模式對幾何實體進行點、邊、環、面、體、殼的拓撲關系與實體數據元素的描述，根據EXPRESS語言規范，依據拓撲關系對應的實體數據進行逐級提取，實現幾何構建。STEP模型文件的提取可借助Open Cascade（OCC）等具備模型輸入輸出和數據標準交換功能的平臺或控件實現。

基于裝配體STEP模型的裝配特征及其配合關系的提取中，通過對識別出的幾何要素的類型、幾何結構參數和空間姿態進行配合關系判定，是裝配特征構建的關鍵。為此，對裝配體STEP模型的幾何要素提取做如下要求：①以各零件包含的幾何表面為基本元素，對其幾何屬性即平面、圓柱面、圓錐面、球面、其他自由表面等進行標記，以便于組織與識別面向裝配特征的數據；②將所有幾何表面統一到全局坐標系中表達，以便于裝配特征空間配合關系的判定，以及后續裝配體精度信息模型的自動構建。基于此，設計兩級鏈表List〈List〈幾何表面〉〉 STEPMdoel對裝配體STEP模型進行幾何表面的提取與存儲，其中，鏈表的第一級對應裝配體中的全體零件實體，第二級存儲對應零件實體的所有幾何表面元素。設計兩類幾何表面提取時的存儲信息，如下所示：

1）圓柱面。標志類型C；軸線矢量A；軸向的起點坐標Ps和終點坐標Pe，半徑R。

2）平面。標志類型F；平面原點坐標O；平面外法線矢量N；構成平面的三角形面片信息列表List〈Triangle〉。

實際零件實體造型幾何的復雜性可能導致一個圓柱特征被分解為若干個局部/不完整圓柱面。為避免這些不完整圓柱特征的重復識別導致的裝配信息建模錯誤，按照下述規則對其進行合并：同一零件包含的圓柱面若同時滿足軸線平行、軸線重合、軸向范圍重合的條件，則認為不完整圓柱特征重復識別。

綜上所示，按照圖1所示流程，在提取裝配體全部幾何面片的基礎上對每一零件內所有圓柱面進行遍歷。若2個圓柱面滿足合并規則，則將圓柱面軸向起點和終點更新為所有圓柱面軸向的最小起點和最大終點，同時刪除重復的圓柱面。

1.2"裝配特征配合關系識別

不同零件的平面與平面和圓柱面與圓柱面的配合關系的準確判定是識別零件裝配特征、構建裝配關系的關鍵。本文依據平面和圓柱面在STEP模型文件預處理中提取的數據結構，通過裝配特征在全局坐標系中的相對空間位姿，進行配合關系的快速準確判定。

1.2.1"平面裝配特征配合關系的判定

兩平面若具有配合關系，則存在圖2所示的局部重合區域，即同時滿足兩平面重合、兩平面有區域交集的條件。從空間矢量計算模型出發，綜合排除條件的優先級與計算代價。判定兩平面是否存在配合關系組織的3個順序條件如下：①兩平面的法向量N1和N2平行即（N1×N2）·（N1×N2）≤E，其中，E為接近為0的正小值，用于防止浮點漂移；②平面1的原點O1在平面2上，即|（O2- O1）·N1|≤E；③平面1和平面2具有重合區域。若上述3個條件中的任意一個條件不滿足，則兩平面不滿足配合關系。為保證本文算法對具有復雜邊界平面的通用性，將每個平面區域轉換為一系列三角面片的集合，因此，兩平面是否具有重合區域可等效為判定兩面包含的三角形面片是否存在重合關系，即一個平面的三角形頂點在另一平面包含的三角形內，則重合關系可采用質心坐標計算方法判定。

1.2.2"圓柱面裝配特征配合關系判定

若兩圓柱面發生配合關系，則滿足半徑相等、軸線重合的條件，如圖3所示。綜合考慮排除條件的優先級和空間向量的計算代價，判定兩圓柱面是否存在配合關系組織的4個順序條件如下：①兩圓柱面的半徑R1、R2相等即| R1- R2|≤E；②兩圓柱面的軸線方向向量A1、A2平行即（A1×A2）·（A1×A2）≤E；③圓柱面2的起點O2與圓柱面1的軸向距離為0，即（O2-O1）·（O2-O1）- （（O2- O1）·A1）2≤E；④兩圓柱面沿軸線的投影區間交集不為空。具體采用空間矢量投影進行判斷：

1）將圓柱面1、圓柱面2的起始端點Ps1、Ps2和終止端點Pe1、Pe2，統一向以Ps1為起點的圓柱面1的軸向矢量A1投影，得到投影長度tx，i=（Px，i-Ps1）·A1，其中，i=1，2；x=s，e。

2）若投影長度滿足（ts，2lt;ts，1∩te，2lt;ts，1）或（ts，2gt;te，1∩te，2gt;te，1），則兩圓柱面在軸向無交集，否則兩圓柱面在軸向存在交集。若上述4個條件中的任意1個條件不滿足，則直接判定兩圓柱面不存在配合關系。

1.3"基于STEP模型的裝配體全體裝配特征識別與配合關系的構建

在裝配體內，將不同零件之間發生配合關系的幾何面作為零件實體的裝配特征。基于此，為識別裝配體中全部零件之間的裝配特征并構建裝配特征配合關系，需在裝配STEP模型預處理的基礎上對零件間全部面片的任意兩個面片進行配合關系判定，并存儲識別出的裝配特征與配合關系。為此，需在設計合適的數據結構保證準確構建裝配特征與配合關系的同時，組織合理的計算流程，提高海量幾何面片之間配合關系的識別效率。

每個零件包含若干裝配特征，每個裝配特征僅對應一個幾何表面。實際裝配中，一個裝配特征可能與多個裝配特征存在配合關系。為避免基于配合關系的裝配特征識別引發裝配特征的重復生成，對每個已生成的裝配特征采用其在父零件中的面片索引進行唯一性標記。由于每個零件的裝配特征在識別過程中逐漸添加，同時需對重復識別的裝配特征進行篩選，因此采用鏈表結構對每個零件識別出的裝配特征進行存儲。設計1個二級鏈表List〈List〈int〉〉asm_feature存儲全體裝配特征，其中，第一級對應全部零件，第二層對應每個零件識別出的全部裝配特征；采用鏈表List〈int，int〉asm_feature_pair存儲識別出配合關系的2個裝配特征ID。

由于裝配體實體的全體零件含大量面片，為提高全體幾何面之間配合關系的判定效率，需充分利用零件、面片等的相對空間位姿關系進行優先排除，并合理組織各層級對象之間的遍歷順序與裝配特征重復性篩選。如圖4所示，在遍歷組織零件的基礎上，通過零件軸對齊碰撞箱（axis-aligned bounding box，AABB）判定零件是否存在相交，若無，則退出重復性篩選，否則進入下一層的平面兩兩判定；對2個零件的幾何面進行兩兩遍歷，并依據幾何面類型進行平面-平面或圓柱面-圓柱面配合關系的判定，若存在配合關系，則檢查兩幾何面是否都已在各自父零件的裝配特征內，若在，則添加裝配特征，進而存儲該裝配關系。

2"基于裝配特征識別的裝配信息模型構建

裝配體通常劃分為三個層級：裝配單元、零件、裝配特征。裝配體的集成信息模型主要描述各層級對象之間的空間位姿關系及關聯工藝屬性信息，用于裝配體的精度建模分析和裝配序列與裝配路徑規劃。依據基于裝配體STEP模型文件識別出的裝配特征對應的空間幾何信息及裝配特征之間的配合關系，可設計合理的計算規則，推理不同層級裝配對象的空間位姿傳遞關系及其鄰接、定位等信息，由此實現裝配體信息模型的構建。

2.1"面向多裝配層級的裝配精度坐標系系統構建

面向裝配體包含的三層對象，基于各層級對象之間的隸屬關系，對各級對象之間進行適當的空間坐標變換、組織構建及維護是裝配精度建模與分析的基礎，如圖5所示。定位誤差、零件的形狀誤差和位置誤差是裝配誤差的主要來源。裝配誤差通過零件裝配結合面的裝配特征進行傳播。當前的裝配精度建模與分析方法如雅可比-SDT等都以裝配特征為基礎元素展開。因此，設計簡潔、準確的坐標系傳遞模型是確保裝配特征與上層對象之間空間坐標變換精度的關鍵，對裝配精度建模和裝配誤差傳遞至關重要。

針對具有3個裝配層級對象的共性隸屬關系，設計裝配對象Object，以同時表達裝配層次關系樹型結構與各級對象之間的坐標變換：

Object：

Int ID;

List lt;Objectgt;SonObject;

Mat4x4_Object2Root;

Mat4x4_Object2Father;

其中，SonObject存儲裝配單元-零件-裝配特征之間自頂向下的樹結構；Mat4x4_Object2Root、Mat4x4_Object2Father為當前裝配對象坐標系相對于裝配樹根坐標系和父對象坐標系的齊次坐標變換矩陣（4階方陣）。

基于設計的裝配對象模型，依據識別的裝配特征按照如下操作完成裝配體信息模型的實例化構建：①將裝配體添加為根對象；②將每個零件添加到裝配體根對象的子對象SonObject中；③將裝配特征作為零件的子對象添加到對應的零件SonObject中；④每個裝配對象的Mat4x4_Object2Root由其在STEP模型的幾何數據（零件坐標系和裝配特征坐標系在全局坐標系中的位姿）確定；⑤每個裝配對象相對于父對象坐標系的齊次坐標變換矩陣Mat4x4_Object2Father=（Father.Mat4x4_Object2Root）-1 × Mat4x4_Object2Root。

實際的裝配工藝建模中，通常通過劃分裝配單元組織裝配工藝。在人機交互指定裝配單元全局坐標系及其包含子對象的基礎上，依次進行如下操作完成裝配單元對象的構建：①定義裝配單元A，并將該裝配單元加入到A的父對象的子節點列表SonObject中，同時將A的Mat4x4_Object2Father更新為 （Father.Mat4x4_Object2Root）-1×Mat4x4_Object2Root；②將選中的子對象從其原始父對象的SonObject中刪除，并添加到裝配單元A的SonObject中，進而將子對象的Mat4x4_Object2Father更新為（A.Mat4x4_Object2Root）-1 × Mat4x4_Object2Root。

裝配誤差計算和裝配動畫仿真常需要對裝配結構樹進行自頂向下的遍歷更新。這可借助裝配對象之間的變換矩陣實現，即按照自頂向下的模式更新全體裝配對象相對全局坐標系的空間位姿。每個對象的全局坐標系變換矩陣Mat4x4_Object2Root=（Father.Mat4x4_Object2Root）×Mat4x4_Object2Father。

基于構建出的多層級裝配對象坐標系變換模型，結合裝配特征的形位誤差表達模型如小位移旋量（SDT），即可對裝配體完成基本的裝配精度建模與分析優化。

2.2"裝配工藝信息模型構建

裝配體各層級裝配對象之間的關聯屬性信息主要通過鄰接、定位、干涉矩陣等表達。裝配特征作為裝配體的最基本元素，依據裝配特征配合關系與空間定位方向，可自底向上進行上述信息矩陣（L，P，I）的推理構建。

2.2.1"鄰接矩陣推理

鄰接矩陣（Mat_Liasion）表達裝配對象（零件、裝配單元）之間是否存在接觸關系，即是否存在配合的裝配特征。依據面向裝配體STEP模型文件識別出的裝配特征，對具有配合關系的裝配特征對，將裝配特征對應的父零件的關系設置為鄰接關系：

for i=1 to num

fea1， fea2 = asm_feature_pair（i）;

part1=fea1.father， part2=fea2.father;

Mat_Liasion（part1，part2）=1;

end

實際的裝配工藝設計中，若干零件通常被組織成裝配單元的形式。這時的裝配鄰接矩陣構件中，裝配單元作為一個元素，對應的鄰接矩陣元素為其包含零件的鄰接狀態的“析取”，即任意一個零件與某個對象存在鄰接關系時，該裝配單元與該對象存在鄰接關系。

2.2.2"定位矩陣推理

定位矩陣 （Mat_Position） 表達了存在鄰接關系的裝配對象在空間自由度方向上的定位約束關系。在全局坐標系中描述定位矩陣，并約定矩陣元素Mat_Position（i，j，k）表示零件i對零件j在自由度k（沿X、Y、Z軸的移動和繞X、Y、Z軸的旋轉）的定位關系。

裝配特征作為零件之間裝配連接的使能要素，裝配特征空間位姿直接對零件作用相應的自由度定位。針對通用的平面和圓柱面裝配特征配合有：①平面裝配特征約束平面沿外法線的移動自由度和軸線垂直于外法線的2個旋轉自由度；②圓柱裝配特征約束垂直于軸線的2個移動自由度和1個旋轉自由度。因此，基于STEP模型提取的裝配特征幾何要素（外法線向量、軸線向量）在全局坐標系中的向量，依據平面配合、圓柱配合的空間自由度定位規則，按照表1即可得到該配合關系中2個裝配特征對其父零件形成的約束自由度元素。

2個鄰接零件往往存在多個配合關系，因此，零件之間的定位約束關系是所有配合關系構成的定位自由度集合。基于此，遍歷裝配特征對asm_feature_pair的全體配合關系，依據裝配特征推理出約束自由度元素集合并將其以并集的形式添加到矩陣Mat_Position相應的零件對元素中，即可構建出裝配體中具有鄰接關系的全部零件對的定位約束矩陣。在此基礎上，進行裝配單元對象的定位矩陣元素構建。該裝配對象與其他裝配對象的定位矩陣元素是裝配單元包含的全體子對象與對應裝配對象定位元素的合集。

2.2.3"干涉矩陣推理

干涉矩陣（Mat_Interference）表達的是在全局坐標系中±X/Y/Z六個方向上，裝配對象兩兩之間移動出裝配體包絡空間的過程中是否存在干涉。約定矩陣元素Mat_Interference（i，j，k）表示零件i在k方向運動時與零件j之間的干涉關系。為充分利用裝配特征之間的配合關系對零件在空間運動方向的約束信息，借助鄰接矩陣和定位矩陣的信息，構建干涉矩陣針對鄰接和非鄰接零件對的判斷方法：①鄰接零件對（i，j）運動自由度元素的定位與干涉等價，即運動方向如存在定位關系則該方向存在干涉，反之則無干涉；②對于非鄰接零件對，在面向逃離裝配體包圍空間的方向，對每個零件沿6個運動方向移出裝配體包絡空間的運動路徑進行離散掃掠表達，通過零件幾何模型的碰撞檢測來判定兩個零件是否干涉，進而確定干涉矩陣的對應元素［16］。

裝配單元對象與其他裝配對象的干涉矩陣元素是該裝配單元的子裝配對象與對應裝配對象干涉矩陣元素的并集，即：若裝配單元任一子裝配對象與該裝配對象沿某一方向存在運動干涉，則裝配單元與該裝配對象在該方向存在運動干涉。

3"系統開發與驗證

基于本文提出的基于裝配體STEP模型文件的裝配特征識別與裝配信息模型構建算法，采用C# （Visual studio 2017 ）開發了裝配信息建模系統，其中，STEP模型的導入解析和渲染采用eyeshot控件實現。為驗證本文算法和裝配信息建模的有效性，針對圖6所示的蝸輪蝸桿減速器進行裝配信息建模。

首先，在SolidWorks 2016中將該模型保存為STEP（AP203）格式并作為裝配體模型并輸入系統，然后進行STEP裝配體模型的零件實體提取和裝配特征，以及特征間配合關系的自動識別。該裝配體包含的15個零件及識別出的50個裝配特征ID見圖6，其中，PL表示平面裝配特征，CY表示圓柱裝配特征，括號內的數字為裝配特征的序號。裝配特征與零件的隸屬關系、裝配特征之間的配合拓撲關系如圖7所示。

為驗證本文算法對于裝配特征及其配合關系識別的有效性，對比測試本系統與商用軟件Unigraphics NX。本系統模型層級關系的提取結果和NX軟件一致，所提取的裝配特征數與NX軟件相同（均為50）且配合關系一致。相較于NX軟件，本系統還支持零件定位關系推理，在面向裝配工藝規劃的幾何信息推理方面具有更全面的功能。

基于識別出的裝配特征及其配合關系，首先推理構建出零件的鄰接矩陣，如圖8a所示；然后對具有鄰接關系的全部零件構建定位矩陣，如圖8b所示，其中，“1/-1”表示在該自由度方向上零件對〈i，j〉和〈j，i〉的定位關系，其中，1表示i對j存在定位，-1表示j對i存在定位。

將蝸桿軸及其關聯的軸承、油封和端蓋等零件作為一個裝配單元對象。該裝配單元具有配合關系的裝配特征，并形成一個沿蝸桿軸軸向的尺寸鏈，如圖9所示。實際工程中，通過零件號將現場實測尺寸與尺寸鏈模型關聯，實現尺寸鏈的計算與調整。在精度建模上，由于STEP零件幾何實體在裝配特征識別時已得到各級裝配對象坐標系之間的齊次坐標變換矩陣，因此所有裝配特征坐標系到全局坐標系的變換矩陣已知，即可基于雅可比-SDT進行裝配精度建模與誤差傳遞計算。根據該方法可對重要的平面與柱面特征進行表面接觸測量，并將實測的表面點云等數據引入、轉換為膚面模型，計算在裝配過程中傳遞的裝配誤差。由此可見，本文方法可支持裝配精度的建模與計算。

4"結論

1）設計了基于三維空間面片配合與圓柱面配合關系判定的裝配特征自動識別算法。以具有空間配合關系的幾何特征為裝配特征，實現了裝配體各零件的裝配特征自動識別，以及零件之間具有配合關系的裝配特征對的自動構建。

2）基于具有配合關系的裝配特征和父零件的隸屬關系，構建了零件鄰接矩陣，基于裝配特征空間位姿進行自由度的約束，以實現零件之間定位矩陣的自動構建。

3）對裝配體模型進行逐層實體模型解析和裝配特征識別的過程中，基于幾何實體的空間位姿構建零件坐標系和裝配特征坐標系相對全局坐標系的齊次坐標變換矩陣，同時在精度建模上支持雅可比-SDT等裝配精度分析方法。

4）基于自動裝配特征與配合關系識別的算法能有效減少人機交互操作，提高裝配信息建模的效率和準確率，為裝配信息建模提供信息基礎。

參考文獻：

［1］"劉檢華， 孫清超， 程暉， 等. 產品裝配技術的研究現狀、技術內涵及發展趨勢［J］. 機械工程學報， 2018， 54（11）：2-28.

LIU Jianhua， SUN Qingchao， CHENG Hui， et al. The State-of-the-Art， Connotation and Developing Trends of the Products Assembly Technology［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2018， 54（11）：2-28.

［2］"易揚， 劉曉軍， 馮錦丹， 等. 面向數字孿生的產品表面模型表達與生成方法［J］. 計算機集成制造系統， 2019， 25（6）：1454-1462.

YI Yang， LIU Xiaojun， FENG Jindan， et al. Representation and Generation Method of Digital Twin-oriented Product Skin Model［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2019， 25（6）：1454-1462.

［3］"易揚， 馮錦丹， 劉金山， 等. 復雜產品數字孿生裝配模型表達與精度預測［J］. 計算機集成制造系統， 2021， 27（2）：617-630.

YI Yang， FENG Jindan， LIU Jinshan， et al. Model Expression and Accuracy Prediction Method of Digital Twin-based Assembly for Complex Products［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2021， 27（2）：617-630.

［4］"靳江艷， 黃翔， 劉希平， 等. 基于模型定義的飛機裝配工藝信息建模［J］. 中國機械工程， 2014， 25（5）：569-576.

JIN Jiangyan， HUANG Xiang， LIU Xiping， et al. Model-based Definition Assembly Process Information Modeling for Aircrafts［J］. China Mechanical Engineering， 2014， 25（5）：569-576.

［5］"LINDQVIST R P， STRAND D， NILSSON M， et al. 3D Model-based Large-volume Metrology Supporting Smart Manufacturing and Digital Twin Concepts［J］. Metrology， 2023， 3（1）：29-64.

［6］"孫惠斌，顏建興，魏小紅，等. 數字孿生驅動航空發動機裝配技術［J］. 中國機械工程，2020，31（7）：833-841.

SUN Huibin， YAN Jianxing， WEI Xiaohong， et al. Digital Twin-driven Aero-engine Assembly Technology［J］. China Mechanical Engineering， 2020， 31（7）：833-841.

［7］"韓周鵬， 周子涵， 田晨愷， 等. 面向設計重用的復雜機械三維CAD裝配模型關鍵功能零件識別方法［J］. 制造業自動化， 2022， 44（10）：62-67.HAN Zhoupeng， ZHOU Zihan， TIAN Chenkai， et al. Identifying for Key Function Parts in Complex Mechanical 3D CAD Assembly Model for Design Reuse［J］. Manufacturing Automation， 2022， 44（10）：62-67.

［8］"軒左晨， 李智， 周丹晨. 交互式MBD模型工藝審查方法研究［J］. 現代制造工程， 2021（8）：70-76.

XUAN Zuochen， LI Zhi， ZHOU Danchen. Study on Manufacturability Evaluation of MBD Model Based on Interactive Method［J］. Modern Manufacturing Engineering， 2021（8）：70-76.

［9］"SUNG R C W， CORNEY J R， CLARK D E R. Automatic Assembly Feature Recognition and Disassembly Sequence Generation［J］. Journal of Computing and Information Science in Engineering， 2001， 1（4）：291-299.

［10］"KAISER B， REICHLE A， VERL A. Model-based Automatic Generation of Digital Twin Models for the Simulation of Reconfigurable Manufacturing Systems for Timber Construction［J］. Procedia CIRP， 2022， 107：387-392.

［11］"陳建強， 秦娜. 基于卷積神經網絡的焊接裝配特征識別研究［J］. 計算機科學， 2020， 47（S2）：215-218.

CHEN Jianqiang， QIN Na. Recognition Algorithm of Welding Assembly Characteristics Based on Convolutional Neural Network［J］. Computer Science， 2020， 47（S2）：215-218.

［12］"趙迪， 徐臻， 胡立宏， 等. 基于特征識別的AR智能配合裝配研究［J］. 機械設計與制造， 2022， 380（10）：134-138.

ZHAO Di， XU Zhen， HU Lihong， et al. Research on AR Intelligent Matching Assembly Based on Feature Recognition［J］. Machinery Design amp; Manufacture， 2022， 380（10）：134-138.

［13］"韓周鵬， 劉永， 巴黎， 等. 基于復雜網絡的三維CAD裝配模型模塊單元發掘［J］. 中國機械工程， 2022， 33（6）：690-697.

HAN Zhoupeng， LIU Yong， BA Li， et al. Discovery of Modular Units for Complex Three-dimension CAD Assembly Model Based on Complex Network［J］. China Mechanical Engineering， 2022， 33（6）：690-697.

［14］"劉凱， 趙新燦， 譚同德. 基于STEP和OSG的虛擬裝配系統［J］. 計算機工程與設計， 2013， 34（1）：262-267.

LIU Kai， ZHAO Xincan， TAN Tongde. Virtual Assembly System Based STEP and OSG［J］. Computer Engineering and Design， 2013， 34（1）：262-267.

［15］"劉一宇， 羅意平， 張曉峰. 基于STEP裝配特征的BOM信息提取和多視圖映射［J］. 微計算機信息， 2010， 26（13）：141-143.

LIU Yiyu， LUO Yiping， ZHANG Xiaofeng. BOM Information Auto-generate Based on STEP Assembly Feature and BOM Multi-view Mapping［J］. Science and Technology amp; Innovation， 2010， 26（13）：141-143.

（編輯"張"洋）

作者簡介：

賈"康，男，1987年生，副研究員、碩士研究生導師。研究方向為復雜機械裝備精密裝配的技術與軟件系統開發。發表論文26篇。E-mail：jiakang@xjtu.edu.cn。

洪"軍*（通信作者），男，1968年生，教授、博士研究生導師。研究方向為數字化設計、制造與裝配、精密電主軸技術。發表論文577篇。E-mail：jhong@mail.xjtu.edu.cn。

本文引用格式：

賈康，唐竟，任東旭，等.面向STEP模型裝配特征自動提取的裝配信息模型構建［J］. 中國機械工程，2025，36（1）：123-132.

JIA Kang， TANG Jing， REN Dongxu， et al. Construction of Assembly Information Model Based on Assembly Features Automatic Extraction for STEP Models［J］. China Mechanical Engineering， 2025， 36（1）：123-132.

收稿日期：2023-09-19

基金項目：特種車輛及其傳動系統智能制造國家重點實驗室開放基金（GZ2022KF013）