基于虛擬裝配工藝模型裝配工序交叉探究

摘 要:虛擬裝配是近幾年研究的熱點問題，是虛擬制造技術的主要研究方向，研究它有極其重要的意義。它建立了一個全方位的虛擬環境，運用一些技術如計算機建模和仿真技術、計算機輔助設計等技術，它以產品設計為出發點，這樣設計師可以在我們虛擬的環境中進行產品的各種設計以及檢測和評估產品的各項性能是否符合裝配并最終建立合理的方案。

關鍵詞:虛擬裝配技術 裝備規劃優化 零部件

中圖分類號:TP391文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(a)-0090-01

近幾十年中在虛擬制造技術中興起了一個新的研究方向，是關于如何進行虛擬裝配，它以產品裝配為基礎，目標是盡量增加產品的全生命周期和它有關聯全過程中設計的質量。產品設計允許在虛擬的環境中進行，包括對各種產品的設計、裝配操作與規劃、檢測與評估產品的裝配質量，以及設計恰當的裝配方法，要實現這些功能，我們必須借助各種輔助技術，如計算機建模和仿真技術、虛擬現實技術以及信息技術等，這樣就可以建立一個與真實環境相差不大的虛擬環境。國際上虛擬裝配技術雖有了很大的突破，但我們可以看出，這項技術無論是在理論還是方法上都有待提高，很多研究或者取得成功的成果都處于試驗和調試階段，離大規模應用還有很長一段路要走，但我們可以肯定虛擬裝配的應用前景很廣闊。

1 虛擬裝配的核心技術

虛擬裝配的核心技術主要包括以下幾個方面:如何優化與規劃裝配序列、如何規劃路徑、合理性的評價和裝配的誤差分析以及零部件建模等。以上這些技術必須首先解決，它們是開發虛擬裝配大規模應用的基礎。

1.1 零部件建模

由于各種系統在開發過程中有所不同，在對虛擬裝配模型建立中所用的方法也有很大的差異。由于當前關于虛擬現實軟件建模技術的限制，在虛擬裝配零部件模型建立過程中最主要用的還是CAD系統。下面來介紹兩種主要的模型:CAD模型和轉換的CAD模型。第一種模型有以下幾個優點:其一虛擬裝配應用系統源于CAD系統的開發應用，因為它可以直接運用于CAD系統功能部件的CAD模型。其二如果運用CAD模型配套的虛擬裝配系統比較容易完成，諸如零部件以及裝配體的建模、裝配仿真就允許在同一個系統下運行，對于操作來說方便了很多，但同時也會帶來一定的不足如仿真的真實性就會受到影響，所以該模型用于產品的設計階段。第二種模型是轉換的CAD模型，該模型必須把CAD零部件模型和與之相關的信息轉換以后再輸入預訂的虛擬環境中，再進行后續的工作，它主要是運用虛擬的現實軟件來研發虛擬的裝配系統。

1.2 拆卸/裝配規劃技術

工程師們在虛擬的裝配環境中進行一些必要的操作，主要有以下內容，首先對產品的三維模型進行交互地試裝/拆卸，記錄數據與檢查裝配/拆卸的途徑，檢驗裝配、拆卸的方法，最后我們可以得到一個比較恰當的裝配方案。在我們虛擬的裝配環境下，如何實現工藝品的檢驗與規劃、修補等主要是通過VADE在約束下相互碰撞檢查與交互運動仿真來實現的。

1.3 裝配規劃優化技術

我們如何實現對裝配規劃的優化，主要是通過在事先假定的虛擬裝配環境里，由仿真來對預定的裝配規劃進行一次檢驗，這還要運用特殊算法對裝配順序進行搜索，經過確量化指標評價。一些知名大學已經在VPASPE虛擬原型的基礎上對裝配順序評價，而且利用一些特殊的算法來優化裝配順序。

2 如何實現虛擬裝配工序交叉功能

2.1 分析虛擬裝配過程

虛擬裝配包括產品虛擬裝配過程和實現與用戶的交互性。例如可以通過各種按鈕等來實現，通過許多的檢測器來完成與用戶的交互性，運用這些檢測器節點讓瀏覽器知道用戶要完成的全部操作。接下來我們舉一個例子來說明，對于VRML流程，在VRML處理機制中主要是由路由(Route語句)完成對數據的傳輸，Route語句是一種語法結構，它在各個節點間建立全部事件的通路。每當我們按按鈕時，就會觸動關于接觸的傳感器，接著是腳本定義和路由，時間傳感器用來接收觸發時間，最后零件的兩個節點位置插補器節點與方位插補器節點是由程序進行定義的。我們定義了n個關鍵點和關鍵值在插補器節點中，并通過控制節點域中的關鍵點來控制零件運行順序，因為它給零件規定了運動總時間，節點域中的關鍵值規定了在任一時刻零件運行的位置;對于一些比較復雜的運動如變速度運動等運用插補器節點是無法完成的，由于變速度運動零件的軌跡是變化的是非線性的，對插補器而言其節點只可完成線性插值。一些線性的可以由VRML瀏覽器根據插補器節點運用線性插值的方式完成整個裝配過程。對于一些很復雜的運動可以對該節點運用Java與JavaScript來實現。在虛擬場景中完成繁雜動作時主要由腳本節點(Script)來完成程序的編譯寫與調用。

2.2 分析虛擬裝配的方法

本文主要是討論虛擬裝配這一技術在機械裝配中的運用，所以必須采用的裝配工序是自上而下。主要分為兩個步驟:一是骨架模型的設計，二是部件的設計。子裝配配有一個骨架模型，這個模型主要用來確定各個部件之間的相互關系模型以及裝配的空間位置。裝配設計的核心主要是是骨架模型，它包括與裝配相關的各種設計參數，而一些參數會被各個部件所引用，把設計師的目的融入到整個裝配結構中去。對于部件設計，我們獲得了必須的設計信息之后，下一步就是如何進行部件設計。部件設計又可分為兩種方法，其一是直接在裝配中完成，其二是當部件造型完成后再進行裝配。建立各個零件之間的關系也就是零件結構、裝配結構與裝配模型的約束，這樣在零件設計完成以后會自動繼承裝配關系。

2.3 分析虛擬裝配順序優化

在裝配過程中生成的裝配順序不是唯一確定的，就比如幾個小零件也有很多的裝配順序，我們需要從中選擇一個最符合實際的裝配順序。這就要求我們綜合各方面的因素對裝配順序進行評估，根據系統本身的特點選出最合理最穩定的裝配順序。當一個子裝配體穩定時，可以減少裝配順序數和夾具的使用以及縮小裝配順序的可行解空間，當然降低裝配成本是最重要的。從上可知在裝配過程中，通過對子裝配體穩定性可以判別裝配順序是不是合理。

3 結語

在全球科學技術迅猛發展的今天，各國市場的競爭非常激烈，在這樣的大環境中我們必須加快產品研發速度，把多樣化自主研發的產品推向國際市場，這是我們得以生存的有力保證。這篇文章主要對虛擬裝配順序優化，虛擬裝配方法，虛擬裝配的核心技術。我想這對提高虛擬技術在機械裝配中的應用有一定的作用。

參考文獻

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[2] 盛曉敏，鄧朝暉，等.先進制造技術[M].北京:機械工業出版社，2000.