UG軟件的虛擬裝配模塊在教學實踐領域的應用研究

王志昆

(云南開放大學 光電工程學院，云南 昆明650500)

虛擬裝配就教育理論而言，實現了人的臨場化，參與者與虛擬環境是互相作用、互相影響的一個整體的兩個方面，它營造了“自主學習”的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息和環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。虛擬裝配實驗既可縮短訓練的時間，又可獲得直觀、真實的效果，還能對那些不可視的結構原理和不可重組的精密設備作仿真實訓，一方面培養學生操作的技能，另一方面培養學生自我訓練的意識和創新能力。

1 UG軟件的發展和應用

UG軟件是美國著名的三維產品開發軟件，由于具有強大的功能，已經逐漸成為當今世界最為流行的CAD/CAM/CAE軟件之一。從20世紀90年代進入中國，得到了越來越廣泛的應用。

UG軟件的虛擬裝配模塊是目前計算機領域的熱點之一，并被廣泛應用于各種研究領域，如工業仿真、航天、軍事、模具、教育等領域。虛擬裝配在各行各業中得到了廣泛的應用，并取得了巨大的社會效益和經濟效益。

2 準實物仿真的虛擬裝配構想

在UG中，虛擬裝配模塊不僅能夠將零部件快速組合，而且在裝配過程中，還可以參考其他部件進行部件的相關聯設計，并且可以對裝配模型進行間隙分析、重量性管理等操作內容。在裝配模型生成后，可以建立爆炸視圖，并且可以將其引入到裝配工程圖中。同時，在裝配工程圖中還可以自動生成裝配明細表，并且能夠對軸側圖進行局部的修改等。

采用虛擬裝配技術，學生可以直觀的看到零部件的裝配順序以及裝配關系，還可以自行設計模型，真正把他們設計出來的機械零件通過裝配來檢驗模型設計的合理性以及可行性。同時還可以解決在對大型、結構關系負責以及實驗條件有限的情況下進行裝配零部件。這種虛擬裝配與準實物仿真可以滿足大部分裝配類教學和訓練的要求，大大減少經費的投入，并可向網絡學校、虛擬教育延伸。

3 虛擬裝配在望遠鏡裝配的實現

3.1 虛擬裝配的優點

在UG中通常使用虛擬的裝配模式進行裝配，該裝配模式是利用部件間的相互鏈接關系來建立的，它具有裝配時所需要的內存空間少，裝配速度高，裝配可以自動更新，能定義裝配中部件之間的位置關系，只用一個幾何體數據備份。

3.2 望遠鏡裝配的方式

望遠鏡裝配是零部件之間創建聯系。裝配部件與零部件的關系可以是引用，也可以是復制。因此，裝配方式包括多零件裝配和虛擬裝配兩種方式。望遠鏡部件包括物鏡組、目鏡組、棱鏡組、金工等部件。這里主要以虛擬裝配望遠鏡的目鏡組為例，說明望遠鏡裝配的方式。

虛擬裝配方式是UG NX 6.0中文版采用的裝配方式，也是大多數CAD軟件所采用的裝配方式。虛擬裝配方式不需要生成實體模型的裝配文件，它只需引用各零部件模型，而引用是通過指針來完成的，也就是前面所說的組件對象。零部件更新時，裝配文件一起自動更新。采用虛擬裝配所需內存小、運行速度快、存儲數據小的優點。

3.3 虛擬裝配望遠鏡目鏡組的方法

虛擬裝配望遠鏡所采用的裝配方法是自底向上的裝配方法。自底向上裝配是指首先創建部件的幾何模型，再組合成子裝配，最后生成裝配部件。這種裝配方法是在零件級上對部件進行的改變會自動更新到裝配見中，下圖即是虛擬裝配望遠鏡目鏡組的裝配過程圖。

圖1 虛擬裝配望遠鏡目鏡組過程1

圖2 虛擬裝配望遠鏡目鏡組過程2

圖3 虛擬裝配望遠鏡目鏡組過程3

4 虛擬裝配在教學實踐環節的影響

教學改革的目標是實現教學現代化，提高教學效益和質量，全面提高學生素質。然而，教學現代化并非只是設備的現代化，它應包含更深刻的含義，包括：教學觀念的現代化、教學內容的現代化、教學手段的現代化。而教學實踐環節的教學手段的改革更是重中之重，所以探索虛擬現實技術應用于教學實踐環節中的作用是巨大的，也是深遠的。

［1］張云杰.UG NX6.0零件與裝配設計[M].清華大學出版社，2010，11.