試論虛擬裝配關鍵技術及其發展

李鵬宇（中車長春軌道客車股份有限公司客車制造中心，長春 130000）

試論虛擬裝配關鍵技術及其發展

李鵬宇
（中車長春軌道客車股份有限公司客車制造中心，長春 130000）

結合軌道客車裝配工作需要，介紹了虛擬裝配關鍵技術的目標、體系結構和關鍵技術。實際應用表明，虛擬裝配技術滿足具體工作需要，實際應用中取得良好效果。隨著技術創新發展，虛擬裝配技術的虛擬化程度進一步提高，實現標準化、集成化、工具化、智能化，并面向網絡協調發展。

虛擬裝配技術；體系結構；標準化；集成化

0　引言

產品裝配是軌道客車設計和制造的關鍵環節，通過采取合理的工藝技術措施，科學安排裝配順序、路徑、工藝方法、所用的工具和夾具等。不僅有利于順利完成裝配任務，還能促進軌道客車制造水平提升。隨著技術的創新與發展，為提高人們的產品裝配工作水平，虛擬裝配技術出現并得到越來越廣泛的應用，在軌道客車裝配過程中發展著十分重要的作用。本文將結合軌道客車裝配工作需要，就虛擬裝配的關鍵技術進行探討分析，并對其發展趨勢進行展望，希望能為類似工作開展提供啟示。

1　虛擬裝配關鍵技術

虛擬裝配技術是許多先進科學領域知識的集成與應用，它以數字化建模技術，計算機仿真技術，分析優化技術為基礎，以CATIA、Pro/E代表的商用CAD系統中的產品裝配建模過程為典型代表，結合其他虛擬現實開發平臺，適用于產品裝配過程模擬、裝配訓練操作。在軌道客車產品裝配中，通過虛擬技術的應用，能實現裝配過程仿真，并對裝配場景進行創建和管理，模擬整個檢測、演示和編輯裝配的全過程，進而促進軌道客車零部件裝配水平提高。同時，場景創建與管理、虛擬設備接入與管理等工作流程，都依賴于各虛擬現實開發平臺。零件表達采用混合模型，裝配層次管理、約束管理也基于特征模型。由于具有上述特點，虛擬裝配技術有效滿足實際工作需要，在軌道客車裝配過程中也得到越來越廣泛的應用。

1.1目標

通過虛擬裝配技術的應用，把握關鍵內容，能推動軌道客車裝配工作順利開展下去?？梢阅M裝配過程，開展裝配工作訓練，讓工作人員通過虛擬操作訓練，把握要點，提高操作水平。從而更好適應將

1.2體系結構

虛擬裝配關鍵技術包括設置、依賴、交互、裝配信息、面片信息、位姿信息、零件信息、模擬信息等組成部分，每個部分分別發揮不同作用，為產品虛擬裝配創造條件。輸入輸出管理模塊用于設置和管理輸入和輸出信息，調用平臺功能。場景管理模塊用于建立裝配環境的場景樹，處理用戶與場景交互，包括裝配操作、裝配環境設置等。裝配管理模塊用于建立裝配關系樹，處理裝配操作層次，完成裝配的選取、移動和釋放。碰撞檢測模塊能激活碰撞檢測對，實時捕捉位置數據，計算場景中是否存在碰撞。約束管理模塊提供約束捕捉功能，計算機零部件運動自由度，為零件運動提供導航。路徑生成與管理模塊用于記錄、修改和創建路徑。

1.3關鍵技術

關鍵技術包括零件、虛擬手、數據手套間的協調運動；零部件抓取和釋放；實時碰撞檢測技術；約束的管理、識別和解算。

2　虛擬裝配關鍵技術的應用

將虛擬裝配技術應用到軌道客車裝配工作中，實際應用表明該技術滿足具體需要，取得良好效果。

2.1具體應用

在軌道客車裝配過程中，通過構建完善的結構體系，科學應用虛擬裝配技術，推動裝配工作順利進行。利用上述虛擬系統，進行客車內裝（側墻板、立罩板、側頂板、頂板）虛擬裝配。實際工作中，通過數據手套操作虛擬手抓取內裝組成--立罩板，使之向與相配合的部件--側墻板移動。

圖1　

圖2　

2.2應用效果

整個客室內裝裝配過程中，通過虛擬技術的應用，嚴格遵循工藝流程要求開展各項操作，促進裝配任務順利完成。系統自動記錄零件的裝配序列和裝配路徑，裝配完成后生成裝配路徑文件。當全部零部件裝配完成后，裝配序列文件自動生成。從而有效滿足裝配工作需要，促進虛擬裝配技術作用的充分發揮，實現零件裝配效果提升。

3　虛擬裝配關鍵技術的發展趨勢

隨著技術的創新發展以及軌道客車零部件裝配需要，虛擬裝配技術取得進一步發展，并呈現以下幾個發展趨勢。實際工作中應該順應這種趨勢，推動虛擬技術得到更為有效的利用。例如，虛擬化程度進一步提高。隨著軌道客車裝配要求提高，虛擬化程度越來越高，甚至可能取代物理模擬裝配過程，縮短產品開發周期，節約產品開發成本，對軌道客車裝配產生積極作用。

4　結束語

總之，虛擬現實技術為軌道客車產品開發和裝配及零部件裝配提供了一種有效的方法。整個軌道客車裝配訓練中，通過虛擬技術的應用，能提供交互性和想象力特征的虛擬裝配環境，進而讓人們更好開展訓練活動，構建產品裝配序列，優化裝配路徑。并對比分析不同工藝的優點和缺點，根據各零部件裝配工作需要，采用合理的裝配工藝，為提高軌道客車裝配水平奠定基礎。另外還可以對復雜的裝配工作進行訓練，讓工作人員掌握有效的方法，實現提升鐵路客車裝配訓練效果的目的。因此，日常工作中應該重視虛擬裝配技術應用，根據需要把握每個要點，為提鐵路高客車裝配水平打下堅實基礎。

［1］原彬，熊偉.電纜虛擬裝配的關鍵技術及其發展［J］.機械科學與技術，2010（05）:695-700.

［2］朱劍剛.定制家具產品的虛擬裝配關鍵技術及應用［J］.南京林業大學學報（自然科學版），2013（02）:129-135.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.213