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(diǎn)問題，是虛擬制造技術(shù)的主要研究方向，研究它有極其重要的意義。它建立了一個(gè)全方位的虛擬環(huán)境，運(yùn)用一些技術(shù)如計(jì)算機(jī)建模和仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等技術(shù)，它以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，這樣設(shè)計(jì)師可以在我們虛擬的環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品的各種設(shè)計(jì)以及檢測(cè)和評(píng)估產(chǎn)品的各項(xiàng)性能是否符合裝配并最終建立合理的方案。

關(guān)鍵詞:虛擬裝配技術(shù) 裝備規(guī)劃優(yōu)化 零部件

中圖分類號(hào):TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)07(a)-0090-01

近幾十年中在虛擬制造技術(shù)中興起了一個(gè)新的研究方向，是關(guān)于如何進(jìn)行虛擬裝配，它以產(chǎn)品裝配為基礎(chǔ)，目標(biāo)是盡量增加產(chǎn)品的全生命周期和它有關(guān)聯(lián)全過程中設(shè)計(jì)的質(zhì)量。產(chǎn)品設(shè)計(jì)允許在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行，包括對(duì)各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、裝配操作與規(guī)劃、檢測(cè)與評(píng)估產(chǎn)品的裝配質(zhì)量，以及設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)难b配方法，要實(shí)現(xiàn)這些功能，我們必須借助各種輔助技術(shù)，如計(jì)算機(jī)建模和仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及信息技術(shù)等，這樣就可以建立一個(gè)與真實(shí)環(huán)境相差不大的虛擬環(huán)境。國際上虛擬裝配技術(shù)雖有了很大的突破，但我們可以看出，這項(xiàng)技術(shù)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(yàn)和調(diào)試階段，離大規(guī)模應(yīng)用還有很長一段路要走，但我們可以肯定虛擬裝配的應(yīng)用前景很廣闊。

1 虛擬裝配的核心技術(shù)

虛擬裝配的核心技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面:如何優(yōu)化與規(guī)劃裝配序列、如何規(guī)劃路徑、合理性的評(píng)價(jià)和裝配的誤差分析以及零部件建模等。以上這些技術(shù)必須首先解決，它們是開發(fā)虛擬裝配大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)。

1.1 零部件建模

由于各種系統(tǒng)在開發(fā)過程中有所不同，在對(duì)虛擬裝配模型建立中所用的方法也有很大的差異。由于當(dāng)前關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)軟件建模技術(shù)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(tǒng)。下面來介紹兩種主要的模型:CAD模型和轉(zhuǎn)換的CAD模型。第一種模型有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):其一虛擬裝配應(yīng)用系統(tǒng)源于CAD系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，因?yàn)樗梢灾苯舆\(yùn)用于CAD系統(tǒng)功能部件的CAD模型。其二如果運(yùn)用CAD模型配套的虛擬裝配系統(tǒng)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(gè)系統(tǒng)下運(yùn)行，對(duì)于操作來說方便了很多，但同時(shí)也會(huì)帶來一定的不足如仿真的真實(shí)性就會(huì)受到影響，所以該模型用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段。第二種模型是轉(zhuǎn)換的CAD模型，該模型必須把CAD零部件模型和與之相關(guān)的信息轉(zhuǎn)換以后再輸入預(yù)訂的虛擬環(huán)境中，再進(jìn)行后續(xù)的工作，它主要是運(yùn)用虛擬的現(xiàn)實(shí)軟件來研發(fā)虛擬的裝配系統(tǒng)。

1.2 拆卸/裝配規(guī)劃技術(shù)

工程師們?cè)谔摂M的裝配環(huán)境中進(jìn)行一些必要的操作，主要有以下內(nèi)容，首先對(duì)產(chǎn)品的三維模型進(jìn)行交互地試裝/拆卸，記錄數(shù)據(jù)與檢查裝配/拆卸的途徑，檢驗(yàn)裝配、拆卸的方法，最后我們可以得到一個(gè)比較恰當(dāng)?shù)难b配方案。在我們虛擬的裝配環(huán)境下，如何實(shí)現(xiàn)工藝品的檢驗(yàn)與規(guī)劃、修補(bǔ)等主要是通過VADE在約束下相互碰撞檢查與交互運(yùn)動(dòng)仿真來實(shí)現(xiàn)的。

1.3 裝配規(guī)劃優(yōu)化技術(shù)

我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)對(duì)裝配規(guī)劃的優(yōu)化，主要是通過在事先假定的虛擬裝配環(huán)境里，由仿真來對(duì)預(yù)定的裝配規(guī)劃進(jìn)行一次檢驗(yàn)，這還要運(yùn)用特殊算法對(duì)裝配順序進(jìn)行搜索，經(jīng)過確量化指標(biāo)評(píng)價(jià)。一些知名大學(xué)已經(jīng)在VPASPE虛擬原型的基礎(chǔ)上對(duì)裝配順序評(píng)價(jià)，而且利用一些特殊的算法來優(yōu)化裝配順序。

2 如何實(shí)現(xiàn)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(chǎn)品虛擬裝配過程和實(shí)現(xiàn)與用戶的交互性。例如可以通過各種按鈕等來實(shí)現(xiàn)，通過許多的檢測(cè)器來完成與用戶的交互性，運(yùn)用這些檢測(cè)器節(jié)點(diǎn)讓瀏覽器知道用戶要完成的全部操作。接下來我們舉一個(gè)例子來說明，對(duì)于VRML流程，在VRML處理機(jī)制中主要是由路由(Route語句)完成對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸，Route語句是一種語法結(jié)構(gòu)，它在各個(gè)節(jié)點(diǎn)間建立全部事件的通路。每當(dāng)我們按按鈕時(shí)，就會(huì)觸動(dòng)關(guān)于接觸的傳感器，接著是腳本定義和路由，時(shí)間傳感器用來接收觸發(fā)時(shí)間，最后零件的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)位置插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)與方位插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)是由程序進(jìn)行定義的。我們定義了n個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和關(guān)鍵值在插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)中，并通過控制節(jié)點(diǎn)域中的關(guān)鍵點(diǎn)來控制零件運(yùn)行順序，因?yàn)樗o零件規(guī)定了運(yùn)動(dòng)總時(shí)間，節(jié)點(diǎn)域中的關(guān)鍵值規(guī)定了在任一時(shí)刻零件運(yùn)行的位置;對(duì)于一些比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)如變速度運(yùn)動(dòng)等運(yùn)用插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)是無法完成的，由于變速度運(yùn)動(dòng)零件的軌跡是變化的是非線性的，對(duì)插補(bǔ)器而言其節(jié)點(diǎn)只可完成線性插值。一些線性的可以由VRML瀏覽器根據(jù)插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)運(yùn)用線性插值的方式完成整個(gè)裝配過程。對(duì)于一些很復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)可以對(duì)該節(jié)點(diǎn)運(yùn)用Java與JavaScript來實(shí)現(xiàn)。在虛擬場(chǎng)景中完成繁雜動(dòng)作時(shí)主要由腳本節(jié)點(diǎn)(Script)來完成程序的編譯寫與調(diào)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(shù)在機(jī)械裝配中的運(yùn)用，所以必須采用的裝配工序是自上而下。主要分為兩個(gè)步驟:一是骨架模型的設(shè)計(jì)，二是部件的設(shè)計(jì)。子裝配配有一個(gè)骨架模型，這個(gè)模型主要用來確定各個(gè)部件之間的相互關(guān)系模型以及裝配的空間位置。裝配設(shè)計(jì)的核心主要是是骨架模型，它包括與裝配相關(guān)的各種設(shè)計(jì)參數(shù)，而一些參數(shù)會(huì)被各個(gè)部件所引用，把設(shè)計(jì)師的目的融入到整個(gè)裝配結(jié)構(gòu)中去。對(duì)于部件設(shè)計(jì)，我們獲得了必須的設(shè)計(jì)信息之后，下一步就是如何進(jìn)行部件設(shè)計(jì)。部件設(shè)計(jì)又可分為兩種方法，其一是直接在裝配中完成，其二是當(dāng)部件造型完成后再進(jìn)行裝配。建立各個(gè)零件之間的關(guān)系也就是零件結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)與裝配模型的約束，這樣在零件設(shè)計(jì)完成以后會(huì)自動(dòng)繼承裝配關(guān)系。

2.3 分析虛擬裝配順序優(yōu)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(gè)小零件也有很多的裝配順序，我們需要從中選擇一個(gè)最符合實(shí)際的裝配順序。這就要求我們綜合各方面的因素對(duì)裝配順序進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)系統(tǒng)本身的特點(diǎn)選出最合理最穩(wěn)定的裝配順序。當(dāng)一個(gè)子裝配體穩(wěn)定時(shí)，可以減少裝配順序數(shù)和夾具的使用以及縮小裝配順序的可行解空間，當(dāng)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(duì)子裝配體穩(wěn)定性可以判別裝配順序是不是合理。

3 結(jié)語

在全球科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，各國市場(chǎng)的競(jìng)爭非常激烈，在這樣的大環(huán)境中我們必須加快產(chǎn)品研發(fā)速度，把多樣化自主研發(fā)的產(chǎn)品推向國際市場(chǎng)，這是我們得以生存的有力保證。這篇文章主要對(duì)虛擬裝配順序優(yōu)化，虛擬裝配方法，虛擬裝配的核心技術(shù)。我想這對(duì)提高虛擬技術(shù)在機(jī)械裝配中的應(yīng)用有一定的作用。

參考文獻(xiàn)

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