試論虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展

李鵬宇（中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司客車(chē)制造中心，長(zhǎng)春 130000）

試論虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展

李鵬宇
（中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司客車(chē)制造中心，長(zhǎng)春 130000）

結(jié)合軌道客車(chē)裝配工作需要，介紹了虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)的目標(biāo)、體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用表明，虛擬裝配技術(shù)滿(mǎn)足具體工作需要，實(shí)際應(yīng)用中取得良好效果。隨著技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，虛擬裝配技術(shù)的虛擬化程度進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、工具化、智能化，并面向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)發(fā)展。

虛擬裝配技術(shù)；體系結(jié)構(gòu)；標(biāo)準(zhǔn)化；集成化

0　引言

產(chǎn)品裝配是軌道客車(chē)設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過(guò)采取合理的工藝技術(shù)措施，科學(xué)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(wù)，還能促進(jìn)軌道客車(chē)制造水平提升。隨著技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，為提高人們的產(chǎn)品裝配工作水平，虛擬裝配技術(shù)出現(xiàn)并得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，在軌道客車(chē)裝配過(guò)程中發(fā)展著十分重要的作用。本文將結(jié)合軌道客車(chē)裝配工作需要，就虛擬裝配的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討分析，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，希望能為類(lèi)似工作開(kāi)展提供啟示。

1　虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)

虛擬裝配技術(shù)是許多先進(jìn)科學(xué)領(lǐng)域知識(shí)的集成與應(yīng)用，它以數(shù)字化建模技術(shù)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，分析優(yōu)化技術(shù)為基礎(chǔ)，以CATIA、Pro/E代表的商用CAD系統(tǒng)中的產(chǎn)品裝配建模過(guò)程為典型代表，結(jié)合其他虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，適用于產(chǎn)品裝配過(guò)程模擬、裝配訓(xùn)練操作。在軌道客車(chē)產(chǎn)品裝配中，通過(guò)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程仿真，并對(duì)裝配場(chǎng)景進(jìn)行創(chuàng)建和管理，模擬整個(gè)檢測(cè)、演示和編輯裝配的全過(guò)程，進(jìn)而促進(jìn)軌道客車(chē)零部件裝配水平提高。同時(shí)，場(chǎng)景創(chuàng)建與管理、虛擬設(shè)備接入與管理等工作流程，都依賴(lài)于各虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。零件表達(dá)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(diǎn)，虛擬裝配技術(shù)有效滿(mǎn)足實(shí)際工作需要，在軌道客車(chē)裝配過(guò)程中也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

1.1目標(biāo)

通過(guò)虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用，把握關(guān)鍵內(nèi)容，能推動(dòng)軌道客車(chē)裝配工作順利開(kāi)展下去?？梢阅M裝配過(guò)程，開(kāi)展裝配工作訓(xùn)練，讓工作人員通過(guò)虛擬操作訓(xùn)練，把握要點(diǎn)，提高操作水平。從而更好適應(yīng)將

1.2體系結(jié)構(gòu)

虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)包括設(shè)置、依賴(lài)、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(gè)部分分別發(fā)揮不同作用，為產(chǎn)品虛擬裝配創(chuàng)造條件。輸入輸出管理模塊用于設(shè)置和管理輸入和輸出信息，調(diào)用平臺(tái)功能。場(chǎng)景管理模塊用于建立裝配環(huán)境的場(chǎng)景樹(shù)，處理用戶(hù)與場(chǎng)景交互，包括裝配操作、裝配環(huán)境設(shè)置等。裝配管理模塊用于建立裝配關(guān)系樹(shù)，處理裝配操作層次，完成裝配的選取、移動(dòng)和釋放。碰撞檢測(cè)模塊能激活碰撞檢測(cè)對(duì)，實(shí)時(shí)捕捉位置數(shù)據(jù)，計(jì)算場(chǎng)景中是否存在碰撞。約束管理模塊提供約束捕捉功能，計(jì)算機(jī)零部件運(yùn)動(dòng)自由度，為零件運(yùn)動(dòng)提供導(dǎo)航。路徑生成與管理模塊用于記錄、修改和創(chuàng)建路徑。

1.3關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)包括零件、虛擬手、數(shù)據(jù)手套間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)；零部件抓取和釋放；實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)技術(shù)；約束的管理、識(shí)別和解算。

2　虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

將虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用到軌道客車(chē)裝配工作中，實(shí)際應(yīng)用表明該技術(shù)滿(mǎn)足具體需要，取得良好效果。

2.1具體應(yīng)用

在軌道客車(chē)裝配過(guò)程中，通過(guò)構(gòu)建完善的結(jié)構(gòu)體系，科學(xué)應(yīng)用虛擬裝配技術(shù)，推動(dòng)裝配工作順利進(jìn)行。利用上述虛擬系統(tǒng)，進(jìn)行客車(chē)內(nèi)裝（側(cè)墻板、立罩板、側(cè)頂板、頂板）虛擬裝配。實(shí)際工作中，通過(guò)數(shù)據(jù)手套操作虛擬手抓取內(nèi)裝組成--立罩板，使之向與相配合的部件--側(cè)墻板移動(dòng)。

圖1　

圖2　

2.2應(yīng)用效果

整個(gè)客室內(nèi)裝裝配過(guò)程中，通過(guò)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，嚴(yán)格遵循工藝流程要求開(kāi)展各項(xiàng)操作，促進(jìn)裝配任務(wù)順利完成。系統(tǒng)自動(dòng)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(dāng)全部零部件裝配完成后，裝配序列文件自動(dòng)生成。從而有效滿(mǎn)足裝配工作需要，促進(jìn)虛擬裝配技術(shù)作用的充分發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)零件裝配效果提升。

3　虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展以及軌道客車(chē)零部件裝配需要，虛擬裝配技術(shù)取得進(jìn)一步發(fā)展，并呈現(xiàn)以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)際工作中應(yīng)該順應(yīng)這種趨勢(shì)，推動(dòng)虛擬技術(shù)得到更為有效的利用。例如，虛擬化程度進(jìn)一步提高。隨著軌道客車(chē)裝配要求提高，虛擬化程度越來(lái)越高，甚至可能取代物理模擬裝配過(guò)程，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，對(duì)軌道客車(chē)裝配產(chǎn)生積極作用。

4　結(jié)束語(yǔ)

總之，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為軌道客車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和裝配及零部件裝配提供了一種有效的方法。整個(gè)軌道客車(chē)裝配訓(xùn)練中，通過(guò)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，能提供交互性和想象力特征的虛擬裝配環(huán)境，進(jìn)而讓人們更好開(kāi)展訓(xùn)練活動(dòng)，構(gòu)建產(chǎn)品裝配序列，優(yōu)化裝配路徑。并對(duì)比分析不同工藝的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，根據(jù)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(chē)裝配水平奠定基礎(chǔ)。另外還可以對(duì)復(fù)雜的裝配工作進(jìn)行訓(xùn)練，讓工作人員掌握有效的方法，實(shí)現(xiàn)提升鐵路客車(chē)裝配訓(xùn)練效果的目的。因此，日常工作中應(yīng)該重視虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用，根據(jù)需要把握每個(gè)要點(diǎn)，為提鐵路高客車(chē)裝配水平打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

［1］原彬，熊偉.電纜虛擬裝配的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2010（05）:695-700.

［2］朱劍剛.定制家具產(chǎn)品的虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（02）:129-135.

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