机械产品的拟实装配技术

作者：《先进制造工艺*拟实制造成形加工技术》

欢迎访问e展厅 展厅 2 CAE/模拟仿真展厅 通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ... 1．虚拟装配的技术关键 主要可归纳为下列五个方面： 1. 虚拟装配环境的构建 研究虚拟环境的描述与管理；装配动作与感觉信息之间相互关系；感觉信息的综合方法以及输入、输出的驱动规则等。 2. 虚拟装配过程中由约束关系形成的作用力分析 在虚拟环境中对装配的零件赋予机械、物理特性，并由此形成装配过程的作用力；使微观和瞬态的分析数据在虚拟空间中展现为可视的宏观和慢动作过程。 3. 装配规划的生成技术 装配规划就是寻求一条最优的零件装配顺序序列，由于创成式自动生成装配规划需要高度的智能化，难度较高，因此在虚拟的环境应重点解决：如何更形象地表现装配规划过程中信息的动态流动及其可视化；如何在生成装配规划过程中通过人机交互加入启发性知识和融入人的智能。 4. 虚拟环境中人的知识和技巧的映射 为了使人的智能融入装配规划的生成，需要研究人手模型在虚拟环境中的映射；正确检测和处理人的装配动作的信号，使与虚拟环境下的装配作业进行实时交互。 5. 虚拟装配系统的建立 虚拟装配系统由装配动作输入、虚拟装配环境、装配过程和判断装配正确性的感觉信息输出等四个子系统组成，研究其信息的集成以完成虚拟装配全过程的实施。 2．虚拟装配环境的结构 虚拟装配环境可采用图1所示的五层结构。 （1）虚拟现实的硬件层 如视景头盔、立体眼镜、三维鼠标、空间球和数据手套等外设。 （2）虚拟现实用的外设驱动层 它是驱动硬件层的程序模块，用以获取如手套信息、计算位姿参数和设计视觉参数等。 （3）虚拟装置环境管理层 它由几何形状特征数据库和规则库组成，也是虚拟装配环境的最核心部分。它管理虚拟装配活动中发生的一切事件和描述虚拟装配活动中物体的形状和特性。 （4）支持工具层 包括与CAD/CAE/CAM接口、输出结果后置处理程序和网络通信等支撑条件。 （5）应用层 它主要为人机交互和输出方式设定等仿真界面。 在虚拟环境中装配件和工具等物体，同样应遵循客观世界的规律进行活动，为此应备能描述物体形状和材料特性等特征的特征数据库和描述物体装配关系和组装规则的规则库。 特征数据库通常可应用CAD软件进行建模和构造，它不仅有零件的几何形状的描述，还需有零件的材料、硬度和相关配合面形位特征等描述。 规则库需充分描述装配件间的约束关系，并用树状结构图定义整个产品中各零件的约束关系。现有的一些CAD商品软件虽大多具有这方面功能，但通常只描述面帖合、对齐和定向等三种基本装配约束形式，对于更复杂连接例如过定位配合等的约束关系就需自行开发。此外，库中还包括装配干涉检查的规则，例如以物体某代表点的周围设定干涉空间来进行检查。 3．虚拟装配系统的结构 虚拟装配系统的结构框图如1所示，它的四个子系统的主要功能综述如下： （1）输入子系统 对输入的操作者命令经位姿检测及因果关系处理后，用以控制虚拟装配活动中各种事件的发生，并可由人进行智能化的控制。 （2）虚拟装配环境子系统 提供进行虚拟装配的硬软件支持工具，建立一个可以进入模拟真实装配过程的场地和设备等条件以及可调用所需的配合零件及相应的装配器械。 （3）虚拟装配过程子系统 它包括装配过程作用力和约束关系的分析，装配规划的生成和装配操作的动态显示。 （4）输出子系统 分析执行装配操作的输入和输出的因果关系，装配功能评估和干涉检查，形成装配体的约束关系树，以利于今后进行参数调整或结构修改。 4．机械产品装配拟实技术的发展趋势 （1）配合的约束关系自动生成和识别 装配模型中的配合约束关系从总体上体现了产品的功能，虽然通过三维几何建模可以直接地、方便地在图形上生成组装体，介理其零件间并未建立配合的约束关系，因而不能支持设计后的约束驱动修改。如采用人机交互来一一对应地建立各零件间的配合关系，代计算机算出转移矩阵，则又极为费事。因此如何能根据约束特征来自动生成配合的约束关系是发展虚拟装配技术的一个重要内容。尤其对于一些复杂的配合如存在多种约束形式或过定位是更为关键，需发展一些适用的软件。 （2）发展适用的人机型装配规划技术 构建装配规划过程的可视化和人的智能融入化，例如应用基于进程面向对象的Petri网方法，实现在虚拟环境下进行装配规划的生成。 （3）装配干涉检查和配合力分析的智能化 如应用多媒体技术使干涉部位变色、闪烁、声响，示出干涉区范围和干涉量。对配合时受力状态和配合公差的分析结果提供可视化的直观形象，以利于优化装配工艺。 （4）装配拟实技术与产品数据库PDM结合 当对机器进行故障诊断或修理更换某一零件时，利用PDM中数据在虚拟环境中形象地示出它的相关特征和配合情况，有利于提供更准确的维护信息。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/1/2004)