虚拟装配技术研究现状及其发展.pdf

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1、虚拟装配技术研究现状及其发展SurveyofVirtualAssemblyandItsPerspective哈尔滨工业大学机电学院李建广夏平均虚拟装配技术已成为数字化制造技术在制造业中研究和应用的典范，针对复杂产品利用该技术可优化产品设计，避免或减少物理模型的制作，缩短开发周期，降低成本，从而实现产品的并行开发，提高装配质量和效率，改善产品的售后服务。虚拟装配是近十几年兴起的虚拟制造技术研究的重要方向之一，它从产品装配的视角出发，以提高全生予2J工学博士，教授。博士生导师。主命J古：f期的产品及其相关过程设计的要从事CAD／CAM．数字化加工与装配质量为目标，

2、综合和j用计算机辅助设技术、数控加L加工误差建模和补偿计技术、虚拟现实技术、计算机建模等方面的研充完成了国家“863”．国防与仿真技术、信息技术等，建立一个凳]凳量萋鲁警譬翠竺堡要兰嚣窭三具有较强真实感的虚拟环境，设计者作．承担和参与了与工艺参数优化有关7“”“一““o⋯““’”。。’一”。的项目2项，获国家级教学成果奖二等可在虚拟环境中交互式地进行产品奖1项．黑龙江省高等学校优秀教学成设计、装配操作和规划、检验和评价果奖一等奖1项．中国高校科学技术进产品的装西己性能，并制定合理的装配娄主霎差1项。目前鼍鬟奎麓毫鍪塞方案。CAD／CAM和研究生和数字化制造等“

3、一。方面的教学工作。虚拟装配技术已成为数字化制造技术在制造业中研究和应用的典范，针对复杂产品利用该技术可优化产品设计，避免或减少物理模型的制34航空制造技术·2010年第3期作，缩短开发周期，降低成本，从而实现产品的并行开发，提高装配质量和效率，改善产品的售后服务。虚拟装配在航窄航天、汽车、船舶，工程机械等领域的复杂产品设计及其装配工艺规划具有重要的意义，受到国内外的普遍关注。虚拟装配技术的研究概况虚拟装配以产品及其零部件的三维实体模型为基础，借助虚拟现实技术在计算机上仿真装配操作的全过程，进行装配操作及其相关特性的分析，实现产品的装配规划和评价，制定合理的装

4、配方案。一般情况F，虚拟装配是指在计算机上所进行的划为中心的虚拟装配和以虚拟原型特征，进行设计修改㈣。零部件模型“装配”，虚拟现实环境无关紧要，只是表现下段不同而已。虚拟装配上要实现2个层次的映射，即底层的产品数字化模型映射产品物理模型，顶层的装配过程仿真映射真实的装配过程。底层的映射避免r产品模犁的物理实现，同时使得工程分析、装配仿真成为可能；顶层的映射使得产品装配规划、仿真验证及评价成为可能”’。虚拟装配的研究始于1995年，美国的华盛顿州寺大学和NIST联合最早进行r虚拟装配研究，开发了虚拟装配设计环境(VirtualAssemblyDesignEnvi

5、ronment，VADE)121VADE通过建立一个用于装配规划和评价的虚拟环境来探索产品装配过程中应用虚拟现实技术的可能性，设计人员在产品设计初期便uJ．并行考虑产品装／拆相关环节，避免相应的设计缺陷。VADE实现了与参数化CAD系统(如Pro／Engineer)的数据共享，能进行产品结构树、零部件实体模型从CAD的自动转换，通过捕捉CAD环境下的装配约束信息实现零部件装配顺序和装配路径规划，并为零部件的设计改进提供反馈信息。VADE原型系统的开发标志着虚拟现实技术住装配领域的成功应用，具有里程碑意义。紧随其后，德国、英国、加拿大，希腊、意大利等多所国外高校

6、和研究机构都开展了虚拟装配的研究。国内有关虚拟装配的研究起步千20世纪90年代末期，发展速度比较快，取得了不少研究成果。按照国内外研究目的和实现功能的／fi同，虚拟装配的研究大体上围绕产品的设计、装配工艺的规划、装配系统规划和装配性能分析4个方面进行。因此，虚拟装配Hr分为以产品设计为中心的虚拟装配、以工艺规划为中心的虚拟装配、以制造系统规为中心的虚拟装配4类。(1)以产品设计为中心的虚拟装配。在产品设计过程中，虚拟装配技术主要用于2个方面：一是基于虚拟装配的产品设计，二是基于虚拟装配的产品结构优化。在产品设计中，基丁虚拟装配的设计实质上是一种基于TOP—DO

7、WN的CAD技术，町以实现零件和装西己体的混合设计口1。它首先根据功能要求进行概念设计，确定关键设计参数，然后进行结构设计，根据子功能分解为f装配体并确定各子装配体问的配合关系，形成设计约束。根据确定的设计约束，可将子装配体作为子任务进行分解，可实现并行协同和相关参数的设计。基于虚拟装配的产品结构优化是为了更好地帮助设计人员进行与装配有关的设计决策，以提高产品的叮装配性，是虚拟环境下对产品的计算机数据模型进行装配关系分析的一项计算机辅助设计技术H’。它结合面向装配设计(DesignForAssembly，DFA)的理沦和方法，基本任务就是从设计原理方案出发，在

8、各种冈素制约F寻求装配结构的最优．解，