虚拟装配技术研究现状及发展趋势

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1、虚拟装配技术研究现状及发展趋势　　(1.内蒙古科技大学机械工程学院;2.内蒙古科技大学资源与安全工程学院，内蒙古包头014010) 　　摘要：文章就虚拟装配的概念、虚拟装配的具体过程和分类作了简要的介绍。 关键词：虚拟装配；虚拟环境；建模 　　中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)20—0079—02 　　21世纪，信息和知识的高速发展要求制造企业以最短的产品开发时间，最优的产品质量，最低的成本和价位，最优的服务，最清洁的环境和快速的市场适应性——TQCSE

2、F来赢得用户和市场，实现可持续快速发展。实现这一目标要求人们将制造技术与飞速发展着的系统科学、计算机科学、虚拟现实、人工智能等有机融合，形成全新概念的具有信息化、自动化、智能化、敏捷化等特点的现代虚拟制造技术。虚拟装配作为虚拟制造的关键技术之一，具有广阔的应用前景，世界各国的政府、企业、大学等机构对其进行了全方位、多层次的研究。 1虚拟装配的概念 　　虚拟装配(VirtualAssembly，VA)是虚拟制造的关键组成部分。它利用计算机工具，通过分析、预测产品模型，对产品进行数据描述和可视化，做出与装配

3、有关的工程决策，而不需要实物产品模型作支持。虚拟装配技术是将装配技术与虚拟现实技术相结合，建立一个与实际装配生产环境相一致的虚拟装配环境(VirtualAssemblyEnvironment，VAE)，使装配人员通过虚拟现实的交互手段进入VAE，利用人的智慧直觉地进行产品的装配、拆卸操作，用计算机来记录人的操作过程，以确定产品的装、拆顺序和路径。虽然被定义为一种技术，实际上是许多技术的综合利用，例如：可视化技术、仿真技术、决策理论、装配和制造过程的研究等。 2虚拟装配的过程及分类 　　虚拟装配过程是在完

4、成零部件三维建模与造型的基础上，根据零部件之间装配关系和约束条件，在虚拟环境中进行设计组装，并进行相应的检验，从而对设计进行分析评价，不合理的设计进行修改，达到优化设计的目的。主要包括产品结构分析，装配关系确定和产品组装，设计分析评价及设计修改和装配效果检验等。 　　零部件的装配是三维设计系统的一个重要功能，但是目前三维设计系统大多只能将零部件装配成为设备，而不能模拟零部件的装配过程，将装配技术与虚拟现实技术相结合可以形成零部件的虚拟装配技术。虚拟装配技术以可视化展示设计产品的可装配性，同时还可以通过对零

5、部件进行改进以降低装配的复杂性。 　　虚拟装配过程与设计中的设计过程密不可分，依据设计方式的不同，装配过程可分为自顶向下(top—down)的装配自底向上(down—top)装配两种形式。 2.1自顶向下的装配 　　自顶向下(top—down)的设计过程，是从产品功能要求出发，先设计出初步方案及其结构草图，建立约束驱动的产品模型；通过设计计算，确定每个设计参数，然后进行零件的详细设计，通过几何约束求解将零件配成产品；对设计进行不断的修改，直到得到满足功能要求的产品。这种设计过程能充分利用计算机的优良

6、性能，最大限度地发挥设计人员的设计潜力。自顶而下的装配设计符合新产品的开发设计过程，它从概念设计开始，使产品在设计过程中不断完善。 2.2自底向上的装配 　　这种设计方法是传统的方法，它的思路是将各个零件先设计好，然后将这些零件拿到一起进行装配，如果在装配过程中发现某些零件不符合要求，比如：零件之间产生干涉，零件无法安装和拆卸等，这就要对零件重新设计、装配，这样重复直至符合要求。它的优点是简单，易理解和接受。而且它是从零件开始进行设计，在零件的础上进行装配体的设计，因此可以充分利用先前已有的设计资料，有

7、效避免重复设计的工作。 　　两种装配形式各有优缺点，在实际的装配过程中，可以进行有机的结合。从两侧向中间的装配形式，可以很好地弥补以上装配形式的不足。它是从产品功能要求出发，建立产品模型；在进行零件的详细设计前，横向地寻找类似的零件进行总结；确定最后的参数，完成零件的建立。这样再进行装配就可以避免重复设计，简化了修改的过程、节省了宝贵的时间，同时也充分的发挥了设计人员的创造力。 3虚拟装配技术功能分析 　　机械产品的配合性和可装配性设计人员不易掌握，以往要到产品最后装配时才能发现错误，导致零件的报废和

8、产品上市时间的延迟，造成巨大经济损失或信誉损失。采用虚拟装配技术可以在设计阶段进行验证，确保设计的正确性，避免损失。虚拟装配强调在实际投入原材料于产品实现过程之前，完成产品设计与装配过程的全面仿真、分析，以保证产品的可装配性。 　　具体来说，虚拟装配技术功能如下：①实物产品的数字化再现，即生成产品数字模型。产品数字模型描述的信息有：产品结构明细表(BOM)；产品外形几何与拓扑信息，产品形状特征信