虛擬裝配

　　基于虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品虛擬拆裝技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品的維護(hù)以及操作培訓(xùn)方面具有獨(dú)特的作用。在交互式虛擬裝配環(huán)境中，用戶使用各類交互設(shè)備(數(shù)據(jù)手套/位置跟蹤器、鼠標(biāo)/鍵盤、力反饋操作設(shè)備等)象在真實(shí)環(huán)境中一樣對(duì)產(chǎn)品的零部件進(jìn)行各類裝配操作，在操作過程中系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的碰撞檢測(cè)、裝配約束處理、裝配路徑與序列處理等功能，從而使得用戶能夠?qū)Ξa(chǎn)品的可裝配性進(jìn)行分析、對(duì)產(chǎn)品零部件裝配序列進(jìn)行驗(yàn)證和規(guī)劃、對(duì)裝配操作人員進(jìn)行培訓(xùn)等。在裝配(或拆卸)結(jié)束以后，系統(tǒng)能夠記錄裝配過程的所有信息，并生成評(píng)審報(bào)告、視頻錄像等供隨后的分析使用。

　　虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對(duì)模型進(jìn)行修改，并通過可視化顯示裝配過程。虛擬裝配系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)人員考慮可行的裝配序

　　列，自動(dòng)生成裝配規(guī)劃，它包括數(shù)值計(jì)算、裝配工藝規(guī)劃、工作面布局、裝配操作所模擬等?，F(xiàn)在產(chǎn)品的制造正在向著自動(dòng)化、數(shù)字化的反向發(fā)展，虛擬裝配是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

　　虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展是虛擬制造技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵部分，但相對(duì)于虛擬制造的其它部分而言，它又是最薄弱的環(huán)節(jié)。虛擬裝配技術(shù)發(fā)展滯后，使得虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用性大大減弱，因此對(duì)虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展也就成為目前虛擬制造技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)研究的主要對(duì)象，這一問題的解決將使虛擬制造技術(shù)形成一個(gè)完善的理論體系，使生產(chǎn)真正在高效、高質(zhì)量、短時(shí)間、低成本的環(huán)境下完成，同時(shí)又具備了良好的服務(wù)。虛擬裝配從模型重新定位、分析方面來講，它是一種零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過程，是有效的分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理性的一種手段；從產(chǎn)品裝配過程來講，它是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性、精度特性，真實(shí)的模擬產(chǎn)品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過程，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性。

　　作為虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，虛擬裝配技術(shù)近年來受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并對(duì)敏捷制造、虛擬制造等先進(jìn)制造模式的實(shí)施具有深遠(yuǎn)影響。通過建立產(chǎn)品數(shù)字化裝配模型，虛擬裝配技術(shù)在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建近乎實(shí)際的虛擬環(huán)境，可以用虛擬產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)中的物理樣機(jī)，能夠方便的對(duì)產(chǎn)品的裝配過程進(jìn)行模擬與分析，預(yù)估產(chǎn)品的裝配性能，及早發(fā)現(xiàn)潛在的裝配沖與缺陷，并將這些裝配信息反饋給設(shè)計(jì)人員。運(yùn)用該技術(shù)不但有利于并行工程的開展，而且還可以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　虛擬裝配的分類

　　按照實(shí)現(xiàn)功能和目的的不同，目前針對(duì)虛擬裝配的研究可以分為如下三類：以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為中心的虛擬裝配、以工藝規(guī)劃為中心的虛擬裝配和以虛擬原型為中心的虛擬裝配。

　　折疊以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為中心的虛擬裝配

　　虛擬裝配是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，為了更好地幫助進(jìn)行與裝配有關(guān)的設(shè)計(jì)決策，在虛擬環(huán)境下對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行裝配關(guān)系分析的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。它結(jié)合面向裝配設(shè)計(jì)(DesignForAssembly，DFA)理論和方法，基本任務(wù)就是從設(shè)計(jì)原理方案出發(fā)在各種因素制約下尋求裝配結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解，由此擬定裝配草圖。它以產(chǎn)品可裝配性的全面改善為目的，通過模擬試裝和定量分析，找出零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不適合裝配或裝配性能不好的結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行設(shè)計(jì)修改。最終保證所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品從技術(shù)角度來講裝配是合理可行的，從經(jīng)濟(jì)角度來講應(yīng)盡可能降低產(chǎn)品總成本，同時(shí)還必須兼顧人因工程和環(huán)保等社會(huì)因素。

　　折疊以工藝規(guī)劃為中心的虛擬裝配

　　針對(duì)產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計(jì)問題，基于產(chǎn)品信息模型和裝配資源模型，采用計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計(jì)，從而獲得可行且較優(yōu)的裝配工藝方案，指導(dǎo)實(shí)際裝配生產(chǎn)。根據(jù)涉及范圍和層次的不同，又分為系統(tǒng)級(jí)裝配規(guī)劃和作業(yè)級(jí)裝配規(guī)劃。前者是裝配生產(chǎn)的總體規(guī)劃，主要包括市場(chǎng)需求、投資狀況、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)周期、資源分配、裝配車間布置、裝配生產(chǎn)線平衡等內(nèi)容，是裝配生產(chǎn)的綱領(lǐng)性文件。后者主要指裝配作業(yè)與過程規(guī)

　　劃，主要包括裝配順序的規(guī)劃、裝配路徑的規(guī)劃、工藝路線的制定、操作空間的干涉驗(yàn)證、工藝卡片和文檔的生成等內(nèi)容。

　　工藝規(guī)劃為中心的虛擬裝配，以操作仿真的高逼真度為特色，主要體現(xiàn)在虛擬裝配實(shí)施對(duì)象、操作過程以及所用的工裝工具，均與生產(chǎn)實(shí)際情況高度吻合，因而可以生動(dòng)直觀地反映產(chǎn)品裝配的真實(shí)過程，使仿真結(jié)果具有高可信度。

　　折疊以虛擬原型為中心的虛擬裝配

　　虛擬原型是利用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)在一定程度上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的外形、功能和性能模擬，以產(chǎn)生與物理樣機(jī)具有可比性的效果來檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)產(chǎn)品特性。傳統(tǒng)的虛擬裝配系統(tǒng)都是以理想的剛性零件為基礎(chǔ)，虛擬裝配和虛擬原型技術(shù)的結(jié)合，可以有效分析零件制造和裝配過程中的受力變形對(duì)產(chǎn)品裝配性能的影響，為產(chǎn)品形狀精度分析、公差優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可視化手段。以虛擬原型為中心的虛擬裝配主要研究?jī)?nèi)容包括考慮切削力、變形和殘余應(yīng)力的零件制造過程建模、有限元分析與仿真、配合公差與零件變形、以及計(jì)算結(jié)果可視化等方面。

　　折疊編輯本段虛擬裝配的構(gòu)成

　　虛擬裝配由兩個(gè)部分組成，即由虛擬現(xiàn)實(shí)軟件內(nèi)容(即vr)內(nèi)容和虛擬現(xiàn)實(shí)(vr)外設(shè)設(shè)備 ，這兩個(gè)個(gè)協(xié)同工作，缺一不可，這樣才能制造出交互性與沉浸性于一體的虛擬裝配環(huán)境。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)軟件內(nèi)容：

　　一般由各種VR軟件組成，先在三維軟件中根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容制作相應(yīng)的三維模型，然后再把這些三維模型導(dǎo)入到VR軟件中，接下來就需要硬件設(shè)備來支撐這些軟件程序。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)(vr)外設(shè)設(shè)備：

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征之一就是人機(jī)之間的交互性。 為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的充分交換信息，必須設(shè)計(jì)特殊輸入和演示設(shè)備，以影響各種操作和指令，且提供反饋信息，實(shí)現(xiàn)真正生動(dòng)的交互效果。不同的項(xiàng)目可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用可以有選擇的使用這些工具，主要包括：VR系列虛擬現(xiàn)實(shí)工作站、立體投影、立體眼鏡或頭盔顯示器、三維空間跟蹤定位器、數(shù)據(jù)手套、3D立體顯示器、三維空間交互球、多通道環(huán)幕系統(tǒng)、建模軟件等。