裝配過程仿真技術小結

2裝配過程仿真技術當今世界，基于信息和學問的產(chǎn)品正在高速進展，這要求制造企業(yè)以最短的產(chǎn)品開發(fā)時間(Time)(Quality)(Cost)和價格及最正確的務(Service)－“TQCS“來贏得用戶和市場[5]。而實現(xiàn)這一目標的方法，就是將系概念的現(xiàn)代先進制造技術即虛擬制造。25%Tecnomatix技術開發(fā)的計算機關心生產(chǎn)工程(CAPE)產(chǎn)品涉及到了設計、優(yōu)化、制造可行性評價等技術；華盛頓州立大學開發(fā)的虛擬裝配設計環(huán)境(VADE)允許對系統(tǒng)進展打算、評估和轉變，并將CAD系統(tǒng)與沉醉式的虛擬環(huán)境嚴密結合在一起[6]。這些充分術己得到了長足的進展。虛擬現(xiàn)實技術在并行工程中的應用即虛擬裝配(VirtualAssembly,VA)等作為造業(yè)進展一次的變革。產(chǎn)品生產(chǎn)之前，首先在虛擬制造環(huán)境中完成虛擬產(chǎn)品原型代替實際產(chǎn)品進展試周期，降低產(chǎn)品開發(fā)本錢，提高產(chǎn)品快速響應市場變化的力量。和制造過程的爭論等等。仿真是實現(xiàn)虛擬裝配的主要手段。(visualsimulation,VS)、多媒體仿真(multimedia和虛擬現(xiàn)實仿真(virtualrealitysimulation,VRS)3種仿真呈遞感、沉醉感和多維信息的人機交互性。虛擬制造的最終實現(xiàn)就是要利用各種不同層次的仿真手段來模擬優(yōu)化產(chǎn)品收集數(shù)據(jù)→建立系統(tǒng)模型→確定仿真算法→建立仿真模型→運行仿真模型→輸出結果并分析。裝配過程仿真的概念和特征產(chǎn)品制造過程仿真，可歸納為制造系統(tǒng)仿真和加工過程仿真。虛擬制造系統(tǒng)中。因此，裝配是產(chǎn)品生命周期的重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品功能實現(xiàn)的主要過程[7~9]CIMSCE性的影響作用。可裝配性設計(DFA，DesignForAssembly)是實施并行工程(CE，ConcurrentEngineering)的支撐技術，對縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、提高設計質量、降低裝配本錢從裝配這一重要側面反映產(chǎn)品的并行哲理。零部件的裝配作業(yè)是現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的一個重要環(huán)節(jié)。零部件裝配成功與否.在產(chǎn)品的、合理的、高效的工藝流程。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低本錢，在設計階段利用計算機模擬產(chǎn)品的實或拆卸、單個裝配或拆卸操作、單個裝配或拆卸操作中的某次運動等。裝配過程仿真技術的進展和應用仿真技術、虛擬現(xiàn)實技術的進展給虛擬裝配供給了一個強有力的技術支持。實擬制造系統(tǒng)的產(chǎn)生和進展中得以實現(xiàn)的。2070Kimura[10]等人提出。一經(jīng)問世，性的技術，加之資金、人員方面的限制，目前只有美國波音的無圖紙飛機[11]、福特公司的虛擬產(chǎn)品開發(fā)方式[12]等技術較全面的引用了虛擬制造技術，其它一些機構和企業(yè)僅能“虛擬”產(chǎn)品實施中的某一項或幾項功能，如虛擬裝配、虛擬系統(tǒng)[12]。如，美國華盛頓大學的虛擬制造技術試驗室進展的用于設計和制造的虛擬環(huán)境VEDAM、用于設計和裝配的虛擬環(huán)境等，已經(jīng)初具規(guī)模，美國NASA用于哈勃望遠鏡虛擬修理裝配的原型系統(tǒng)等[12]。歐洲以大學為中心也紛紛開展了虛擬制造技術爭論，如虛擬車間、建模與仿真工程等的爭論。日本在2060－70年月的經(jīng)濟崛起受益于先進制造與治理技術的承受。日本對虛擬制造技術的以及虛擬工廠的構造環(huán)境爭論[13]。例如，葡萄牙J.R.Galvao等所進展的虛擬環(huán)境下的生產(chǎn)訓練爭論；日本今村等人開發(fā)的虛擬關心設計與制造系統(tǒng)VSDSS，日本Ｎ.Abe等人開發(fā)的機械零件裝配性驗證和裝配機器可視化系統(tǒng)以及覺察初學者在裝配虛擬機器時錯誤操作的訓練系統(tǒng)等[14]。6CAD／CAE／CAM和仿真技術等根底上進展的，目前主要集中理論爭論和實施技術由于我國受到CAD／CAE／CAM根底軟件、仿真軟件、建模技術的制約，阻礙CIMS工程技術爭論中心爭論的虛擬裝配支持系統(tǒng)是該中心CADPro/ENGINEER配工藝規(guī)程和卡片[15]?，F(xiàn)已向國家版權保護中心申請軟件注冊，系統(tǒng)的修改完善及產(chǎn)品化研發(fā)工作正在進展之中[15]。對于尚處在設計階段的產(chǎn)品來說，可裝配性好壞最直觀的效果，莫過于在計算配裝配仿真的爭論進程，大體可分為兩個層次：裝配仿真的可視化手段和干預檢驗工具中的干預檢驗和報警；基于VR技術構造虛擬的產(chǎn)品裝配環(huán)境程和效果；兩個層次的進展對產(chǎn)品開發(fā)CEVR技術尚不成熟，且設備價格昂貴，所以其次層次的爭論不便深入與推廣，在國內尤其如此。相比而言，第一層次的爭論更具有現(xiàn)實意義，進展也更為快速。裝配過程仿真技術的進一步展望技術的進展，為實現(xiàn)設計過程的可視性和虛擬檢驗奠定了重要的根底。事實上，三維CAD設計、分析、仿真系統(tǒng)目前在興旺國家已得到7設進的流，仿的有用性。然而目前，裝配過程仿真的具體應用照舊很少，從事此方面爭論的科技人員大驗從建立有用系統(tǒng)的角度來說，裝配過程仿真系統(tǒng)主要面臨如下問題：裝配模型的重構與轉換基于零部件三維實體模型，從裝配工藝可實現(xiàn)性的角度對裝配體的層次構造關但CADCAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型千差萬別，在CAD據(jù)的信息以及其它參數(shù)信息的喪失。裝配規(guī)劃的生成技術裝配規(guī)劃就是尋求一條最優(yōu)的零件裝配挨次序列，由于創(chuàng)成式自動生成裝配規(guī)劃需要高度的智能化，難度較高，因此重點解決：如何更形象地表現(xiàn)裝配規(guī)劃過程中信息的動態(tài)流淌及其可視化；如何在生成裝配規(guī)劃過程中通過人機交互參加啟發(fā)性學問和融入人的智能。其它應用系統(tǒng)的集成問題工藝是設計和制造的橋梁，工藝的數(shù)據(jù)是產(chǎn)品全生命周期中最重要的數(shù)據(jù)之一，工藝數(shù)據(jù)同時是企業(yè)編排生產(chǎn)打算、制定選購打算、生產(chǎn)調度的重要根底數(shù)據(jù)，在企業(yè)的整個產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn)中起著重要的作用。由于不少企業(yè)CAD、CAPP、ERP的應用是分階段、不同時期應用的，目前還存在著信息的孤島，裝配工藝數(shù)據(jù)的價值還沒有得到有效的發(fā)揮和利用。CAD的裝配過程仿真系統(tǒng)將會向以下方向進展：協(xié)作的約束關系自動生成和識別裝配模型中的協(xié)作約束關系從總體上表達但是其零件間并未建立協(xié)作的約束關系，因而不能支持設計后的約束驅動修改。因此如何能依據(jù)約束特征來自動生成協(xié)作的約束關系是進展裝配仿真技術的一個重要內容。融入化，實現(xiàn)在虛擬環(huán)境下進展裝配規(guī)劃的生成。裝配干預檢查和協(xié)作力分析的智能化如應用多媒體技術使干預部位變色、果供給可視化的直觀形象，以利于優(yōu)扮裝配工藝。裝配術與產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫PDM結合當對機器進展故障診斷或修理更換某一有利于供給更準確的維護信息。虛擬裝配技術是將DFA技術與VR技術相結合,(VirtualAssemblyEnvironment,VAE)使裝配人員通過虛擬現(xiàn)實的交互手段進入VAE,利用人的才智直覺地進展產(chǎn)品的裝配/拆卸操作用計算機來記錄人的操作過程以確定產(chǎn)品的裝、拆挨次和路徑。一、虛擬裝配技術的爭論現(xiàn)狀面對虛擬裝配技術的爭論大體上可以分作兩個層次一是承受裝配過程可視化手段和干預檢查工具直觀地展現(xiàn)產(chǎn)品裝配過程中零、部件的運動形態(tài)和空間位置關系,并供給裝配序列的性能及其優(yōu)化結果。二是基于虛擬現(xiàn)實技術構造虛擬的產(chǎn)品裝配環(huán)境,操作人員有身臨其境的感覺并能通過視覺、聽覺和觸覺來感知產(chǎn)品的裝配挨次和效果。在美國由政府支持的爭論工程主要有TEAM(TechnologiesEnablingAgileManufacturing)、NAMT(tionalAdvancedManufacturingTestbed)、FTP(FastTrackProgram,USAirForce)具有代表性的有華盛頓州立大學與美國國家標準技術爭論所NIST合作開發(fā)的虛擬裝配設計環(huán)境VADE。開發(fā)VADE的目的是通過生成一個用于裝配規(guī)劃和評價的虛擬環(huán)境探究產(chǎn)品設計制造中運用虛擬現(xiàn)實技術的可能性。VADE由虛擬現(xiàn)實的軟、硬件組成它將CAD系統(tǒng)與沉醉式的虛擬環(huán)境結合在一起以保證設計人員沉醉于虛擬環(huán)境之中開展工作。頭盔式顯示器供給高質量的三維圖形電磁跟蹤裝置跟蹤探測用戶的頭部運動頭盔的顯示可依據(jù)用戶的頭部自動刷。配有手位和手勢跟蹤裝置,數(shù)據(jù)手套隨時監(jiān)視手指和手腕的動作。VADE的現(xiàn)產(chǎn)品的裝配挨次規(guī)劃等。VADE的主要功能特征為:1)從CAD到VR的自動數(shù)據(jù)轉換。2)從CAD系統(tǒng)捕獲裝配意圖并應用于虛擬環(huán)境。3)零件的交互式動力學模擬。4)掃掠體積生成與軌跡編輯。5)虛擬裝配環(huán)境中對零件構造參數(shù)的修改。6)裝配環(huán)境與零、部件初始位置的生成整個裝配環(huán)境可以在CAD系統(tǒng)中定義)。7)雙手裝配與靈活操作。8)支持虛擬裝配工具:VADE供給!手工具?與!?兩種交互方法并通過這兩種方法的協(xié)同進展虛擬環(huán)境中零件運動的掌握。美國亞利桑那州立大學Ye等,對傳統(tǒng)交互方式與虛擬現(xiàn)實交互方式中的裝配規(guī)劃進展了比照試驗。實驗對象分別在傳統(tǒng)環(huán)境TE)、非沉醉式桌面虛擬環(huán)境(DVR)、沉醉式CAVE環(huán)境(CVR)中進展裝配序列規(guī)劃。試驗說明,虛擬現(xiàn)實交互方式能顯著地提高裝配規(guī)劃的質量與效率。美國Wichita州立大學Rajan等開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實的產(chǎn)品裝配與夾具設計分析系統(tǒng)JIGPRO,將CAD系統(tǒng)中的產(chǎn)品裝配模型、裝配挨次約束、夾具模型、手模型導入到虛擬環(huán)境中進展虛擬過程仿真檢查零件與夾具之間的干預并進展人機工程分析以確保產(chǎn)品裝配工夾具設計具有良好的裝配性能和人機性能。美國Georgia技術爭論所Siddique等利用自動和交相互