裝配過程仿真技術(shù)小結(jié)

2裝配過程仿真技術(shù)當(dāng)今世界，基于信息和學(xué)問的產(chǎn)品正在高速進(jìn)展，這要求制造企業(yè)以最短的產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間(Time)(Quality)(Cost)和價(jià)格及最正確的務(wù)(Service)－“TQCS“來贏得用戶和市場(chǎng)[5]。而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法，就是將系概念的現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)即虛擬制造。25%Tecnomatix技術(shù)開發(fā)的計(jì)算機(jī)關(guān)心生產(chǎn)工程(CAPE)產(chǎn)品涉及到了設(shè)計(jì)、優(yōu)化、制造可行性評(píng)價(jià)等技術(shù)；華盛頓州立大學(xué)開發(fā)的虛擬裝配設(shè)計(jì)環(huán)境(VADE)允許對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展打算、評(píng)估和轉(zhuǎn)變，并將CAD系統(tǒng)與沉醉式的虛擬環(huán)境嚴(yán)密結(jié)合在一起[6]。這些充分術(shù)己得到了長(zhǎng)足的進(jìn)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在并行工程中的應(yīng)用即虛擬裝配(VirtualAssembly,VA)等作為造業(yè)進(jìn)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(shí)際產(chǎn)品進(jìn)展試周期，降低產(chǎn)品開發(fā)本錢，提高產(chǎn)品快速響應(yīng)市場(chǎng)變化的力量。和制造過程的爭(zhēng)論等等。仿真是實(shí)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(shí)仿真(virtualrealitysimulation,VRS)3種仿真呈遞感、沉醉感和多維信息的人機(jī)交互性。虛擬制造的最終實(shí)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(yùn)行仿真模型→輸出結(jié)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(shí)現(xiàn)的主要過程[7~9]CIMSCE性的影響作用。可裝配性設(shè)計(jì)(DFA，DesignForAssembly)是實(shí)施并行工程(CE，ConcurrentEngineering)的支撐技術(shù)，對(duì)縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低裝配本錢從裝配這一重要側(cè)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(gè)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(shè)計(jì)階段利用計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)品的實(shí)或拆卸、單個(gè)裝配或拆卸操作、單個(gè)裝配或拆卸操作中的某次運(yùn)動(dòng)等。裝配過程仿真技術(shù)的進(jìn)展和應(yīng)用仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)展給虛擬裝配供給了一個(gè)強(qiáng)有力的技術(shù)支持。實(shí)擬制造系統(tǒng)的產(chǎn)生和進(jìn)展中得以實(shí)現(xiàn)的。2070Kimura[10]等人提出。一經(jīng)問世，性的技術(shù)，加之資金、人員方面的限制，目前只有美國(guó)波音的無圖紙飛機(jī)[11]、福特公司的虛擬產(chǎn)品開發(fā)方式[12]等技術(shù)較全面的引用了虛擬制造技術(shù)，其它一些機(jī)構(gòu)和企業(yè)僅能“虛擬”產(chǎn)品實(shí)施中的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)功能，如虛擬裝配、虛擬系統(tǒng)[12]。如，美國(guó)華盛頓大學(xué)的虛擬制造技術(shù)試驗(yàn)室進(jìn)展的用于設(shè)計(jì)和制造的虛擬環(huán)境VEDAM、用于設(shè)計(jì)和裝配的虛擬環(huán)境等，已經(jīng)初具規(guī)模，美國(guó)NASA用于哈勃望遠(yuǎn)鏡虛擬修理裝配的原型系統(tǒng)等[12]。歐洲以大學(xué)為中心也紛紛開展了虛擬制造技術(shù)爭(zhēng)論，如虛擬車間、建模與仿真工程等的爭(zhēng)論。日本在2060－70年月的經(jīng)濟(jì)崛起受益于先進(jìn)制造與治理技術(shù)的承受。日本對(duì)虛擬制造技術(shù)的以及虛擬工廠的構(gòu)造環(huán)境爭(zhēng)論[13]。例如，葡萄牙J.R.Galvao等所進(jìn)展的虛擬環(huán)境下的生產(chǎn)訓(xùn)練爭(zhēng)論；日本今村等人開發(fā)的虛擬關(guān)心設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)VSDSS，日本Ｎ.Abe等人開發(fā)的機(jī)械零件裝配性驗(yàn)證和裝配機(jī)器可視化系統(tǒng)以及覺察初學(xué)者在裝配虛擬機(jī)器時(shí)錯(cuò)誤操作的訓(xùn)練系統(tǒng)等[14]。6CAD／CAE／CAM和仿真技術(shù)等根底上進(jìn)展的，目前主要集中理論爭(zhēng)論和實(shí)施技術(shù)由于我國(guó)受到CAD／CAE／CAM根底軟件、仿真軟件、建模技術(shù)的制約，阻礙CIMS工程技術(shù)爭(zhēng)論中心爭(zhēng)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(guó)家版權(quán)保護(hù)中心申請(qǐng)軟件注冊(cè)，系統(tǒng)的修改完善及產(chǎn)品化研發(fā)工作正在進(jìn)展之中[15]。對(duì)于尚處在設(shè)計(jì)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(jì)算配裝配仿真的爭(zhēng)論進(jìn)程，大體可分為兩個(gè)層次：裝配仿真的可視化手段和干預(yù)檢驗(yàn)工具中的干預(yù)檢驗(yàn)和報(bào)警；基于VR技術(shù)構(gòu)造虛擬的產(chǎn)品裝配環(huán)境程和效果；兩個(gè)層次的進(jìn)展對(duì)產(chǎn)品開發(fā)CEVR技術(shù)尚不成熟，且設(shè)備價(jià)格昂貴，所以其次層次的爭(zhēng)論不便深入與推廣，在國(guó)內(nèi)尤其如此。相比而言，第一層次的爭(zhēng)論更具有現(xiàn)實(shí)意義，進(jìn)展也更為快速。裝配過程仿真技術(shù)的進(jìn)一步展望技術(shù)的進(jìn)展，為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的可視性和虛擬檢驗(yàn)奠定了重要的根底。事實(shí)上，三維CAD設(shè)計(jì)、分析、仿真系統(tǒng)目前在興旺國(guó)家已得到7設(shè)進(jìn)的流，仿的有用性。然而目前，裝配過程仿真的具體應(yīng)用照舊很少，從事此方面爭(zhēng)論的科技人員大驗(yàn)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(gòu)與轉(zhuǎn)換基于零部件三維實(shí)體模型，從裝配工藝可實(shí)現(xiàn)性的角度對(duì)裝配體的層次構(gòu)造關(guān)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(shù)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(dòng)生成裝配規(guī)劃需要高度的智能化，難度較高，因此重點(diǎn)解決：如何更形象地表現(xiàn)裝配規(guī)劃過程中信息的動(dòng)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(jī)交互參加啟發(fā)性學(xué)問和融入人的智能。其它應(yīng)用系統(tǒng)的集成問題工藝是設(shè)計(jì)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(shí)是企業(yè)編排生產(chǎn)打算、制定選購(gòu)打算、生產(chǎn)調(diào)度的重要根底數(shù)據(jù)，在企業(yè)的整個(gè)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(yīng)用是分階段、不同時(shí)期應(yīng)用的，目前還存在著信息的孤島，裝配工藝數(shù)據(jù)的價(jià)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(huì)向以下方向進(jìn)展：協(xié)作的約束關(guān)系自動(dòng)生成和識(shí)別裝配模型中的協(xié)作約束關(guān)系從總體上表達(dá)但是其零件間并未建立協(xié)作的約束關(guān)系，因而不能支持設(shè)計(jì)后的約束驅(qū)動(dòng)修改。因此如何能依據(jù)約束特征來自動(dòng)生成協(xié)作的約束關(guān)系是進(jìn)展裝配仿真技術(shù)的一個(gè)重要內(nèi)容。融入化，實(shí)現(xiàn)在虛擬環(huán)境下進(jìn)展裝配規(guī)劃的生成。裝配干預(yù)檢查和協(xié)作力分析的智能化如應(yīng)用多媒體技術(shù)使干預(yù)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(shù)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫PDM結(jié)合當(dāng)對(duì)機(jī)器進(jìn)展故障診斷或修理更換某一有利于供給更準(zhǔn)確的維護(hù)信息。虛擬裝配技術(shù)是將DFA技術(shù)與VR技術(shù)相結(jié)合,(VirtualAssemblyEnvironment,VAE)使裝配人員通過虛擬現(xiàn)實(shí)的交互手段進(jìn)入VAE,利用人的才智直覺地進(jìn)展產(chǎn)品的裝配/拆卸操作用計(jì)算機(jī)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(shù)的爭(zhēng)論現(xiàn)狀面對(duì)虛擬裝配技術(shù)的爭(zhēng)論大體上可以分作兩個(gè)層次一是承受裝配過程可視化手段和干預(yù)檢查工具直觀地展現(xiàn)產(chǎn)品裝配過程中零、部件的運(yùn)動(dòng)形態(tài)和空間位置關(guān)系,并供給裝配序列的性能及其優(yōu)化結(jié)果。二是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)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(guó)由政府支持的爭(zhēng)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(xué)與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)爭(zhēng)論所NIST合作開發(fā)的虛擬裝配設(shè)計(jì)環(huán)境VADE。開發(fā)VADE的目的是通過生成一個(gè)用于裝配規(guī)劃和評(píng)價(jià)的虛擬環(huán)境探究產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的可能性。VADE由虛擬現(xiàn)實(shí)的軟、硬件組成它將CAD系統(tǒng)與沉醉式的虛擬環(huán)境結(jié)合在一起以保證設(shè)計(jì)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(zhì)量的三維圖形電磁跟蹤裝置跟蹤探測(cè)用戶的頭部運(yùn)動(dòng)頭盔的顯示可依據(jù)用戶的頭部自動(dòng)刷。配有手位和手勢(shì)跟蹤裝置,數(shù)據(jù)手套隨時(shí)監(jiān)視手指和手腕的動(dòng)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(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。2)從CAD系統(tǒng)捕獲裝配意圖并應(yīng)用于虛擬環(huán)境。3)零件的交互式動(dòng)力學(xué)模擬。4)掃掠體積生成與軌跡編輯。5)虛擬裝配環(huán)境中對(duì)零件構(gòu)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(gè)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(jìn)展虛擬環(huán)境中零件運(yùn)動(dòng)的掌握。美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)Ye等,對(duì)傳統(tǒng)交互方式與虛擬現(xiàn)實(shí)交互方式中的裝配規(guī)劃進(jìn)展了比照試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)對(duì)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(jìn)展裝配序列規(guī)劃。試驗(yàn)說明,虛擬現(xiàn)實(shí)交互方式能顯著地提高裝配規(guī)劃的質(zhì)量與效率。美國(guó)Wichita州立大學(xué)Rajan等開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品裝配與夾具設(shè)計(jì)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(dǎo)入到虛擬環(huán)境中進(jìn)展虛擬過程仿真檢查零件與夾具之間的干預(yù)并進(jìn)展人機(jī)工程分析以確保產(chǎn)品裝配工夾具設(shè)計(jì)具有良好的裝配性能和人機(jī)性能。美國(guó)Georgia技術(shù)爭(zhēng)論所Siddique等利用自動(dòng)和交相互