浅谈虚拟装配设计系统的特征及意义-杨月-(1)

122Design杨月吴庆锋沈阳斯林达安科新技术有限公司在产品设计中，产品装配过程和仿真占有极为重要的位置。机械产品的配合性、可装配性和可维修性是设计人员常易出错的地方，以往要到产品开发的后期，或最后装配甚至在投入使用一段时间后才能发现，导致零件的报废和工期的延误。而虚拟装配技术在设计阶段就能检验产品结构设计是否合理、方便装配和维修。虚拟装配，是虚拟现实在CAD/CAM中应用的一个重要领域。同时VA也是虚拟制造的关键部分。一、虚拟装配设计系统的类型及特点主要有两种虚拟装配系统:一种是JayaramS等人开发的一个“虚拟装配设计系统”——VADE系统:另一种是GuptaR等人提出的利用多模式虚拟环境的装配分析设计原型方法。VADE系统首先由参数化CAD系统(Pro/ENGINEER)生成装配模型；然后，VADE预处理器处理这些模型:零件的视觉属性(如颜色、纹理等)及零件的几何信息和装配信息自动提取；零件的公差、位置、方向及装配的零件集、装配约束一同提取给VADE系统。这样，用户就有了一个“预规划”装配方法。进入沉浸式的装配环境后，用户可以进行装配设计。在装配过程中，用户可选择、生成、修改装配轨迹或进行重装配。碰撞检测警告用户干涉和公差配合方面的问题。由VADE产生的轨迹信息、装配顺序信息、干涉信息等自动被CAD系统设计者利用。多模式虚拟环境的装配分析设计原型方法：这种方法不同于传统的基于表的装配方法，而是通过装配分析对装配方法进行评价，然后从多种方法中择优选择。先在这个系统中建立统一的物理模型，这个模型为环境中的“真实”物体提供动态交互，为用户和“真实”物体提供触觉交互。这个模型可以被处在面向装配设计的虚拟环境（VEDAVirtualEnvironmentforDesignforAssembly）中的听觉事件扩大。在这个系统中，设计者可以看到物体，听到物体相撞的声音，也可以通过触觉交互设备和力反馈感觉来操作物体。这个模型既可以仿真物体的重量、形状、大小和公差配合，还可以仿真摩擦力等物理特性。下面主要以VADE样机系统分析其系统配置和特征。二、虚拟装配设计系统VADE的系统配置及特征VADE样机系统由CirmsonTM工作站、RealityEngineTM图形加速卡和多通道控制板组成，支持两个头盔显示器。系统还选用了CyberGloveTM数据手套和TactoolsTM触觉反馈系统。其特征表现在以下几个方面:（1）从CAD系统到VR系统的自动数据转换；（2）现实环境和零件最初位置的创建；（3）在虚拟环境中用户和零件的交互作用；（4）零部件装配轨迹信息的编制；（5）VADE允许用户把零部件在装配过程中所掠过的空间作为装配轨迹记录下来，并且能在虚拟环境中编制、存储这些信息；（6）零件的动力学仿真；（7）在虚拟环境中参数设计的修改；（8）虚拟装配信息到CAD信息的转换。三、自动装配设计的缺点及虚拟装配设计的意义1.自动装配设计及其缺点传统的自动装配设计是一种学习拆卸的方法，即用拆卸序列和路径的逆序列，确定产品的装配序列和路径。这种方法尽管能够根据某些产品装配模型产生可行的装配序列和路径，其缺点是:（1）对拆卸来说是最佳的方案并不代表对装配也是最佳的方案；（2）当产品的结构较为复杂时，装配模型中的几何实体信息、三维几何配合约束信息、设计约束信息都将急剧膨胀，不可避免地会导致装配规划的组合爆炸，甚至可能导致后续的装配序列和路径规划难以完成。2.自动装配和虚拟装配的不同（1）在自动装配设计系统中，用拆卸序列和路径的逆序列来确定产品的装配序列和路径。而在虚拟装配设计系统中，工程师可以直接获得装配序列和路径；（2）在VADE中，用户将生成有价值的设计信息和进行决策分析，并将这些信息反馈到CAD建模系统。而自动装配设计只是探索一种适合机器人装配的装配序列和路径；（3）虚拟装配设计系统是一种学习、分析、评价并提高装配设计和操作过程的实际工具；自动装配设计系统可被用来寻找一些可行的装配过程设计；（4）虚拟装配设计系统适合有人参加的复杂装配操作，不适合大量零件的装配。自动化装配设计系统适合有许多零件的装配模型，而装配操作比较简单，并且通常由机器人完成。3.虚拟装配的意义（1）通过装配分析，技术人员可以在虚拟环境中对机构的各个零件进行运动分析。这样无须付出昂贵的代价，就可以得到产品生产的可行性，从而降低研制费用；（2）用廉价的数字模型，设计人员可以从多方面对产品进行观察和分析，从而得到重要的结论，并预见生产和装配的问题，同时可节省实物样机的制造费用；（3）利用虚拟装配设计系统也能分析维修过程中的问题，可以考虑所需工具、安全性、视线以及拆卸等，这样有利于提高产品的质量、可靠性等；（4）从设计到生产，更加周密的计划对减少材料和产品库存非常有利，降低了产品成本。四、结论（1）机械设计过程中的虚拟装配技术对于产品的合理设计，以及后续装配及维修具有重要意义。（2）重点分析研究了VADE系统和利用多模式虚拟环境的装配分析设计原型方法的虚拟装配设计系统，对VADE的系统配置及特征进行了讨论。（3）讨论分析了自动装配和虚拟装配的特点，分析表明借助虚拟装配设计系统，在虚拟环境中使用各种装配工具对设计进行检验，可以预见装配系统的完善性。摘要：通过对目前已有的VADE系统和多模式虚拟环境的分析，来讨论机械设计过程中的虚拟装装配设计技术的类型及特点、配置特征等，最后对其与自动装配之间的不同及优点进行分析。关键词：机械设计虚拟装配自动装配参考文献:[1]宋少云,李世其.基于物理的虚拟样机建模技术的研究[J].交通与计算机.2005(03).