虛擬裝配

　　基于虛擬現(xiàn)實的產(chǎn)品虛擬拆裝技術在新產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品的維護以及操作培訓方面具有獨特的作用。在交互式虛擬裝配環(huán)境中，用戶使用各類交互設備(數(shù)據(jù)手套/位置跟蹤器、鼠標/鍵盤、力反饋操作設備等)象在真實環(huán)境中一樣對產(chǎn)品的零部件進行各類裝配操作，在操作過程中系統(tǒng)提供實時的碰撞檢測、裝配約束處理、裝配路徑與序列處理等功能，從而使得用戶能夠對產(chǎn)品的可裝配性進行分析、對產(chǎn)品零部件裝配序列進行驗證和規(guī)劃、對裝配操作人員進行培訓等。在裝配(或拆卸)結束以后，系統(tǒng)能夠記錄裝配過程的所有信息，并生成評審報告、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，可以驗證裝配設計和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對模型進行修改，并通過可視化顯示裝配過程。虛擬裝配系統(tǒng)允許設計人員考慮可行的裝配序

　　列，自動生成裝配規(guī)劃，它包括數(shù)值計算、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)字化定義中的一個重要環(huán)節(jié)。

　　虛擬裝配技術的發(fā)展是虛擬制造技術的一個關鍵部分，但相對于虛擬制造的其它部分而言，它又是最薄弱的環(huán)節(jié)。虛擬裝配技術發(fā)展滯后，使得虛擬制造技術的應用性大大減弱，因此對虛擬裝配技術的發(fā)展也就成為目前虛擬制造技術領域內研究的主要對象，這一問題的解決將使虛擬制造技術形成一個完善的理論體系，使生產(chǎn)真正在高效、高質量、短時間、低成本的環(huán)境下完成，同時又具備了良好的服務。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系進行重新定位的過程，是有效的分析產(chǎn)品設計合理性的一種手段；從產(chǎn)品裝配過程來講，它是根據(jù)產(chǎn)品設計的形狀特性、精度特性，真實的模擬產(chǎn)品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實模擬裝配過程，以檢驗產(chǎn)品的可裝配性。

　　作為虛擬制造的關鍵技術之一，虛擬裝配技術近年來受到了學術界和工業(yè)界的廣泛關注，并對敏捷制造、虛擬制造等先進制造模式的實施具有深遠影響。通過建立產(chǎn)品數(shù)字化裝配模型，虛擬裝配技術在計算機上創(chuàng)建近乎實際的虛擬環(huán)境，可以用虛擬產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)設計中的物理樣機，能夠方便的對產(chǎn)品的裝配過程進行模擬與分析，預估產(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計人員。運用該技術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)品在市場中的競爭力。

　　虛擬裝配的分類

　　按照實現(xiàn)功能和目的的不同，目前針對虛擬裝配的研究可以分為如下三類：以產(chǎn)品設計為中心的虛擬裝配、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)品設計為中心的虛擬裝配

　　虛擬裝配是在產(chǎn)品設計過程中，為了更好地幫助進行與裝配有關的設計決策，在虛擬環(huán)境下對計算機數(shù)據(jù)模型進行裝配關系分析的一項計算機輔助設計技術。它結合面向裝配設計(DesignForAssembly，DFA)理論和方法，基本任務就是從設計原理方案出發(fā)在各種因素制約下尋求裝配結構的最優(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，找出零部件結構設計中不適合裝配或裝配性能不好的結構特征，進行設計修改。最終保證所設計的產(chǎn)品從技術角度來講裝配是合理可行的，從經(jīng)濟角度來講應盡可能降低產(chǎn)品總成本，同時還必須兼顧人因工程和環(huán)保等社會因素。

　　折疊以工藝規(guī)劃為中心的虛擬裝配

　　針對產(chǎn)品的裝配工藝設計問題，基于產(chǎn)品信息模型和裝配資源模型，采用計算機仿真和虛擬現(xiàn)實技術進行產(chǎn)品的裝配工藝設計，從而獲得可行且較優(yōu)的裝配工藝方案，指導實際裝配生產(chǎn)。根據(jù)涉及范圍和層次的不同，又分為系統(tǒng)級裝配規(guī)劃和作業(yè)級裝配規(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)線平衡等內容，是裝配生產(chǎn)的綱領性文件。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、操作空間的干涉驗證、工藝卡片和文檔的生成等內容。

　　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)在虛擬裝配實施對象、操作過程以及所用的工裝工具，均與生產(chǎn)實際情況高度吻合，因而可以生動直觀地反映產(chǎn)品裝配的真實過程，使仿真結果具有高可信度。

　　折疊以虛擬原型為中心的虛擬裝配

　　虛擬原型是利用計算機仿真系統(tǒng)在一定程度上實現(xiàn)產(chǎn)品的外形、功能和性能模擬，以產(chǎn)生與物理樣機具有可比性的效果來檢驗和評價產(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，虛擬裝配和虛擬原型技術的結合，可以有效分析零件制造和裝配過程中的受力變形對產(chǎn)品裝配性能的影響，為產(chǎn)品形狀精度分析、公差優(yōu)化設計提供可視化手段。以虛擬原型為中心的虛擬裝配主要研究內容包括考慮切削力、變形和殘余應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、以及計算結果可視化等方面。

　　折疊編輯本段虛擬裝配的構成

　　虛擬裝配由兩個部分組成，即由虛擬現(xiàn)實軟件內容(即vr)內容和虛擬現(xiàn)實(vr)外設設備 ，這兩個個協(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)實軟件內容：

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

　　虛擬現(xiàn)實(vr)外設設備：

　　虛擬現(xiàn)實技術的特征之一就是人機之間的交互性。 為了實現(xiàn)人機之間的充分交換信息，必須設計特殊輸入和演示設備，以影響各種操作和指令，且提供反饋信息，實現(xiàn)真正生動的交互效果。不同的項目可以根據(jù)實際的應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。