虚拟装配

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虚拟装配(Virtual Assembly)

　　虚拟装配是指利用虚拟现实技术、计算机图形学、人工智能技术和仿真技术等构造虚拟环境以及产品虚拟模型，从而在产品装配过程中进行交互分析以及仿真产品装配过程和装配结果。

　　虚拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。通常有2种定义：

　　1.虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产品设计合理性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型重新进行定位、分析过程。

　　2.虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。

　　虚拟装配的一般过程虚拟装配不是三维模型的简单堆砌，虚拟装配过程要求在产品零部件三维模型完成后，根据零部件之间的约束条件、层次关系与装配关系，在虚拟现实环境中进行一系列的设计组装；这一过程必须包含足够的信息来支持装配决策，以判断零部件之间的可装配性。通过公差分析确定各零部件对象之间的公差分配，选择出最佳的装配顺序，并在此基础上进行相应的装配检验，从而对不合理的装配进行修改，达到优化设计的目的。对已设计好且录人数据库的装配设计可以直接从工程数据库中调用装配所需的数据。

　　虚拟装配是虚拟制造的重要组成部分，利用虚拟装配，可以验证装配设计和操作的正确与否，以便及早的发现装配中的问题，对模型进行修改，并通过可视化显示装配过程。虚拟装配系统允许设计人员考虑可行的装配序列，自动生成装配规划，它包括数值计算、装配工艺规划、工作面布局、装配操作所模拟等。现在产品的制造正在向着自动化、数字化的反向发展，虚拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节。

　　按照实现功能和目的的不同，目前针对虚拟装配的研究可以分为如下三类：以产品设计为中心的虚拟装配、以工艺规划为中心的虚拟装配和以虚拟原型为中心的虚拟装配。

　　1.以产品设计为中心的虚拟装配

　　它以产品可装配性的全面改善为目的，通过模拟试装和定量分析，找出零部件结构设计中不适合装配或装配性能不好的结构特征，进行设计修改．最终保证所设计的产品从技术角度来讲装配是合理可行的，从经济角度来讲应尽可能降低产品总成本，同时还必须兼顾人因工程和环保等社会因素。

　　2.以工艺规划为中心的虚拟装配

　　针对产品的装配工艺设计问题，基于产品信息模型和装配资源模型，采用计算机仿真和虚拟现实技术进行产品的装配工艺设计，从而获得可行且较优的装配工艺方案。

　　3.以虚拟原型为中心的虚拟装配

　　传统的虚拟装配系统都是以理想的刚性零件为基础，虚拟装配和虚拟原型技术的结合，可以有效分析零件制造和装配过程中的受力变形对产品装配性能的影响，为产品形状精度分析、公差优化设计提供可视化手段。

　　虚拟装配是在交互式虚拟装配环境中，用户使用各类交互设备（数据手套/位置跟踪器、鼠标/键盘、力反馈操作设备等） 像在真实环境中一样对产品的零部件进行各类装配操作，从而使得用户能够对产品的可装配性进行分析、对产品零部件装配序列进行验证和规划、对装配操作人员进行培训等。虚拟装配技术是多门技术的融合。从本质上讲它主要实现了两个层次的映射，即底层用产品数字化模型映射了产品物理模型，顶层用虚拟的装配仿真过程映射了真实的装配过程。

　　虚拟装配的分类按照实现功能和目的的不同，可以分为如下三类：

　　1、以产品设计为中心的虚拟装配：虚拟装配是在产品设计过程中，为了更好地帮助进行与装配有关的设计决策，在虚拟环境下对计算机数据模型进行装配关系分析的一项计算机辅助设计技术。基本任务就是从设计原理方案出发在各种因素制约下寻求装配结构的最优解，由此拟定装配草图。

　　2、以工艺规划为中心的虚拟装配：针对产品的装配工艺设计问题，基于产品信息模型和装配资源模型，采用计算机仿真和虚拟现实技术进行产品的装配工艺设计，从而获得可行且较优的装配工艺方案，指导实际装配生产。

　　3、以虚拟原型为中心的虚拟装配：虚拟原型是利用计算机仿真系统在一定程度上实现产品的外形、功能和性能模拟，以产生与物理样机具有可比性的效果来检验和评价产品特性。