虛擬裝配

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虛擬裝配(Virtual Assembly)

　　虛擬裝配是指利用虛擬現實技術、電腦圖形學、人工智慧技術和模擬技術等構造虛擬環境以及產品虛擬模型，從而在產品裝配過程中進行交互分析以及模擬產品裝配過程和裝配結果。

　　虛擬裝配是產品數字化定義中的一個重要環節，在虛擬技術領域和模擬領域中得到了廣泛的應用研究。通常有2種定義：

　　1.虛擬裝配是一種零件模型按約束關係進行重新定位的過程，是有效分析產品設計合理性的一種手段。該定義強調虛擬裝配技術是一種模型重新進行定位、分析過程。

　　2.虛擬裝配是根據產品設計的形狀特性、精度特性，真實地模擬產品三維裝配過程，並允許用戶以交互方式控制產品的三維真實模擬裝配過程，以檢驗產品的可裝配性。

　　虛擬裝配的一般過程虛擬裝配不是三維模型的簡單堆砌，虛擬裝配過程要求在產品零部件三維模型完成後，根據零部件之間的約束條件、層次關係與裝配關係，在虛擬現實環境中進行一系列的設計組裝；這一過程必須包含足夠的信息來支持裝配決策，以判斷零部件之間的可裝配性。通過公差分析確定各零部件對象之間的公差分配，選擇出最佳的裝配順序，併在此基礎上進行相應的裝配檢驗，從而對不合理的裝配進行修改，達到優化設計的目的。對已設計好且錄人資料庫的裝配設計可以直接從工程資料庫中調用裝配所需的數據。

　　虛擬裝配是虛擬製造的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗證裝配設計和操作的正確與否，以便及早的發現裝配中的問題，對模型進行修改，並通過可視化顯示裝配過程。虛擬裝配系統允許設計人員考慮可行的裝配序列，自動生成裝配規劃，它包括數值計算、裝配工藝規劃、工作面佈局、裝配操作所模擬等。現在產品的製造正在向著自動化、數字化的反向發展，虛擬裝配是產品數字化定義中的一個重要環節。

　　按照實現功能和目的的不同，目前針對虛擬裝配的研究可以分為如下三類：以產品設計為中心的虛擬裝配、以工藝規劃為中心的虛擬裝配和以虛擬原型為中心的虛擬裝配。

　　1.以產品設計為中心的虛擬裝配

　　它以產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品從技術角度來講裝配是合理可行的，從經濟角度來講應儘可能降低產品總成本，同時還必須兼顧人因工程和環保等社會因素。

　　2.以工藝規劃為中心的虛擬裝配

　　針對產品的裝配工藝設計問題，基於產品信息模型和裝配資源模型，採用電腦模擬和虛擬現實技術進行產品的裝配工藝設計，從而獲得可行且較優的裝配工藝方案。

　　3.以虛擬原型為中心的虛擬裝配

　　傳統的虛擬裝配系統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，可以有效分析零件製造和裝配過程中的受力變形對產品裝配性能的影響，為產品形狀精度分析、公差優化設計提供可視化手段。

　　虛擬裝配是在互動式虛擬裝配環境中，用戶使用各類交互設備（數據手套/位置跟蹤器、滑鼠/鍵盤、力反饋操作設備等） 像在真實環境中一樣對產品的零部件進行各類裝配操作，從而使得用戶能夠對產品的可裝配性進行分析、對產品零部件裝配序列進行驗證和規劃、對裝配操作人員進行培訓等。虛擬裝配技術是多門技術的融合。從本質上講它主要實現了兩個層次的映射，即底層用產品數字化模型映射了產品物理模型，頂層用虛擬的裝配模擬過程映射了真實的裝配過程。

　　虛擬裝配的分類按照實現功能和目的的不同，可以分為如下三類：

　　1、以產品設計為中心的虛擬裝配：虛擬裝配是在產品設計過程中，為了更好地幫助進行與裝配有關的設計決策，在虛擬環境下對電腦數據模型進行裝配關係分析的一項電腦輔助設計技術。基本任務就是從設計原理方案出發在各種因素制約下尋求裝配結構的最優解，由此擬定裝配草圖。

　　2、以工藝規劃為中心的虛擬裝配：針對產品的裝配工藝設計問題，基於產品信息模型和裝配資源模型，採用電腦模擬和虛擬現實技術進行產品的裝配工藝設計，從而獲得可行且較優的裝配工藝方案，指導實際裝配生產。

　　3、以虛擬原型為中心的虛擬裝配：虛擬原型是利用電腦模擬系統在一定程度上實現產品的外形、功能和性能模擬，以產生與物理樣機具有可比性的效果來檢驗和評價產品特性。