装配仿真技术

装配仿真技术（精选12篇）

装配仿真技术 篇1

本文在对装配仿真技术进行研究的基础上, 对机翼结构与装配技术和装配工艺及仿真验证进行详细分析。

1 装配仿真技术

数字化装配仿真技术简称装配仿真技术, 人们通常对该技术的理解停留在运用虚拟的形式对该转配技术展开设计。从现实角度来看, 首先, 物体的物理模型受到虚拟模型的映射而产生;另一方面, 现实物体装配过程以虚拟转配过程来进行代替检验。现阶段, 应用该技术最主要的目的是希望实现有效验证相关设计成果是否能进行有效组装和拆卸, 并提供相关验证结果, 供设计人员在接下来的工作中更好地进行参考和设计。同时, 还可以实施装配规划, 通过多次组合和尝试, 最终得出最佳装配工艺方法, 对接下来真实的配件生产产生极大的指导作用。现阶段, 该技术在真实的生产过程中主要包含人机工程仿真、装配顺序仿真等内容。

该技术在使用过程中最大的优点在于设计产品的过程中, 虚拟环境能实现有效检验和优化设计方案和制作工艺。由于虚拟装配在实际装配实施以前进行, 能在实际操作之前及时了解该设计及装配中的缺陷和不足, 从而减少实际生产过程中的失误[1]。现阶段, 飞机装配过程中, 数字化装配仿真技术的应用越来越广泛, 该技术的水平也得到不断提高。

2 机翼结构与装配技术

本文在对装配仿真技术及其在飞机装配中的应用进行研究的过程中, 以机翼结构和装配工艺为例进行讲解。值得注意的是, 飞机整体的构造中, 较高的精度要求存在于机翼外形构造中, 在某通用飞机的机翼中, 翼肋和纵墙等是其主要构成部分, 而内部拥有较多的钣金部件, 大量的装配及复杂的结构是导致复杂装配工艺产生的基础, 因此, 在进行装配的过程中, 机翼装配型架必不可少。

现阶段, 机翼转配过程中采用的联接工艺仍以传统的铰接和螺纹联接等为基础, 再加上机翼的外形在飞机中具有非常重要的作用, 却需要应用小刚度的薄壁和钣金部件, 因此, 容易在装配过程中导致变形和应力的发生, 从而使定位工作必须由装配型架来完成, 其在使用过程中以确保装配件被夹紧为主, 并在装配中提供较高的准确度[2]。在进行实际制作的过程中, 零配件的固定应由定位器来进行, 促使其始终保持应当的位置;而机翼外部造型精确度的确定应由卡板来实现。

在装配机翼的过程中, 应根据不同的状况进行实际操作, 通常状况下可以首先在蒙皮、翼肋等部件的组装过程中应用单个零件, 同时还包含耳片和加强筋等部件的安装;其次, 翼尖和副翼的组装过程中, 应由次级组件来进行;最后, 总体装配机翼[3]。

3 装配工艺及仿真验证

在对装配工艺及仿真验证进行探讨的过程中, 本文仍以机翼为例进行讲解。首先, 应确定仿真环境, 这里应用DELMIA, 之后导入工装型架和三位数字两种模型, 当然, 这两种模型是经过精心设计的, 在该环境中, 调整相应位置的联系。创建装配仿真工艺流程的过程中, 需要严格按照装配顺序来实施, 并在该过程中将工装信息和装配仿真工艺紧密连接起来, 在这一切准备活动以后, 就能有效构建并调整相关工艺流程顺序, 并将相关资源模型和产品指派到设计好的流程和节点中, 充分验证有效性在该流程中的体现。

3.1 验证装配顺序

在验证装配顺序的过程中, 应充分考虑相关资源信息、流程和产品信息等, 同时还应充分运用已经定义好的装配路径, 以促使三维动态仿真在产品的装配流程中真正实现。分析装配流程的过程中, 应在DPM中实现, 从而充分有效分析并检测距离与间隙、运动空间及装配所需的时间等。在计算机中, 统计并结合各种分析结果, 并将相关数据分析结果及时提供给设计人员, 促使设计人员更加直观地面对相关装配空间、路径及顺序中的不足, 并在接下来的设计中对其进行优化, 指导促使整个装配工艺实现科学合理。

3.2 检查装配干涉

在应用DELMIA进行装配仿真时, 该环境会提供大量的干涉检测功能, 例如, 仿真工具条内部存在的摩擦检查设备, 能对运动过程中不同零部件和工装等产生的干涉进行充分检测。一旦干涉被系统发现, 就会自动警报, 同时会在对干涉进行检验后自动将报告提供给工作人员, 干涉区域、内容及零件等是该报告的主要内容, 这样会促使相关工艺设计人员就能及时分析干涉产生的原因, 同时也能以最快的速度调整和修改不科学的装配工艺。例如, 在对机翼实施装配仿真时, 可能会出现开合时蒙皮同卡板产生互相干涉, 同时还会体现出降下架时机翼的局部干涉。这样一来, 设计人员就能在相关报告的基础上仔细分析, 及时调整。但是, 尽管如此, 机翼在实际生产过程中仍会产生一定程度的干涉现象, 此时, 还应继续进行分析, 从而得知不同零件在生产过程中会产生一定程度微小的误差, 这些误差不断积累, 在实际应用过程中就会产生较大的问题, 从而引起严重的装配变形等现象。尽管如此, 应用该技术进行装配仿真后, 在实施生产中仍比传统生产技术中的误差和干涉较少。

4 结语

在科学和信息技术不断进步的背景下, 我国在进行飞机装配过程中应用了装配仿真技术, 促使设计人员能在虚拟的环境中更具体地观察飞机各部件的组装及设计环节, 并及时发现设计中存在的不足, 进行修正, 从而使实际生产过程中的失误大大减少, 提高飞机制作效率, 有效降低成本。同传统飞机装配技术相比, 该技术的应用具有重要价值, 值得我国相关部门进行研究和应用。

参考文献

[1]李晓枫, 王仲奇, 康永刚.基于DELMIA的装配过程仿真及其在飞机数字化柔性工装设计中的应用[J].锻压装备与制造技术, 2012, (6) :92-95.

[2]应征.飞机部件数字化调姿过程建模与仿真关键技术研究[D].杭州:浙江大学, 2013.

[3]邹爱丽, 王亮, 李东升, 等.数字化测量技术及系统在飞机装配中的应用[J].航空制造技术, 2011, (21) :72-75.

装配仿真技术 篇2

飞机数字化装配技术

飞机产品数字化设计制造技术以全面采用数字化产品定义.数字化预装配、产品数据管理、并行工程和虚拟制造技术为主要标志,从根本上改变了飞机传统的设计与制造方式,大幅度地提高了飞机设计制造技术水平.

作 者：许旭东 陈嵩 毕利文 杨红宇 作者单位：成都飞机工业(集团)有限责任公司刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(14)分类号：V2关键词：

电器盒自动装配技术的探讨 篇3

摘要：本文首先分析电器盒组装技术，通过采用自动化成线生产方式代替人工工序，探讨电器盒自动装配的可行性及解决方案，最后电器盒自动装配技术具有较好的实施效果及应用。

关键词：电器盒；自动化；装配技术

1.电器盒组装技术分析

（1）通过对电器盒组装段结构工序进行分析，得出电器盒组装工艺都包括了以下程序：第1人在散热器上剝贴矽胶片→第2人进行刷涂散热膏→第3人安装散热器及锁螺钉→第4人安装PCB板→第5人预打模块螺钉→第6人预紧模块螺钉→第7人锁紧模块螺钉→第8人锁主板螺钉等，这些均有共同点。

（2）设备工艺布局优化分析：为提高非标自动化设备的成功率和可靠性，优先考虑工序分解满足关键工艺设备的自动化要求；为满足生产要求，需考虑采用自动化成线生产方式替代人工工序间传送；为了均衡各自动化工序节拍，需分解某些复杂的手工工序（如将第3人装

散热器和锁螺钉工序分为装散热器工序和固定散热器工序）；为替代人工检验工序，需考虑在某些重要工序后进行设备自动检验（即NG品的自动剔除）；最后自动化线体规划还要考虑到工序前后的接驳。

2.电器盒自动装配技术的目标

（1）自动化目标：实现电器盒注塑件（A）、散热器（B）、矽胶片（C）、散热膏（D）、PCB主板（E）和螺钉（F）等零部件的自动化装配。

（2）生产目标：联机生产同一种产品的单个节拍时间≤13s/件。

（3）质量目标：设备整体自动化装配的质量合格率要求≥99.1%（去除人工误操作因素），且最后一道工序（合格品的取出）为100%的合格品。

3.电器盒自动装配的解决思路和方案

为实现以上目标，分解和制定了以下自动化实施方案进行评估验证过程。

3.1 规划设计电器盒自动装配线的整个工艺布局可行性方案

具体生产线流程如下：

电器盒工装自动上线→第1人将电器盒外壳和主板放置到电器盒工装上→自动贴矽胶片（辅线）第2人批量放置散热器到输送线上→机械手抓取散热器放置到电器盒工装上→自动刷涂散热膏→机器人自动装配散热器→自动拧螺钉固定散热器→不合格品（NG）自动取出工位→第2人取PCB板装配到电器盒上→自动预打主板散热器上的5个M3螺钉→自动预紧主板散热器上的5个M3螺钉→自动锁紧主板散热器上的5个M3螺钉→自动拧主板上的1颗ST4.2×9.5TB的螺钉→不合格品（NG）自动取出→电器盒部件（合格品）自动出料到接驳皮带线上（同时电器盒外壳工装自动返回）→电器盒部件（合格品）进入人工接线工位

3.2 部分重要工序的自动化可行性解决方案

3.2.1 电器盒自动传送定位解决方案

（1）为满足生产线连续多工位自动化装配要求，将电器盒工装的主体结构设计为工装板形式，为保证工装板的强度和刚度，减轻重量和考虑到易切削加工性、导电性和防静电要求，传送工装主体采用铝合金（6063）压制钢板。

（2）为保证设备传送过程中的精度，保证输送工装的耐磨性，采用镶边形式。

（3）与输送倍速链条滚轮接触的工装板两侧底部采用调质中碳钢（40Cr）镶边，以主体工装主体不被链条的滚轮磨掉。

（4）在工装定位过程中，与输送线上阻挡器接触的工装板前后两侧，采用调质中碳钢（40Cr）镶边，以防止工装板前端被阻挡器上端滚轮碰花、划痕而精度失效。

（5）为保证工装板传送过程中的精确定位，采用的先是阻挡器粗定位，再进行定位销和定位套（工装板上镶入定位套）的精确定位方式。具体流程为：接近传感器检测工装板到自动化工位→阻挡气缸上升→阻挡气缸上的滚轮挡住工装板前端U型槽口→升降气缸通过导柱导

套带动定位销（通过圆柱销（1个）和菱形销（3个）组合定位原理）插入工装板上相应的定位套中→上升到位（采用机械限位，使工装板每次均升到同一高度，不受链条磨损影响）→实现工装板的精确定位。

3.2.2 自动装配散热器解决方案（5ST），自动化流程如下：

（1）工装到达以后，通过付加在工装下部的检出跟踪器，接近开关将变成ON，确认工装到达；

（2）工装被确认到达后，工装的定位销将上升，将工装固定于指定的位置（定位销有4支）；

（3）散热器安装到电气盒的卡扣部，如上图那样，将散热器倾斜，嵌入卡扣按押进去，然后将散热器垂直插入即安装完成；

（4）安装完成后，安装工装的指定的位置；

（5）安装确认，若是Power Box的Hand侧的2支浮动Pin能设置安装正确认的话，Pin上升，近接Sensor能确认移动安装；

（6）安装完了后的散热器 Hand，Unchuck后，返回至指定位置；

（7）电气盒用Hand也将Unchuck，返回指定位置；

（8）set完了后，治具pallet定位pin下降，治具pallet通过链式输送带搬送至下一工位。

3.2.3 模块自动打螺钉1解决方案（9ST），自动化流程如下：

（1）工装到达以后，通过付加在工装下部的检出跟踪器，接近开关将变成ON，确认工装到达；

（2）工装被确认到达后，工装的定位销将上升，将工装固定于指定的位置（定位销有4支）；

（3）拧螺丝将分3段进行，首先螺丝到位前高速，低扭力进行。数显伺服电动螺丝批可以自由设定扭力和分段拧螺丝。拧紧扭力在0.03N·M～0.2N·M间可调节。

（4）有关于螺丝拧紧时的检查，螺丝有无的检出，浮起检出，滑牙（螺纹不良）检出，依各类检出判断其OK，NG。NG的时候，搬送工装上的NG FLAG会被推出，下一工序开始的作业不实施，NG品由NG取出部取出。

（5）拧完螺丝后，工装定位销下降，工装通过链式输送带送至下一工位。

4.电器盒自动装配技术实施的效果（如表1）

表 1 电器盒自动装配技术实施的效果

5.电器盒自动装配技术的应用总结

（1）此次高精尖非标自动化设备研发，是一次大的设计理念洗礼，方案从设计、工艺源头进行了剖析，对结构和部分定位尺寸做了很多标准化的优化改善以适应设备自动化要求，不仅减少了产品的种类，减少了自动化产品切换时间，更多的是提高了产品的一致性，使不同批次产品做到了通用互换性。

（2）通过此次高精尖非标自动化设备研发，不仅突破了多项核心技术，更多的是掌握了很多未知非标设备研发的严谨性，进一步优化了非标设备研发流程。

（3）设备非标研发过程跌宕起伏，虽历经了20余次调研和试验分析，自动化工艺布局方案审定、结构改进评审、产品结构改善、自动化工艺参数确定、工艺质控评审、安全评审、生产试用评审等工作，也通过现场长时间的蹲点，反复观察问题点发生，不断对问题点进行总结，不断商对解决方案进行了多次长时间的生产验证，最终达到了预期目标。

参考文献：

[1]郭运波，路长厚.基于变压器油箱的自动装配系统的开发[J].机械设计与制造，2008（02）.

[2]王小牧.西门子PLC在底火成品自动装配线中的运用[J].机床电器，2006（04）.

装配仿真技术 篇4

虚拟装配[1]是实际装配过程在计算机上的本质体现,它利用计算机仿真技术,结合虚拟现实技术,在虚拟环境中通过建模仿真等交互操作,在计算机上实现装配的全过程。虚拟装配是虚拟制造技术的重要组成部分,主要用于产品设计,给工程设计领域带来了全新的设计环境,便于整体考虑设计合理性和装配。利用虚拟装配技术,可以验证装配设计和操作的正确性,及早地发现装配中的问题,对产品模型进行修改,并通过可视化技术显示装配过程。现在利用虚拟装配系统进行装配任务培训也有很好的应用前景[2]。

1虚拟装配任务培训系统

在传统工程环境中,装配人员是通过分析二维工程图纸以及装配工艺规划来识别装配任务。虚拟装配将虚拟样机和直接操作方式结合在一起,提供的是实物装配过程的行为模拟。通过虚拟现实系统,装配工人能够在虚拟环境中观察产品的装配过程并直接操作零件模型,从而有效地促进了装配工人对装配任务的理解和感知。可以通过虚拟装配过程的训练,使操作工人熟练掌握机器装配的操作技能,对难度较大、成本较高、有挑战性的装配将是很好的演习训练机会。与传统方式中的装配任务培训相比,基于虚拟现实与增强现实的装配任务培训能显著地提高用户进行实际产品装配的效率与质量。

虚拟装配任务培训系统开发主要包括零部件建模[3]和模型交互两部分内容。常用三维建模软件包括Pro/E、Solidworks、CATIA等机械建模软件和3DMAX、Lightwave 3D、Maya等动画建模软件。EONStudio是一种可以让使用者快速简单地将生产研发与行销整合的3D模拟互动工具,经常被用于制作产品的虚拟演示,适用于编程交互开发方面。EON易于与3DMAX、VRML等大部分3D建模软件结合,不用担心档案格式相容性的问题,是虚拟装配任务培训系统开发的有力工具。具体过程通常是利用机械建模软件Pro/E等进行精确建模,通过模型转换软件将模型转换为可进行材质和贴图处理的格式,利用3DMAX、PhotoShop对模型进行材质处理,美化模型,使之更具有真实感,通过EON Studio进行虚拟环境的建设和模型驱动,然后进行界面的处理工作,进一步美化界面,并且利用多媒体等开发出一套完整的可以应用于宣传、教学、培训等的虚拟装配系统。其开发过程如图1所示。

2应用实例

以火车转向架虚拟拆装系统开发为例。该系统着重对火车转向架系统的各部分组成结构进行拆装演示。首先在Pro/E软件中建立火车转向架(包括各个零部件)的精确三维模型,然后通过VRML格式导入到3DMAX中进行材质处理,完成后存为3ds文件。这里我们不再具体讲述三维模型的建立和处理过程,重点讲述如何将模型导入到EON Studio场景中,并对模型进行驱动,实现模型交互,从而完成虚拟装配的过程。其具体步骤如下。

2.1模型导入

首先在Simulation Tree(场景的整体树状架构图)建立一个Frame框架节点,模型的所有功能及所在环境的位置、比例都在这个框架中。然后选择file→import,选择要导入的模型文件格式,本例中文件格式为3ds,选择相应的模型文件,并将该文件路径复制到additional search paths中,点击OK后即可将模型导入这个框架中,导入模型后的虚拟场景显示如图2所示。

2.2模型交互

要实现模型交互首先要完成对各个功能节点的设置,然后才能进行功能的实现。

2.2.1 功能节点设置

功能节点设置主要包括设置框架节点Frame,网格节点Mesh2,材质贴图节点Texture2,点击触发节点ClickSensor,位置运动节点Place,以及脚本节点Script等。

框架节点Frame是一个最为常见的节点,可以拖动任意节点至它的下面;框架节点作为父节点,可以设置它的子节点的平移、旋转及比例;框架节点可以用来群组多个节点,合理利用它可以优化模拟程式的结构。网格节点Mesh2是用来存储3D模型的节点,它能够存储.X或.EOX文件。在Eon Studio5.2版本中,模型导入后,自动生成Mesh2节点。材质贴图节点Texture2将图像贴附在物体的表面,或者是包覆在物体四周,使模型物体看起来真实感更强。在本实例中,模型在3DMax中完成的UV贴图,转化为.3ds格式,模型导入构成中选取相应贴图的文件路径,生成的场景中则会自动创建Texture2,保存各零部件的材质。点击触发节点ClickSensor放置于某个物件的框架节点中,在Routes视窗中连到某个节点上,可以起到点击物件时触发它的某个事件的作用,如声音、运动等。

位置运动节点Place可以将物体目前的位置或方向,移动到另一个位置或方向,其父节点必须支持平移或旋转的功能。Place属性设定框,可以设定物体新位置和方向、运动方式及运动时间,移动位置的设定方式可以是相对位置或绝对位置。本实例中所有零部件的运动都是由Place节点来实现的,通过设置place节点的属性,获得需要的运动方式。

脚本节点Script是所有节点中最为灵活的,它允许设计者用VBScript或JScript创建用户自己的节点,并且进行各种操作。本实例中拥有大量ClickSensor节点,而ClickSenor节点默认状态是激活的,为保证最终的拆装顺序合理,使用一个Script节点控制ClickSensor节点。为使绝大多数的ClickSensor节点的初始状态为不激活,设置如下代码:

此外,本实例中还使用了KeyboardSensor,Group,MultiMaterial等节点。

为方便用户更好的选择视角,使用了ObjectNAVLITE这个原型。ObjectNAVLITE可以方便的使用鼠标对物体进行旋转、平移和缩放(注意:在EON的虚拟环境中,这些改变的都是用户的视角)。

2.2.2 功能实现

本实例中各零部件的运动方式均是通过设定的拆装顺序,控制ClickSensor的激活状态,层层推进。本环节主要解决的是大量零件依次有序地进行精确运动的问题[4],称之为连续复杂路径排列。该问题的解决需要专业设计或维修人员的指导。对零件拆卸和装配的次序进行设计,路径进行合理计算,并保存到各自的Place节点中。其中每一部分零件的主体过程如图3所示。

按照功能节点设置步骤中的方法,在Routes视窗中设置各节点属性如图4所示。

首先设置ClickSensor结点的输出属性为OnButtonDownTrue,即在点击鼠标时有输出事件。然后设置Place结点的输入属性为SetRun,实现的逻辑关系是在接受到鼠标点击事件后Place节点开始运行。然后设置Place节点的输出属性为OnRunFalse,即在Place节点运行完毕之后输出事件,ClickSensor的输入属性为SetRun_,即接收Place节点的输出事件后ClickSensor为不运行,ClickSensor将不起作用,这样做的目的是避免与其他ClickSensor节点产生混乱,相互影响。按照上面设置逻辑的方法,将整个系统的逻辑窗口设置如图5所示。

以上完成了节点的属性设计和逻辑关系设计。运行后操作过程中界面显示如图6,点击分解或组装按钮后将出现开始分解或开始组装的提示,按照提示点击鼠标将完成操作过程。

3结论

机械产品在使用过程中会出现大量的维修事件,维修人员培训就成为职业培训的一项重要内容。然而,并不是所有的培训环境都有足够的实物样机,况且,这些实物样机有时会是昂贵的,很难满足大量重复装配训练的要求。虚拟装配正是解决这一实际困难的最佳选择。尤其是桌面虚拟环境,更是以其设备廉价而大有普及的趋势。基于网络的虚拟装配任务培训也是一个极具生命力的研究领域,具有很大的市场潜质和应用价值。

摘要：以火车转向架虚拟拆装系统开发为例,叙述了开发虚拟装配任务培训系统的开发过程。使用Pro/E、3DMAX等软件建立三维模型后,导入EONStudio软件中进行模型驱动。详细描述了如何在EON中进行功能节点设置和通过连续复杂路径排列控制大量零件依次有序地进行精确运动的问题。虚拟装配任务培训系统以其直观、廉价、交互性好和可重复操作等优良特性,具有很大的市场潜质和应用价值。

关键词：虚拟装配,装配任务培训,系统开发,EON Studio

参考文献

[1]赵鸿宇.虚拟装配技术概述.计算机仿真,2006;(10):273—276

[2]赵经成.虚拟仿真训练系统设计与实践.北京:国防工业出版社,2008

[3]郑轶,宁汝新,刘检华,等.虚拟装配关键技术及其发展.系统仿真学报,2006;(03):649—654

焊接结构装配技术操作规程 篇5

1、主题内容和适用范围

本标准规定了焊接结构件装配的操作规程

本标准适用于本厂各种焊接结构的装配

2、引用标准

YB/JQ   101.1    钢铁企业机修设备制造通用技术条件   焊接结构件

3、准备工作

3．1熟悉图纸和工艺文件，了解焊接结构的特点和技术要求，考虑装配措施、装配顺序。

3．2根据焊接结构的要求，并结合车间情况，选择合理的装配作业场地。准备好装配平台，装配用工具和胎夹具。自制胎夹具应有以下要求：

3．2．1结构简单，使用方便，能够保证产品精度要求。

3．2．2装拆方便，安全可靠。

3．2．3尽可能做成通用的胎夹具。

3．3根据图纸检查零件尺寸、数量是否符合规定，对于领用的标准件、外购件必须是验收合格品，不合格的不能使用。

3．4装配零件必须清理、矫正

3．4．1气割零件的边缘和气割焊接坡口面应清除挂渣飞溅，对重要的焊接头，其坡面必须用砂轮打磨光亮。

3．4．2手工焊焊缝两侧10 mm内，应将氧化皮油污及其他脏物清除干净。

3．4．3对于自动焊焊缝和角焊缝，应将焊缝两侧30—40 mm范围内的铁锈、油污等脏物清除。

3．4．4零件必须矫正，并符合图纸和工艺的要求，才可用于装配。

3．5根据零件的材质、板厚选取合适的定位焊方法，并调整好相应的工艺参数。

4、装配

4．1为保证质量，根据焊接结构的形状特点，应尽量选用以下的装配方法：

4．1．1按预先划好的位置线或地样进行装配。

4．1．2按档板、定位夹具、胎型进行装配。

4．1．3按预先制作的工艺孔、槽及凸台等进行装配。

4．2大型复杂的结构先部分组装，后整体组装。

4．3对需在工地组装的焊接结构，按工艺规定进行装配。

4．4装配焊接结构的定位焊要焊牢，不得有缺陷。

4．4．1定位焊长度一般为5—30mm，间距按强度要求确定，一般约300—400mm。

4．4．2定位焊缝要对称，不得在焊缝交叉处定位焊，且要离开交叉处50mm左右定位焊。

4．4．3定位焊焊缝不许超过焊接要求焊缝的1/2高度。

4．4．4定位焊焊缝出现裂纹，必须铲除重焊。

4．4．5定位焊要用与正式焊接同型与的焊条，焊条直径可根据工作厚度选取（见表1）

表1           定位焊焊条规格

4．5装配时要充分注意焊接变形对几何尺寸的影响，采取必须的措施。

4．5．1按工艺要求严格控制焊缝的装配间隙。

4．5．2装配时相邻焊缝间距不得小于300 mm。

4．6拼接装配

4．6．1拼接要在平台上进行，接口间隙按工艺要求，板面错移不大于2 mm。

4．6．2除工艺要求外，凡20 mm以上钢板拼接须在接口处放置与接口形式相同的引弧板、熄弧板，长度水小于50 mm。

4．6．3V型坡口的板斜拼接，必须考虑收缩弯曲，需在装配时顶弯，其两头坡度1：200间隙2 mm。

4．6．4对接接头错偏量应小于钢板厚度的1/20，但最大不超过2 mm。

4．7装配搭接接头，长度偏差不大于+5 mm、-2 mm。

4．8圆形管状工件装配

4．8．1先对直缝，后对腰缝，必须两头平齐，曲率均匀。

4．8．2相邻两节圆筒的纵焊缝要错开，其错开距离不小于200 mm。

4．8．3圆节的曲率用2/5—1/3圆周的样板检测，检测合格后再点固。

4．9各种型钢接头装配，必须按照工艺要求进行。

4．10装配好的结构，应在其变形的方向施加外力，造成限制变形的条件，或反变形。若结构对称，可将两结构件背面联在一起，以减少焊接变形。

大型飞机数字化装配技术初探 篇6

关键词：数字化装配 飞机 发展

中图分类号：V262.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（c）-0096-01

强化飞机数字化装配技术，实现数字化装配工艺设计，是增强我国飞机制造装配的重要手段。我国拥有自主的飞机数字化装配技术，不但能够增强我国飞机制造能力，还有利于增强我国核心技术竞争力。

1 大型飞机数字化装配技术现状

随着技术的发展，飞机制造对飞机装配技术提出了更高的考验。在当前的飞机技术要求下，传统的飞机装配技术已经难以满足当代飞机制造要求。虽然我国飞机装配技术在近年来得到了发展，航空企业并对技术进行了提升，但是仍然存在问题。我国在飞机装配技术方面的经验欠缺且研究时间较短，另外我国在飞机装配技术投资方面资金投入不到位，难以提供有效的财力支持。飞机设计制造没有实现全面进步，飞机设计装配技术还在使用串行模式进行生产，技术在不断发展，数字化处理成为了飞机进行装配必要的技术，不过我国在飞机装配方面应用数字化能力不强，数字化的应用在飞机装配的过程中仅用于小规模生产当中[1]。另外，飞机装配与飞设计工序存在脱节的现象，这使得飞机装配工作完成后进行技术协调存在难度，生产返工率升高。当前我国在装配技术上也应用了数字化技术，但多数是使用模拟传输的方法进行进行装配工作。当前飞机装配主要应用的手段是利用专用工装装备与安全光学仪器来进行测量，难以在数字化技术方面形成突破，抬高了飞机制造成本。

2 大型飞机数字化装配技术分析

2.1 自动化精密制孔

在飞机装配中，几乎每一个连接都是机械连接，这是一种以铆钉与螺栓作为固定的连接方式。在进行连接之前需要进行打孔，我国由于技术能力，在飞机装配技术方面仍旧使用人工方式进行打孔，人工打孔不能对尺寸、精准度做到有效保障，因此在打孔工序中孔的质量高低难以得到保证[2]。为了提高打孔精确度，工作人员需要花费较大的时间进行打孔工作，这就降低了飞机装配工作的工作效率。另外，机械连接质量对最后产品的质量有着较大的影响。

随着技术发展与总结，我国在打孔工艺方面进行了技术总结，并形成了较为完善的工艺流程。在进行数字化装配精密制孔技术中应该根据飞机装配的特定研发自动化精密打孔设备，对打孔工作涉及到的符合材料、符合叠层结构、打孔的切削时速、冷却方式等工艺参数进行测试，并收集数据，优化设计技术累积经验。

另外，随着飞机制造技术的发展进步，飞机的耐久能力与可靠性在不断提高，这要求连接技术也能够适应飞机的发展。在延长使用寿命的技术方面通常使用干涉配合的方法，能够有效提高内部结构的使用寿命，因此很多飞机在生产制造的过程中都会使用干涉配合紧固件的方法。当前我国在紧固件配合上通常使用锤击打入或是液压压入的方法，但是这两种传统方法存在一些弊端。使用传统方法容易导致固件膨胀，使得安装工作遇到困难，具有较大干涉量的紧固件使用锤击打入的方式时，容易对孔壁造成危害，而损坏的部件会缩短飞机使用寿命[3]。运用数字化装配方法能够有效保护飞机部件，从而使飞机获得较长的使用寿命。数字化技术具有以下要点，即长寿命连接与密封连接的复合材料干涉螺接。在飞机装配的过程中，应该进行非小尺寸装配件与装配结构变形分析的技术。

2.2 系统集成控制技术

飞机数字化装配技术在实施的过程中，与其有关联系统有很多，数据处理方式多样如工艺数据、测量数据、位置数据等，这些数据之间存在着紧密的联系。系统集成控制技术是实现交互协调的基础，这一技术研究的内容主要集中在以下几点：开发满足飞机数字化装配系统特点的多系统集成控制；集成接口技术与数据处理标准；研究实时监测反馈的在线控制技术与三维数模离线控制。

3 数字化装配技术应用发展

数字化装配技术在光学检测、数字化装配技术、工装技术方面都有良好的应用。在进行飞机设计阶段，运用装配集成控制系统能够共享系统中的数据，并对这些数据进行分析优化。在数字化技术的支撑下，飞机装配工作也实现了装配数字化操作。飞机数字化装配技术为飞机装配的工作提供了信息技术的支持，对飞机装配工作的精度实现了提升，提升了飞机装配的效率。

数字化装配技术是多种技术在发展中共同应用产生的结果。数字化装配技术经历了长期的发展才实现了当前的技术水平，而且我国仍未掌握大型飞行数字化装配技术当中的顶尖技术，这说明飞机数字化装配技术的发展是一个长期、循序渐进的过程。飞机数字化装配技术的发展不仅仅涉及技术本身这一个方面，飞机数字化装配技术进行发展要涉及到多个方面，并需要多方面的支持才能实现进步。数字化装配技术的发展需要制定科学合理的发展思路，在发展思路的制定上应该分为两个方面：一是短期目标；二是长期规划。短期目标就是应该掌握当前的应用技术，具备当前的技术应用能力才能实现飞机数字化装配技术的长远发展[4]。长远目标是加大资金投入，培养创新型人才。当前由于基础工业水平较弱，制约了我国技术发展，因此应该合理使用资金，引进先进的数控设备。国内的航空企业应认识到自身的缺陷与优势，积极主动的与高校及科研单位共同进行技术攻关，开发出具有自主知识产权的数字化配套设备。另外，我国航空企业在观念上受前苏联的影响较深，直到现在仍留有传统观念。保守、刻板的思想观念对设计研发人员的技术创新工作有巨大束缚，广大技术人员必须更新观念，在工作中进行学习，深入了解先进的数字化装配技术。航空企业应该大力培养年轻的技术人员，当今的年轻工作人员虽然经验不足，但是具有创新的观念，而且敢于打破束缚、挑战传统，这对于技术创新有着重要意義。和有丰富设计经验与年轻有活力的技术人员共同工作，从而实现相互弥补，进而推动我国大型飞机数字化装配技术的发展。

4 结语

数字化装配技术是飞机制造的发展方向，对其进行研究有着重要意义。对其进行研究要增加资金投入，完善工业基础，但是更为重要的是要实现观念的更新。从而攻克我国飞机装配技术存在的问题，实现技术的突破。

参考文献

[1]成书民，张海宝，康永刚.数字化装配技术及工艺装备在大型飞机研制中的应用[J].航空制造技术，2014（22）：10-15.

[2]盖宇春.飞机数字化装配调姿工装系统设计[D].杭州：浙江大学，2013.

[3]刘春.飞机大部件数字化对接装配系统中若干关键技术研究[D].杭州：浙江大学，2013.

船体装配关键技术研究 篇7

1. 船体装配的工艺探讨

1.1 船体装配基本流程

(1) 部件装配:将标准化生产的船体零件通过焊接组合的方式形成相应的组件, 完成部件装配流程。

(2) 分段装配:在完成部件装配环节后, 将相应部件根据船体分段结构进行焊接组合, 形成分段船体, 完成分段装配流程。

(3) 分段总组:在船体分段装配完成后, 根据曲面分段等标准进行组装, 完成船体主体结构拼装焊接。

(4) 总装合拢:将船体分段总组部分在船台进行整体焊接组装形成完成船体。

其中, 船体分段制造方法包含以下几种:

放射法:首先进行船体纵骨的安装, 然后以纵骨为中心进行船体肋板与间断桁材的安装, 板材间交叉安装, 最后进行桁材吊中。

插入法:首先进行船体间断桁材的安装, 然后进行肋板安装, 最后进行桁材吊中, 该制造方法适用于横骨架或中型船。

框架法:根据船体分段标准进行划线与铺板焊接, 在船体胎架上进行框架搭建, 最终通过分段焊接完成船体装配。该方法是当前船体装配工艺应用较为普遍的形式。

1.2 船体装配分段划分及编码方法

船体装配分段划分首先应满足装配工艺可行性标准, 按照船体装配流程与进度进行分段划分, 保证生产的连续性与各段船体装配的均衡性。根据装配对象船体特征进行分段, 保证结构对接强度要求。

具体要求包含以下几个方面:

(1) 船体分段划分应保证相应自动化装配焊接设备的展开与应用。

(2) 分段位置应保证一定的接缝裕度, 控制结构整体合理性, 便于进行装配操作。

(3) 分段结构接头部位形式应与装配工艺相匹配, 船体板材与骨架相错开, 间距维持在一档肋距水平范围。

(4) 船体分段划分应充分考虑钢材长度与规格等材料条件, 确保同一分段内材料的统一性。

1.3 船体装配胎架的划分

(1) 正切胎架。该类型胎架基准面与船体肋骨剖面相垂直, 呈现结构正切特点。该类型胎架结构简单, 便于制作, 能够充分简化船体装配中的划线、安装、检测等多个环节的操作, 在部分线形较小船体装配中较为适用。

(2) 单斜切胎架。该类型胎架基准面与船体肋骨剖面相垂直, 同时与船体基面成一倾角, 呈现斜切特征。该类型胎架便于制作, 以斜板为基准侧造易于操作。

(3) 正斜切胎架。该类型胎架基准面与船体基线面相垂直, 同时与肋骨剖面成一个倾角, 适用于首尾部较大分段船体装配。

(4) 双斜切胎架。该类型胎架与船体基准面成一倾角, 且不垂直肋骨剖面。这种胎架形式能够有效降低胎架高度, 但制造、划线、安装等操作环节复杂, 适用于线型变化较大的舷侧分段船体。

2. 船体装配模型应用分析

2.1 分段构件模型的建立

在船体装配分段构件模型建立过程中, 相关构件主要分为与船体曲面形状相关和不相关两类。就与船体曲面形状相关的构件而言, 模型构建的主要对象为肋骨、肋板等, 需要结合船体整体曲面设计需求进行模型建立。该类构件模型的建立通常借助相关船体设计数据库展开, 由数据库内部构件编号进行船体曲面形状设计判断, 在相关的情况下, 可通过数据库打开曲面文件显示构件和船体的放样剖面, 从而进行构件与船体交线的计算, 以此获得构件轮廓模型。相关脚线长度信息可作为焊接装配参数使用。在获得构件轮廓交线后, 在线形位置添加相关控制点, 对构件曲面拟合度进行控制, 相应控制点坐标即为模型内部排序条件, 再以此为基础创建文件, 通过坐标信息完成模型构建。

2.2 分段模型的装配设计

分段装配模型设计主要是对上述模型内部参数的调整与修改。模型文件内部装配模块通过参数的调整实现设计目标的优化, 将各构件模型按照分段装配要求进行组装, 按照顺序形成较大模块, 进而实现分段装配、分段总组、总装合拢等操作, 最终形成整船模型。分段模型装配设计过程中, 相关构件的装配信息为参数化编号, 可采用构件装配、分组装配和分段装配等形式进行设计验证。设计人员在进行装配设计的过程中可以选择单个构件进行浏览, 也可以选择一组构件进行装配, 装配时出现重叠情况会显示红色, 点击干涉检查后会列出相应构件信息。装配后的配合关系被分成组放入名为“配合”的配合组中, 装配后的信息被保存在装配表中, 模型被保存为装配体。

2.3 分段装配模型的管理

船体分段模型管理是保证整体设计合理性与构件拟合度的关键, 同时也是保证设计过程标准与规范性的重要基础。在进行模型修改的过程中, 其他相关构件的修改可根据相关性进行方便改动, 如舱壁和舱壁上的纵骨的修改。对应构件的关联修改只需修改主构件的设计参数便可完成, 设计系统内部关联修改模块将自动完成配合性的修改匹配, 设计人员进行设计刷新后便可获得新的模型设计方案。装配体采用树状结构来记录装配过程中的构件特征及与之相关的特征, 将各种参数保存在数据库中, 可输出所建构件的生产信息及主要设计参数。

2.4 分段装配顺序显示

分段装配顺序的显示对于装配操作的顺利进行有着关键的影响, 同时对于船体装配成本与效率有着决定性的影响。当前, 分段装配显示主要依托于CAD设计软件内部的计算程序来实现, 对于多步骤装配操作进行合理地显示。同时, 船体装配设计参数与信息在虚拟装配平台内部能够对装配显示进行一定的规范, 从而对装配流程的合理性进行检验。在相关装配步骤间存在干扰的情况下, 系统能够进行提示, 提醒设计人员进行装配顺序修改, 直至形成完整合理的装配流程。在此过程中, 设计人员能够对装配方案进行全过程模拟演示, 通过碰撞检测可以发现构件重叠的地方。

3. 船体装配检验与优化研究

3.1 工艺标准检验

船体装配工艺应满足以下标准:

(1) 船体中心线位置对称构件应与钢板厚度中间值相同, 如中底桁、甲板中桁材等。

(2) 封闭型对称型材装配应与所在结构对称轴相一致, 如组合型材和轧制型材等。

(3) 船体舱口围板、主机基座等位置桁材装配应与自身中心线相吻合, 位于船体中心线外侧的结构应靠近自身中心线一侧。

(4) 边水舱纵舱壁板取背中心线, 边水舱的纵舱壁板及顶边水舱的斜傍板以背离中心线的一边为理论线。

3.2 运行模拟检验

船体装配后的模拟运行是检验其装配质量的关键环节。具体是, 将装配后的船体通过软件模拟其实际运行, 通过运行过程对其实际使用效果进行检验, 从而发现质量薄弱环节或装配不合理的地方, 从而根据模拟结果对模型设计以及装配进行调整, 实现相关模型的修成与装配优化。当前借助软件平台进行的船体装配运行模拟, 通常采用逐次约束与条件作用相配合的形式进行, 单次运行模拟结果并非最优结果, 需要进行多次的调整与优化并借助多次仿真模拟才能充分体现船体在实际水域中的运行状态。另外, 优化后的造船生产作业流程也不是一成不变的, 需要在应用过程中经过反复修正并通过实践检验后, 才能更好地加以实践应用。

结语

综上所述, 本文针对目前所使用的虚拟分段装配相关内容进行了研究, 对船舶制造过程中结构模型的构件进行了分析, 并针对分段装配中模型的管理、信息的管理等内容进行了论述。本文详细分析了船舶分段装配首先需要将虚拟装配信息存入相应数据库中, 并验证可能生成的装配路径、顺序, 继而对装配路径、信息进行规划, 从而实现虚拟干涉检查以及装配, 及时发现设计中存在的问题, 为船舶数据产品模型的信息化集成设计与管理奠定了基础。

摘要：随着科学技术水平的不断提升, 我国船舶制造行业进入了新的发展阶段, 船体装配技术的应用更是呈现出了新的特点。船体装配过程中, 构件组装与分段装配是影响整体工艺水平与效率的关键环节, 其中涉及的影响因素较多, 需要采取系统性的技术应用流程才能保证船体装配的正常进行。在当前的船体装配过程中, 引入数字信息化的建模、设计、装配以及模拟功能, 通过仿真系统实现了高效的船体装配技术应用。本文以船体装配技术工艺要点展开论述, 探讨分析了数字化平台上船体装配关键技术的应用, 旨在提供一定的参考与借鉴。

关键词：船体,装配,设计,模拟

参考文献

[1]孔凡凯, 张家泰, 钟宇光.船体分段模块装配工艺决策研究[J].海军工程大学学报, 2015 (5) :63-67.

[2]魏莉洁, 蔡厚平, 施利娟.船体装配仿真实训系统的设计与开发[J].船海工程, 2014 (6) :48-51.

[3]战翌婷, 刘玉君, 邓燕萍.船体结构分段装配研究[J].造船技术, 2011 (6) :22-24+45.

[4]陈昌骏.船体分段装配焊接工艺流程以及变形的预防与矫正[J].中国水运 (下半月) , 2013 (1) :122-123.

监督试管装配技术研究 篇8

1 监督试管装配的技术要求

监督试管体内所有试样按要求装入管体后，抽真空，真空度要求9Pa。抽真空后对管体内充0.25MPa氦气，氦气纯度99.99%。管体充氦气达要求后，在管嘴处用机械方法钳紧密封可靠以后，装堵塞然后焊接。管嘴密封焊接后，对管体的三处环焊缝和堵塞焊缝处及整个管体进行漏率检测。要求泄漏率应小于0.8×10-9Pam3/s。

2 装配过程的难点

充氦密封焊：管体内抽真空、充氦气。管嘴机械钳紧密封后、压入堵头并立即进行密封焊。

氦气检漏试验：筒体环焊缝氦气检漏试验。整个管体段氦气检漏试验。

监督试管内构件的装配：内构件可靠装配到位。严格控制按标识程序操作。

3 解决工艺难点的关键方案

根据对装配过程的难点分析，关键是找出抽真空、充氦气及氦气检漏、管嘴密封的具体工艺方法。

3.1 管嘴夹紧密封技术

设计制造了一套机械钳紧式工装，在管嘴密封处经过多次管嘴夹紧试验，使其管嘴中心孔的铜管产生塑性变形达到密封效果。

模拟管体及密封形式设计一个试验管体，应用检漏系统中的气路系统进行试验。抽真空用检漏仪上的真空泵进行，抽真空达到真空度要求后，将减压系统调整到0.25MPa后进行充氦气。

当试验管体充氦气达到要求后用机械钳紧工装将管嘴密封处夹紧，使其管嘴中心孔的铜管塑性变形达到密封状态。装堵塞进行密封焊接，在钳紧和焊接过程中，观察试验管体后部的压力表的变化情况，经多次试验压力表均无变化，从而验证了管嘴机械钳紧密封的工艺方案及专用工装的正确性。

3.2 研制一套高精度检漏系统

按设计要求监督试管在充氦后应立即进行氮气泄漏检测试验，以确保氮气的密闭性。

(1)采用吸枪法检验管体焊缝的漏率

因管体内氦气压力为0.25MPa(正压)，所以用吸枪法。将吸枪用软管接到检漏仪上，用吸枪沿监督试管的环焊缝探索气体氦，氦气就通过漏孔进入检漏仪中并被检测，测得泄漏率。

(2)采用真空室法检验整个管体漏率

把监督试管放在密封容器内，再将密封容器接至检漏仪上，并用检漏仪抽真空。检漏仪检测监督试管泄漏在真空室中的氦气压强来确定监督试管总漏率的大小。

为此我们设计了一套在抽气、充气同时还能进行氦气检漏的多功能试验机。其结构简图如图1所示。

1.氦频谱检漏仪2.高压氦气瓶3.氦气控制阀4.减压阀5.压力表6, 7, 8.截止阀9.监督试管10.校准漏孔手动阀11.校正漏孔12.检漏容器

3.3 系统主要部件及相应功能简介

(1)氦质谱检漏仪

在监督试管充气前对其抽真空，真空度达9Pa的要求，保证充入监督试管内的氦气的浓度。在监督试管充好氦气以后，采用吸枪检漏法对夹死后的监督管口进行检漏，防止监督管内的压力在管口焊接后下降。对焊接后的监督试管进行两道环焊缝和气嘴堵塞焊接处及整体检漏，保证整个监督试管的总漏率达到0.8×10-9Pam3/s的要求。

(2)检漏容器

它是检测监督试管总漏率的真空容器。收集从监督试管内泄漏出的氦气。通过氦质谱检漏仪不断地对检漏容器抽真空使漏出的氦气被抽入氦质谱检漏仪检测。

(3)高压氦气钢瓶：对监督试管充气时的气源。

(4)减压器：将从高压氦气钢瓶出来的高压氦气的压力降到要求的监督试管的压力(15MPa-0.25MPa)。

(5)压力表：监测充气过程中及充气后监督试管内的氦气压力，以保证其为规定的压力值。

3.4 漏率检测原理

监督试管充完气，管口焊接完以后，将其放入检漏容器内，并对检漏容器抽真空。若监督试管的焊缝、管口焊接密封处或其它地方有泄漏，则由于监督试管内的压力为0.25MPa，管外为-0.1MPa(真空)，监督管内的氦气会因为内外压力差、浓度差向检漏容器内泄漏。与检漏容器相连的氦质谱检漏仪不断地对检漏容器抽气，将从监督试管内泄漏出来的氦气及检漏管内空气的混合气体不断地抽到检漏仪，对其进行电离，并对电离后的氦离子进行收集、放大，显示出相对应的监督试管的漏率。

3.5 充气操作程序（见原理图）

(1)检查管路上所有阀门是否处于关闭状态，若某个阀门未关，将它关闭。(2)启动氦质谱检漏仪，打开氦质谱检漏仪上“预抽”开关。(3)打开截止阀7，用氦质谱检漏仪上的预抽泵对监督试管抽真空到9Pa。(4)关闭阀门7。(5)打开氦气瓶上的高压阀3。(6)缓慢调节氦气瓶上的减压器4，观察压力表，使压力表指针停在0.27MPa的位置上。(7)连接好所要充气的监督试管，打开阀门6，往监督试管充气，到所需要的压力。关闭阀门3，观察一段时间(3～5min)，看监督试管内压力是否下降，若压力下降太多，往复充气，直到压力满足要求为止。(8)关闭连接阀门6，用专用夹紧装置将监督试管出口夹死。(9)卸下监督试管的连接管，用吸枪检查夹死后的监督试管出口及焊缝，检查是否有大漏，合格后进行下一步。(10)将监督试管的出口加堵头后焊死。进行下一步检漏操作。

3.6 检漏操作程序

(1)检查检漏管路上的阀门6、7、8、10是否关闭，若有阀门未关，将它关闭。(2)打开检漏仪。(3)将吸枪检漏合格的监督试管装入专用的检漏容器中，连接好密封法兰。(4)打开检漏仪前的真空阀门8。(5)将ZQJ-230E检漏仪上的“预抽”开关拨到“开”的位置，对检漏管进行抽真空。(6)待真空度抽到10Pa时，按常规的氦质谱检漏仪操作规程对检漏管进行检漏，记下漏率数值。(7)对检漏容器放气。(8)卸下检漏容器上的连接法兰，取出监督试管。

4 监督试管内构件装配

此工序装配难度在于管体细长而且内构件数量多达300多件，所以内构件安装顺序正确否和能否可靠安装到位是此工序的装配难点。

(1）安装可靠到位

为了能够保证这些内构件的安装可靠到位，为此我们设计了一套工装推杆，此推杆上面刻有所有内构件的位置刻度。这样用此工具可以把所有内构件可靠推到位。

(2）安装顺序正确

汽车装配技术现状分析 篇9

国内大规模轿车生产是20世纪80年代开始的, 主要是从产品引进到生产引进同步进行的, 在20世纪90年代, 我们的轿车生产水平和国外先进生产厂的差距还很大, 但通过20多年的规模化生产, 目前国内轿车的装配技术已经能够和国际并肩发展了。载重货车生产我国后来居上, 目前我们已经是全球商用车生产大国, 装配技术也在向更加先进的技术上靠拢。

装配技术现状

虽然我国达到了千万辆的生产能力, 但我们在整车装配技术上和国际上先进汽车生产企业之间还有差距, 这种差距主要是制造理念上的, 还有些是制造技术上的。

1. 装配厂设计现状

汽车装配生产是一个系统的工程, 好的汽车装配生产应该是, 在规定的时间内, 按照统一的标准进行装配和调整, 以装配出合格的汽车为目标来拉动所有后续的生产。汽车装配生产就好比编麻绳, 麻绳是由多股构成的, 在编麻绳的过程中既要旋转, 又要被所编的主绳拉动进行输送, 输送是按照前面拉动的速度进行, 旋转要几股麻绳按照相同的速度旋转, 这样编好的绳才能达到粗细一致、表面光滑、强度均等;否则, 绳子编出后就会粗细不均, 表面有疵点。汽车装配就是这样, 一台汽车就是最后生产出的麻绳, 如果不按照它的要求拉动出来, 那么整个生产过程就会混乱, 生产人员的配备就不会达到均衡, 装配质量也就不会好。装配生产实际是在做一个系统的物流组织过程, 所以目前在进行总装厂设计上, 考虑更多的是物流设计的合理性。

2. 生产理念现状

好的生产工艺流程设计是能够实现均衡、合理, 达到高百分比的整车一次交检。如有的先进轿车装配厂在进行整车检测时, 车辆也是依靠滑板输送到每个检测台上, 所以它从装配、调整、检测都视为在线生产。这种装配生产方式就实现了每辆车的装配、调整标准的统一。而我们好多厂的装配差距就体现在这里, 将装配和调整分成两个过程, 装配不考虑调整, 调整认为将装配过程中存在的问题通过调整消除掉是正常工作, 这样就造成了装配环节的脱节。由于是每个调整工负责一辆车的所有调整工作, 这里就会因人员技术水平的差距, 造成调整后的车辆标准的不一致, 所以要研究定工位定人调整的方法, 这会提高产品质量, 这种情况应引起整车装配厂的重视。

在载重货车生产上有日本方式和欧美方式的区别, 我国目前是两者都有, 欧美会对车架的单片梁进行一次电泳, 再对底盘进行整体喷漆从而提高载重货车的使用寿命, 而日本只对载重货车的车架进行一次总成电泳来降低成本, 这也是一种生产理念的区别。

3. 生产装备采用现状

装配生产中工艺装备都是按照每个厂的实际情况决定的, 所以装配厂的设备基本都是非标的, 装备不一定是最尖端的, 但一定是最适合自己生产需要的。在大批量生产过程中, 装配过程采用的自动化装备程度越高, 整车的质量越好, 因为零件制造的一致性好才能满足自动化设备生产的要求。好的装备会提高生产效率、降低工人的劳动强度、提高装配质量, 通过装备设计来促进零件标准化、通用性的提高。

目前需着重解决的问题

从业内目前普遍反映和暴露出的问题看, 我们要着重解决以下问题:

(1) 解决目前装配工艺指导性不强的问题, 三维装配图应尽快应用到装配工艺上。

(2) 着力解决装配和整车调整的关系, 达到整车调整的一致性, 提高装调质量。

(3) 产品设计要和工艺设计进行更加紧密的结合, 解决产品平台多、通用件少和装备不兼容的问题。

(4) 在关键环节要采用专用装备进行装配, 用装备控制质量并达到均衡生产的目的。反过来由装备带动零件制造质量的提高。

(5) 加强在线检测技术的应用, 将出现的问题在装配环节中得以解决。

(6) 加强总装生产中内外物流的研究, 来提高生产管理和工厂管理水平。

装配技术为装备制造业带来机遇

目前在装配生产过程中非标设备的应用非常普遍, 这也为国内的装备制造业带来了广阔的发展机遇, 应该说汽车企业在为这些装备制造企业提供生产机会的同时, 自身也承担着失败的风险。但车企还是在带动着国内装备制造业尽快地发展壮大, 希望产生几个在全球有影响力的汽车装备制造企业, 也希望这些装备制造企业和整车生产企业之间有更多的交流磨合达到共同提高, 从而带动我国的汽车工业能够整体向前发展。

装配仿真技术 篇10

关键词：虚拟装配,仿真动画,快速生成,装配路径

0引言

在一个产品的生产环节中,装配是个很重要的节点。装配的工作效率和工作质量对产品的制造周期和产品的质量都有着极大的影响。随着数控机床的广泛应用,装配工作却仍是以人为主,主要依赖于工作人员的技艺水平。因此,装配质量又成了提高产品精度的瓶颈环节,利用计算机进行装配工艺设计成了现代制造系统计算机应用的难点。提高装配的工作效率和工作质量,降低装配成本,提高装配的规范化程度是虚拟装配的重要任务[1]。

本文所研究的用于虚拟装配培训的虚拟装配仿真动画的快速生成技术在保证建模软件强大的装配仿真优势的情况下,针对VRML动画编码制作过程进行分析总结,最终在CAD软件装配仿真开发环境下使用插件式开发平台的方式实现了VRML动画生成,大大提高了机械产品虚拟装配仿真动画的开发与应用范围。

1系统平台的总体设计

1.1系统平台的功能架构

根据VRML动画的开发需要,本文所述的虚拟装配培训仿真动画生成平台总共分为三大功能模块,三维模型导出、虚拟动画定义、虚拟动画导出。 如图1所示。三维模型导出是通过二次开发获取零件模型在整个机械装配体中的三维关系,并根据模型结构树录入零部件间的装配关系信息,并自动生成虚拟场景三维模型。虚拟动画定义是通过可视化操作定义或输入运动参数等信息,制作机械产品的VRML仿真动画。

1.2系统平台的流程设计

针对机械设备的VRML动画开发进行调研,总结了制作的一般过程,根据实际存在的问题及需求确立课题研究的总体思路,制定如图2所示的开发设计流程图。首先,CAD软件中建立模型并导入; 其次,将CAD系统中运动仿真关键参数转换成VRML场景中的参数,实现场景衔接; 然后,将转换后的参数填入标准格式代码中,实现了VRML运动仿真代码生成; 最后,将VRML运动仿真动画代码从生成系统中导出,成为一个. wrl文件。

2装配仿真动画制作的装配路径动画原理与碰撞检查

2.1装配路径动画原理

虚拟场景中的装配运动是有其物理运动规律的,多是以平移、旋转为主,以及既有平移又有旋转的运动,因此,装配运动可以看作是一系列具有确定运动规律的运动段的总和,即:

这里的相邻运动段mi与mi + 1之间的转折点就是运动关键点。为了便于分析与制作动画,本文将装配运动从一个关键点到另一个关键点之间的任何一种运动均简化为平动与转动或平动加转动的合成,才能适用于装配运动的实现[3]。以螺栓螺帽的装配为例,图3中螺帽从P0位置到预定装配位置P3要发生了三次变换,P0到P1位置是一次平移变换,P1到P2是旋转变换,P2到P3是平移变换,共确定出四个关键点。

根据用户和虚拟环境的交互方式,装配路径生成有两种方式: 用户预先指定装配路径的关键点,装配路径以离散点的形式进行定义与记录,通过离散点插值产生连续的装配路径; 将输入设备( 如鼠标、 激光笔、操纵杆等) 的运动与部件的运动关联,用户通过虚拟环境交互,直接控制装配路径[4]。在虚拟装配仿真动画的开发过程中,主要通过前者来生成装配路径,首先指定各部件在空间若干关键点处的平移、旋转、缩放的变化量,然后将这些数据连同模型一起导出,以VRML格式文件存储。装配路径随模型加载到场景中,用户在场景中选择要装配的部件,部件就沿装配路径运动,实现装配仿真[5]。

如果只记录关键点位置,还不足以精确描述装配的细节,所以在演示过程中采用插值法细化关键点之间的位移变化,以图3关键点为例,在“P0 → P1”的路径段设置装配时间后,就会作匀速直线运动,同理在“P1→P2”的路径段作匀速旋转运动。通过插值法运算就能使用户更流畅地观看整个装配过程,不会有跳跃感。

2.2碰撞检查

碰撞检测用于监测两对象的接触关系,以及何时、何处形成碰撞,根据机械设备物理外形的复杂性和检测精度,计算两几何模型间的相互位置。因此对简单模型例如平面与球状物体的判断比较容易, 而对自由曲 面等复杂 结构碰撞 所需的计 算量较大。

目前常用的碰撞检测算法有四种[6]: 几何分析法、扫描法、包围盒法、空间分解法。在VRML中Collision节点的碰撞检测实际上采用的是包围盒法。VRML利用Collision节点简单地实现了碰撞检测,当一个给定的节点经过某些变换( 例如被平移、 旋转、缩放等) 时,测定是否会遭遇以另一个节点形式存在的障碍物,通过ECMAScript接口,利用Collidee和Collision对象实现VRML环境下物体之间的碰撞检测。前者作为被变换的节点的代理物,包含有变换矩阵等相关参数,承载了变换矩阵的参数和其它相关数据; 后者描述了在一次碰撞的情况下, 和另一个节点相撞的一个节点的要点[7],存储有每一个待检测是否产生碰撞的表面的位置,法线,面的序号以及路径等信息。具体的属性以及成员函数如表1 - 2所示。

3虚拟装配仿真动画的快速生成技术的实现

3.1基于模板的代码生成模块的流程

基于模板的代码生成模块的流程如图4所示。 实现生成的VRML代码包括四部分: 模型节点代码、动画原型节点PROTO、动画代码和动画连续播放脚本代码。模型节点代码中包含了模型描述信息; 动画原型节点定义了动画的参数和内部的逻辑运算关系,在此,定义一个生成模块使用的模板,来完成原型节点的封装; 数据定义文件是通过键码定义或者对话框输入的形式,对动画参数设定,由于该部分参数数据量不是很大,所以,在程序实现中,并没有采用数据库单独存放,而是直接定义了一个矩阵存放; 动画代码也就是将动画原型节点输入参数进行实例化,生成了一步装配动画的动画代码; 动画连续播放脚本代码是指制作虚拟装配仿真动画时, 动画是按照装配步骤来制作的,每一步的装配对应着一步动画,在每步动画之间需要实现连续播放,这就需要生成动画连续播放脚本代码。动画连续播放脚本代码是根据每一步动画节点引用以及每步动画的持续时间来生成的。

写出代码文件功能最终将模型节点代码、动画原型节点PROTO、动画代码、动画连续播放脚本代码整合到一个VRML文件中。具体的整合方法是: 通过函数creat VRML( ) 新建VRML文档,然后通过参数赋值的方式将模型节点代码、动画原型节点PROTO、动画代码、动画连续播放脚本代码分别赋给四个文本参数,将这四个参数的内容写入新建的VRML文档。

3.2虚拟装配仿真动画的快速生成的实现

3.2.1最小运动单元装配仿真动画生成的实现

生成模板中对应的变量实际上在Solidworks运动仿真中都具有一个对应参数,生成一步装配仿真动画的过程,实际上就是将对应的参数赋予给模板中的变量的过程。其对应关系如表3所示。

由此可知,生成程序抛去赋予的过程,还必须要有获取Solidworks中对应参数的功能,以实现鼠标选取的零部件包含空间位姿信息的变换矩阵的功能,其代码实现如下:

在实际开发过程中,坐标属性会出现偏差,究其原因,是Solidworks软件与VRML的空间坐标系的不同,这有必要实现两者坐标系的统一,然后进行赋值生成。为此,设计一个输入界面来完成,如图5所示。

3.2.2由Solidworks向VRML场景坐标转换及完整装配仿真动画生成

Solidworks环境下,用卡氏右手立体坐标系统描述空间位置,三维模型相对于世界坐标系原点的位置和方向可以用一个包含16个元素的4 × 4阶矩阵表示。如图6所示,从变换功能上可将此4阶方阵分为四个子矩阵,其中左上角的3 × 3矩阵可产生比例、旋转等变换; 左下方三个ti变量分别产生沿x轴、y轴、z轴的平移变换; 右下角的s产生全局比例变换; 右侧pi可实现投影变换。

本课题研究的是机械产品的虚拟动画,针对其中的刚性物体而言,运动形式主要有两种形式: 平移和旋转,绝大多数的运动都是以这两种运动形式复合而成。位于坐标( x,y,z) 的几何模型,平移到原点,并绕过坐标原点的任意倾斜轴线旋转 θ 角时,其变换矩阵为:

其中,θ 代表零件在装配体中绕任意轴旋转的角度, n1,n2,n3为该轴的方向余弦,x,y,z分别为该零件的在空间中的位置。

在VRML场景中通过利用Solidworks API函数获取矩阵中每个元素的值,并通过Vrml Pad编辑器的API函数接受所有的值,从而获得虚拟场景中所需要的translation和rotation的值。部分代码如下:

这样,就把Solidworks三维场景中三维模型的位置关系,转换成VRML虚拟场景中识别的参数, 实现了两者坐标变换方式的统一。

单个零部件装配的过程,是由数个最小运动单元组成的,他们之间需要有脚本文件链接起来,才能使得装配仿真动画可以连贯地运行下去。

连续播放脚本实际上是一种逻辑上的关联顺序,可以实现上一步最小运动单元动画运行之后跳转到下一步动画。这种逻辑上的关系,使得完成该步最小运动单元装配动画的编辑后,点击下一步 ( 如图5所示) ,生成程序将自动在该步动画代码后面追加连续播放脚本,并给对应变量赋值。通过对单个零部件装配过程分解出的最小运动单元装配仿真动画进行串联,可以得出单个零部件的完整装配仿真动画。

4机械手虚拟装配仿真动画生成实例应用

根据虚拟装配仿真动画生成的理论,结合机械手的虚拟装配动画的生成过程,验证该理论的可行性。首先,用Solidworks打开定义约束关系的机械手的三维模型,运行“vrml动画制作”模块,系统会自动通过遍历装配体的形式把机械手的零件的名称按照一定的规则列在界面中,以方便虚拟装配动画的制作,用户可以点击相应的零件进行该零件装配动画制作时相关参数的设置,最后确定生成虚拟装配动画文件。具体操作如图7所示。

5结束语

汽车装配技术发展现状及发展途径 篇11

摘 要：汽车装配是一项极其繁重的工作，由于装配过程中汽车配件生产的离散性，导致汽车装配出现诸多问题。再加上汽车装配生产组织具有较大的灵活性，时常会遇到随机性的汽车装配订单，造成汽车装配工艺过程不能有效连续进行，对汽车的生产管理造成了极大的困扰。本文阐述了国内汽车生产装配工艺的水平和发展趋势，就汽车生产对市场的适应性提出建议。

关键词：汽车；装配技术；途径；现状

随着社会的发展，人们对于汽车产品的需求发生了重大变化，所以汽车生产也必须要更加面向个性化、多样化发展。传统的汽车生产装配模式已经不能适应市场的多变化需求，在这样的情况下，汽车生产者必须要根据汽车消费市场需求，及时更换汽车生产工艺，大胆运用用户大批量生产模式，生产出大量满足用户个性化需求的汽车产品。所以，汽车装配工艺的自动化是现代社会生产的必然趋势，要合理利用计算机辅助技术，达到提高汽车装配效率的目的。

一、汽车装配技术现状

（一）汽车生产装配工具的现状

汽车装配包含了汽车生产的多个方面，是由各种输送设备和其他专项工具协同合作，共同完成的浩大工程。相比汽车发展初期，我国汽车生产目前已经进入高度自动化。车体传输工具适用于汽车生产中各个环节的运输工作，是汽车生产装配过程中做重要的工具之一。生产技术的提高极大促进了汽车生产技术的提高。这就促使汽车生产中各种油液添加工具的迅速发展，全自动的油液加注工具极大地解放了工人的劳动力，在提高工作效率的同时，也极大地提高了油液加注的质量，保证生产的质量。现代汽车发展有了严格的出厂要求，这就要求进行严格的出厂检测，现代汽车整车检测的水平有较大提高，完全可以做到室内检测代替过去繁杂的道路测试，通过各种具有高科技水平的检测工具可以做到准备快速的检测效果。

（二）汽车发动机装配现状

发动机可以说是汽车的心脏，因此发动机的生产至关重要。发动机装配需要各种工具辅助进行，包括传输设备、翻转设备、检测设备以及其他专用设备等。在现代汽车的发动机装配过程中，汽车制造行业会采用多种方式的装配线，但是这些装配线都属于连续或者间歇性的装配线，它的装配对象和装配主线同时进行，所以被称为同步装配线，也有人称它是刚性装配线。在汽车发动机的螺纹专用设备中，运用了转角法来进行螺纹连接，以达到较好的固定效果，当然，这就需要一个重要的工具，被称作装配机。在现代的汽车装配过程中，高度的现代机械化是最大的特点，同时也是现代汽车装配技术水平的体现，能够达到较好的装配效果和质量。这就要提到发动机的检测装备，发动机在出厂前必须进行严格的检验，进行发动机全自动系统化检测是提高发动机检测效率和准确性的有效方法。

二、汽车装配工具制造现状

只有生产出先进的汽车装配工具，才能有效提高汽车的装配技术，如何提高汽车装配工具的生产水平，是能否有效提高汽车装配效率和质量的关键，同时也是提高汽车制造水平的关键。面对全球化大生产的局面，我国在引进众多国外先进技术的同时，促进了我国汽车制造工业的快速发展，并且通过引进国外的先进设备，极大提高了国内汽车装配技术水平的提高。但是我国汽车行业的发展状况是，不能够自主研发先进的汽车装配工具，装备制造水平距离发达国家仍有巨大差异，不能满足汽车生产的需要。

三、汽车装配技术和装备的发展途径

（一）汽车装配技术的发展途径

随着汽车行业在中国的发展，人们的消费倾向逐渐转向个性化和多样化，导致汽车行业发展的多样化转变，使得汽车装配工艺发生了变化，汽车的装配生产的特点更加趋向复杂，汽车装配作业也更加多样，导致不管是安装零件的种类，还是零件的数量都更进一步增多，因此对汽车生产零件的的管理增加了难度。因此汽车装配生产模式必须做出变革来适应市场变化的要求。首先，装配板块化。可以将汽车的零件按照汽车的部位进行分类放置集成，形成各个汽车部位的大板块，方便装配过程中快速取用，提高装配效率。其次，灵活合理运用计算机进行装配控制，可以达到汽车装配的高度自动化，提高汽车装配的生产率和可靠性，并且可以具有很好的装配柔性。最后，还可以运用计算机建立汽车零件模型，达到汽车零件具有较高的准确性，并且可以有效提高汽车零件的利用率，从而达到降低汽车装配生产成本的目的。

（二）汽车装配装备的发展途径

汽车装配技术和汽车装配工艺装备相辅相成，相互促进，共同发展。整体汽车的装配和各种汽车零部件的装配的发展方向逐渐转向板块化、自动化、柔性化和虚拟化，从而达到满足汽车装配的各种新要求。汽车装配传输工具向柔性方向发展，油液加注的工具发展向全自动加注，设备检测工具运用计算机等高科技产品，从而达到快速发现问题，引导维修人员迅速解决问题的目的。要积极向工具高度机械化，控制高度智能化，检测高度精确化，生产高度自动化方向发展，要着重提高生产工具的实用性、适应性等，达到生产工具都能够发挥作用的效果，从而提高汽车装配的效率和质量，提高汽车生产的水平。

四、总结

汽车生产行业关乎人们日常生活，是市场竞争的主要参与者。如何在激烈的汽车市场竞争中获得胜利是各汽车生产厂家都比较关注的问题，解决的办法就是提高汽车生产的劳动生产率，降低汽车制造成本。而这，就需要汽车生产者不断提高汽车装配工艺装配的水平，同时不断提高汽车装配技术，充分达到汽车生产的高度自动化、智能化，在不断提高汽车生产效率的过程中，还能持续保证汽车生产质量的提高。

参考文献：

[1]黄先辉，彭飞，乔宇等.汽车装配工艺现状及发展趋势[J].城市建设理论研究（电子版），2013（24）.DOI：10.

[2]李斌，乔宇，宋志刚等.汽车装配工艺现状及发展趋势[J].城市建设理论研究（电子版），2013（23）.DOI：10.

虚拟装配技术的研究综述 篇12

虚拟装配是近些年来被广泛研究的新兴技术,是虚拟现实技术在制造业的典型应用,也是虚拟制造技术研究的重要方向之一。它从产品设计装配的角度出发,综合利用虚拟现实技术、计算机建模与仿真技术、计算机辅助设计技术等,建立一个具有听觉、视觉、触觉的多模式虚拟环境,设计者可在虚拟环境中交互式地进行产品设计、装配操作和规划、检验和评价产品的装配性能,并制定合理的装配方案。

虚拟装配技术可以降低复杂产品的开发难度,缩短开发周期,降低成本,对实现产品的并行开发,提高装配质量和效率具有重要的意义。虚拟装配可以应用于航空航天、汽车、船舶、工程机械、教育等领域。

2 虚拟装配的研究概况

1995年,美国华盛顿州立大学和美国国家标准与技术研究院联合,最早开始了对虚拟装配技术的研究,并开发了虚拟装配设计环境VADE(Virtual Assembly Design Environment)。VADE在装配领域的成功应用,引发了各个国家的高校和研究机构对虚拟装配的研究。20世纪90年代末,国内也开始对虚拟装配技术进行研究,已经取得许多研究成果。虚拟装配技术的研究大致可分为三个阶段:虚拟装配理论的提出和完善阶段,虚拟装配原型系统的研发阶段,虚拟装配技术在工业上的应用研究阶段。目前,国外已经开始了第三阶段的研究应用,国内也开始由第二阶段向第三阶段过渡。

根据实现功能和目的不同,可以将虚拟装配分为四种类型[1]。

1)以产品设计为中心的虚拟装配。

2)以装配工艺规划为中心的虚拟装配。

3)以制造系统规划为中心的虚拟装配。

4)以虚拟原型为中心的虚拟装配。

3 虚拟装配的研究内容

虚拟装配的研究内容主要有:虚拟环境的研究、虚拟装配关键技术研究和虚拟装配应用系统的研究[2]。

3.1 虚拟环境的研究

虚拟环境是虚拟装配的前提,良好的虚拟环境能使虚拟装配与实际装配过程更接近,为生产实践提供更可靠的指导。传统的虚拟环境可分为四种。

1)桌面式系统

桌面式系统使用普通计算机产生三维虚拟场景,用户通过显示器观看虚拟场景,需要佩戴立体眼镜才可以看到三维立体图像。这种场景系统造价低、简单方便,不足之处是沉浸感差。

2)头盔式系统

头盔式系统利用头盔显示器和数据手套等交互设备把用户与外界环境分隔开来,从而使用户真正成为系统的一个参与者,沉浸感比较强。但头盔式显示器存在约束感较强,分辨率偏低等问题,长时间易引起疲劳。

3)CAVE系统

CAVE系统的主体是一个房间,房间的周围均由大屏幕组成,高分辨率的投影仪将图像投影到这些屏幕上,用户通过立体眼镜便能看到立体图像。CAVE系统实现了大视角、全景、立体且支持多人共享的一个虚拟环境,但其造价太高,参与者被限制在一个有限的小空间内,不能大距离行走。

4)大屏幕投影系统

将多台投影仪拼接起来形成一个逻辑上统一的大屏幕,实现大面积、高分辨率的显示,优点是可以产生大视角、高亮度和高分辨率的立体图像,可使多人沉浸场景之中,具有很强的沉浸感。缺点是成本高,技术难度大,许多关键问题需要解决。

以上各种虚拟环境都存在一个共同的问题是,操作者被限制在一个有限的空间内,行动上受到很大的限制,而现实中,尤其是大型产品的装配中,操作产品并不能移动,往往要求操作人员要有足够的活动空间。为了解决这个问题,很多研究机构提出一些新型的虚拟装配环境,如英国Warwick大学研制的Cybersphere系统[3]。Cybersphere系统采用半透明的球体作为显示装置,放置在可以自由旋转的支架上,操作者处于球体内部,可以自由行走。计算机根据操作者的肢体动作产生不断变化的图像,并通过投影系统显示在球体表面,操作者通过立体眼镜看到立体图像。这种方式实现了操作者在虚拟环境中的自由行走。

哈尔滨工业大学也设计了一种可实现操作者自由行走的新型虚拟装配环境系统[3],如图1所示,该系统也采用球形幕作为显示装置,操作者在一个专门设计的全方位反行走机构上做直线行走或者转向。操作者头部、手部与双脚分别装有3-D位置跟踪器,计算机系统根据接收到的3-D位置跟踪器信号,控制全方位反行走机构的运动,并生成不断变化的三维图像,通过投影系统显示到球形幕上。操作者通过佩戴立体眼镜、数据手套与虚拟环境交互从而生成沉浸感较强的虚拟环境,为大型复杂产品的装配设计、规划和训练提供高逼真度的仿真平台。

3.2 虚拟装配关键技术的研究

虚拟装配涉及到的关键技术很多,各种技术的研究情况及应用情况如表1所示。本文只对其中几个重要的关键技术进行论述。

1)装配建模技术

目前,虚拟装配中零部件模型的建立和虚拟装配应用系统的开发主要还是基于CAD系统实现。这种虚拟装配系统易于实现,零件和装配体的建模、装配仿真可在一个系统下进行,操作简单,但真实感和可靠性受到限制,主要用于产品的设计阶段。

基于虚拟现实软件开发的虚拟装配系统,需要将CAD零部件模型及其相关信息转换后导入到虚拟环境,实现交互操作。目前已经取得一定的研究成果,美国的VADE从Pro/Engineer系统中提取产品结构树信息、装配约束信息以及零部件几何信息,实现CAD系统和虚拟装配系统的自动转换;新加坡南洋理工大学开发了基于CAD紧密连接的虚拟装配环境;哈尔滨工业大学通过模型转换实现了从Solid Works、Pro/Engineer系统到虚拟装配系统的输入。

2)约束定位技术

由于虚拟环境缺乏现实环境中存在的各种物理约束和感知能力,虚拟装配过程中零件之间主要依靠几何约束进行精确定位。华盛顿州立大学的S.Jayaram等[4]首先提出约束定位的思想,通过零部件受约束运动以及约束求解,来实现虚拟装配过程中待装配零件的精确定位。英国Heriot-Watt大学Richard等[5]提出近似捕捉(proximity snapping)和碰撞捕捉(collision snapping)的方法来解决虚拟环境中零部件的精确定位。英国Salford大学虚拟环境中心的Fernando等[6]研究了基于几何约束的零件精确定位和三维操作,开发了几何约束管理器,用来支持虚拟环境下装配和维修任务。浙江大学刘振宇、谭建荣等[7]在语义识别的基础上,提出了基于语义引导的几何约束识别方法,通过语义和约束识别来捕捉虚拟装配过程中用户的操作意图,从而提高了约束识别速度和准确性。

3)工艺规划技术

设计人员根据经验知识在虚拟环境中人机交互式对产品的三维模型进行试装,规划零部件装配顺序,记录并分析装配路径,选择工装夹具并确定装配操作方法,最终得到经济、合理、实用的装配方案。加拿大Yuan等[8]提出了虚拟环境中交互式装配序列规划的方法。浙江大学的万华根等人[9]在基于虚拟现实的CAD系统中提出用户引导的拆卸方法,基于“可拆即可装”的原理,将拆卸顺序和拆卸路径进行反演,即可得到产品的装配顺序和装配路径。

3.3 虚拟装配应用系统的研究

从1995年美国州立大学研制出第一个虚拟装配系统VADE起,世界各国陆续研制出了多种典型的虚拟装配应用系统,分别应用于不同的工业领域。本文只对几个典型的系统进行介绍。

1)CHDP(Cable Harness Design and Planning)系统

CHDP系统是英国Heriot-Watt大学在2002年开发出来的。它是在早期开发的虚拟装配规划系统UVAVU[10](Unbelievable Vehicle for Assembly Virtual Units)的基础上提出的,主要针对现代产品设计过程中存在的管路和线缆装配的难题。该系统充分利用了虚拟现实人机交互的特点,设计者在虚拟环境中可以充分发挥已有的装配经验和知识,根据周围环境进行快速、直观地布线。

2)V-REALISM系统

V-REALISM[11]系统是新加坡南洋理工大学2003年开发的基于CAD的桌面式虚拟环境系统,可用于虚拟装配、拆卸与维修。该系统充分体现了可视化、交互性和自由导航三个特点;系统包括三个基本功能:提供优化的装配/拆卸序列;提供三维虚拟环境进行操作和导航;将智能装配/拆卸序列规划算法和虚拟现实技术集成到一起。

3)基于虚拟原型的装配验证环境VPAVE

2003年,美国纽约州立大学开发了基于虚拟原型的装配验证环境VPAVE[12](Virtual Prototype Assembly Validation Environment)。实际生产过程中,零部件在加工过程会引起变形或受机床刀具与夹具的磨损,引起零件最后的尺寸和形状误差。而在传统的面向装配设计系统中,很少考虑到零件的尺寸误差,导致最后加工出来的零件装配不上或装配性能不能满足要求。VPAVE系统就是基于上述不足而提出的。VPAVE系统中采用虚拟原型,通过提取实际加工过程影响参数,建立对装配零件形状精度和尺寸精度的影响模型,利用有限元软件分析零件的受力、变形及残余应力情况,在虚拟环境下进行可装配性分析和评价。

4)PAA系统。

2005年,意大利Bologna大学利用增强现实技术开发了基于CAD的装配规划与验证系统PAA(Personal Active Assistant)[13]。PAA实现了CAD装配系统和增强现实系统之间集成,从而提高工程设计模型和真实物理模型之间的集成。PAA系统利用CAD工具来有效提高对象识别能力,生成优化装配序列和产生装配操作指令;另一方面,基于增强现实的装配评价工具允许装配设计人员和装配操作人员之间的直接交互,指导操作人员的装配。

4 存在问题

虚拟装配在设计与制造领域的应用,具有重要的理论意义和实用价值。国内外研究也取得了很大的进展。但总体上看,虚拟装配技术目前仍存在许多欠缺,一些关键技术还需要亟待解决。

1)缺乏规范化的共享开发平台和统一的标准和规范。虚拟装配系统还不能接受CAD系统的模型信息,实现与主流CAD系统的无缝集成。目前各的虚拟装配系统,都是根据本单位的情况来定制CAD接口,实现信息转换,在数据的提取和表达、信息的存储和管理等方面没有统一的标准和规范。

2)建模能力弱。目前的虚拟装配系统都以理想的零件模型为基础,没有考虑具体的加工和装配环境对零件形状精度和尺寸误差的影响,导致实际生产出来的零件装配不上或装配性能不满足要求。

3)交互操作可靠性和灵活性差。由于基于碰撞检测的交互操作是一个多输入、大计算量的过程,输入系统的灵敏性、碰撞检测的计算效率等因素都影响交互操作的可靠性。

4)功能过于单一。虚拟装配系统除了工艺规划和装配过程仿真外,许多辅助功能还没能实现,如装配力变形分析、工装夹具的设计、装配质量预测、装配人员工效分析等功能。

5)开放性和集成能力弱。由于虚拟装配系统开发的方法、环境差别较大,与其他系统集成和数据交换的能力弱,制约了虚拟装配系统的开发及与现有其他系统的集成。

摘要：对虚拟装配技术的研究状况进行了全面的综述和分析。根据实现功能和目的不同,将虚拟装配分为四类。从虚拟装配环境、虚拟装配关键技术及虚拟装配应用系统三个方面,对虚拟装配技术的研究内容进行了分析和综述。探讨了传统虚拟装配环境的优势与不足,研究了二种新型的虚拟装配环境。总结了虚拟装配中各关键技术的研究和应用概况,重点分析了其中的装配建模、约束定位、工艺规划三种技术。介绍了四种典型的虚拟装配应用系统。最后,最后指出了目前系统开发和应用方面存在的主要问题和不足。