電纜虛擬裝配的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展

1、2010年第29卷5月第5期機(jī)械科學(xué)與技術(shù)M echanical Science and T echno l ogy for A erospace Eng ineer i ng M ay 2010V o. l 29N o . 5電纜虛擬裝配的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展原 彬, 熊 偉, 王祖溫(大連海事大學(xué)交通與物流工程學(xué)院, 大連 116026原 彬摘 要:電纜的裝配質(zhì)量是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一。對(duì)電纜裝配過程進(jìn)行基于虛擬現(xiàn)實(shí)的仿真, 可以減少電纜實(shí)際裝配過程中錯(cuò)裝、漏裝等現(xiàn)象的發(fā)生, 縮短產(chǎn)品裝配周期、降低裝配成本、提高裝配質(zhì)量及效率。筆者對(duì)電纜虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)即電纜布線, 裝配對(duì)象與裝配環(huán)境之

2、間的碰撞干涉檢驗(yàn)、電纜的幾何形狀仿真、虛擬裝配過程的評(píng)估及驗(yàn)證、裝配工藝規(guī)劃的現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述, 并在此基礎(chǔ)上對(duì)電纜虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)做了進(jìn)一步探討。關(guān) 鍵 詞:虛擬裝配; 電纜; 裝配過程; 虛擬現(xiàn)實(shí)中圖分類號(hào):TP391 9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003 8728(2010 05 0695 06A Revie w of t he Key Techni ques of Virt ual Asse m bl y for Cable HarnessY uan B i n , X i ong W e, i W ang Zu w en(Co ll ege o f T ranspo rtati

3、 on &Log istics Eng i nee ri ng , Da li anM a riti m e U n i ve rs i ty , D a lian , 116026Abst ract :The asse m bly qua lity of cab l e harness is one o f the i m portant factors wh ich dec i d e the qua lity of produc. t A sse m b ling the cable harness in virtual env ironm entw ill reduce t h e p

4、r obab ility o f i m proper asse m bly or o m ission o f cable . It is of great si g nificance to produce quality parts m ore qu ickly and econo m ica lly . The key techno log ies o f v irtual asse m bly for cable harness i n clude the route p lanning , collisi o n detection , shape si m ulati o n ,

5、 evaluati o n o f asse m bly process , and plann i n g of asse mb l y tec hno l o g ies . The statusquo of t h ese key technolog i e s is i n troduced i n detai, l and the ir advantage and current li m itati o ns are discussed asw e l. l The developi n g trend o f virtual asse m bly for cab le harne

6、ss is presented. K ey w ords :v irtual asse m bly ; cab le harness ; asse m bly process ; v irt u a l rea lity 無論是在航空工業(yè)、汽車工業(yè), 還是家電行業(yè)中, 電纜都是機(jī)電系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分; 也是費(fèi)用最高的零部件之一1線。存在布線效率較低, 設(shè)計(jì)成本高, 開發(fā)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn), 同時(shí)不易對(duì)電纜布局進(jìn)行總體規(guī)劃。對(duì)電纜進(jìn)行虛擬裝配可以減少物理模型制作、縮短裝配周期、降低裝配成本, 提高裝配操作人員的培訓(xùn)速度、提高裝配質(zhì)量及效率。筆者對(duì)國(guó)內(nèi)外電纜虛擬裝配的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹, 對(duì)涉及到的

7、關(guān)鍵技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析, 并在此基礎(chǔ)上探討了電纜虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。1 電纜虛擬裝配的研究現(xiàn)狀虛擬裝配是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制造領(lǐng)域的典型應(yīng)用。從上世紀(jì)90年代開始, 隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展, 虛擬裝配得到越來越廣泛的重視。研究對(duì)象也從熟悉的剛性物體逐漸擴(kuò)展到電纜、64, 5。電纜的設(shè)計(jì)與裝配質(zhì)量是影響整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。由于電纜種類繁多, 形態(tài)復(fù)雜, 可裝配空間小, 因此在實(shí)際的裝配過程中極易造成錯(cuò)裝、漏裝、布局不合理或者發(fā)生干涉現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì), 電纜類零件的故障率占到總故障率的20%左右。目前常用的電纜安裝設(shè)計(jì)方法有模裝法和模板法32。這兩種方法都屬于串行設(shè)計(jì)方法, 手工布收稿日期:2

8、009-05-21作者簡(jiǎn)介:原 彬(1978-, 博士研究生, 研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)與制造、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與應(yīng)用, yjoy-213si n a . co m. cn ; 王 , , w l m cn14, 15年為波音公司工作的過程中, 使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真電纜的裝配過程, 首次提出了將虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境與電纜布線相結(jié)合的思想, 并驗(yàn)證了該方法的可行性。Conru 和Cutkosty 也針對(duì)航空工業(yè)中存在的電纜設(shè)計(jì)的問題, 展開了虛擬裝配的研究。他們采用并行工程的方法, 構(gòu)建出一個(gè)多用戶系統(tǒng), 用于電纜設(shè)計(jì)者的協(xié)同設(shè)計(jì), 實(shí)時(shí)顯示電纜布線效果并比較多種方案的不同。R itch i e 等使用W or

9、ldTool K it(WTK 軟件開發(fā)了一個(gè)虛擬環(huán)境下實(shí)時(shí)電纜裝配系統(tǒng)COSTAR, 通過頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等虛擬設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互, 實(shí)現(xiàn)了虛擬環(huán)境下的電纜裝配。國(guó)內(nèi)對(duì)電纜裝配仿真的研究起步較晚。目前, 只有北京理工大學(xué)和中國(guó)物理研究院有相關(guān)的文章發(fā)表。北京理工大學(xué)根據(jù)虛擬環(huán)境的特點(diǎn), 提出了線纜離散控制點(diǎn)建模技術(shù), 開發(fā)了VAPP 系統(tǒng)進(jìn)行2, 9, 10電纜建模和虛擬裝配的研究。物理研究院開發(fā)了基于虛擬樣機(jī)的電纜布線系統(tǒng)11, 1287基于人工智能的電纜自動(dòng)化布線方法。研究人員首先將布線環(huán)境劃分成許多網(wǎng)格, 使用三維稀疏圖來表達(dá)電纜可通過的自由網(wǎng)格, 將自由網(wǎng)格用點(diǎn)代替, 得到電纜的拓

10、撲結(jié)構(gòu)圖。在此基礎(chǔ)上以電纜成本作為目標(biāo)函數(shù), 通過遺傳算法求解, 尋找電纜的最優(yōu)路徑。算法中的目標(biāo)函數(shù)為#bund lsco s t =f i (nW b i *g i (Lb i i=1式中:nW b i 為第i 個(gè)線束中的電線數(shù)目; Lb i 為第i 個(gè)線束的長(zhǎng)度; f i 為第i 個(gè)線束的單位成本; g i 為第i 個(gè)線束調(diào)整后的長(zhǎng)度。雖然使用人工智能的方法進(jìn)行電纜的路徑規(guī)劃, 在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)布線, 縮短布線時(shí)間, 節(jié)省勞動(dòng)成本這方面取得了一定效果, 但是大部分學(xué)者仍然認(rèn)為使用A I 人工智能來進(jìn)行自動(dòng)或者半自動(dòng)的電纜布線, 不能夠取得成功。其主要的原因在于:(1 電纜設(shè)計(jì)是一個(gè)開放性

11、很強(qiáng)的過程, 計(jì)算機(jī)本身難以捕捉操作者的操作意圖。(2 電纜裝配中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)交叉裝配等復(fù)雜情況, 裝配過程依賴大量的實(shí)際裝配經(jīng)驗(yàn), 而這些裝配經(jīng)驗(yàn)很難用公式進(jìn)行表達(dá)。(3 隨著電纜數(shù)量的增加, 可裝配序列也同時(shí)爆炸性增多。人工智能的方法可以為單個(gè)電纜裝配尋找最優(yōu)路徑, 但是卻缺乏從整體布局上的考慮。因此, 目前更多的研究方法集中在使用有效的人機(jī)交互手段確定電纜的路徑。8, 并對(duì)包含柔性 剛性部件的復(fù)雜裝配系統(tǒng)的裝配方法進(jìn)行了研究。線纜裝配是一個(gè)非常復(fù)雜的環(huán)節(jié)。目前電纜虛擬裝配的研究尚處在初級(jí)階段, 有許多的關(guān)鍵技術(shù)仍然需要進(jìn)一步的研究。2 關(guān)鍵技術(shù)研究電纜虛擬裝配過程中所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)包括電

12、纜布線, 裝配過程中電纜與其它零部件之間的碰撞干涉檢驗(yàn), 電纜的幾何模型仿真, 電纜的裝配工藝規(guī)劃, 以及虛擬裝配過程的評(píng)估與驗(yàn)證。2 1 電纜布線電纜布線是指按照電氣連接圖的要求, 對(duì)裝配電纜進(jìn)行路徑規(guī)劃, 包括電纜走向、卡箍的位置分布等。同時(shí)還要考慮如通風(fēng)散熱、電磁耦合、塑性變形等約束條件。因此想要在復(fù)雜的、有限的空間中為一束電纜設(shè)計(jì)有效、令人滿意的路徑是非常困難的一件事。目前, 電纜布線的方法主要包括人工智能布線和人機(jī)交互布線兩種方法。人工智能布線是依靠?jī)?yōu)化算法為電纜尋找最優(yōu)的空間位置, 使其走向合理, 長(zhǎng)度最短, 固定可靠, 檢測(cè)方便。在這一點(diǎn)上, 電纜布線與管道路徑規(guī)劃是相似的。19

13、91年, Zhu D 首次進(jìn)行了管線路徑規(guī)劃的研究。他將可彎曲管線的路徑看作機(jī)器人在二維或三維空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡。將機(jī)器人路徑規(guī)劃中的空間分解法應(yīng)用到管線設(shè)計(jì)中, 進(jìn)行管路系統(tǒng)布 , 13圖1 R itch i e 的虛擬裝配環(huán)境R itch ie 使用頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、位置跟蹤器等虛擬設(shè)備作為硬件支持, 選擇W TK 為開發(fā)軟8, 16系統(tǒng)COSTAR 。該系統(tǒng)允許操作人員使用數(shù)好地滿足虛擬系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。2 3 幾何形狀仿真變形物體的仿真開始于上世紀(jì)90年代, 最初應(yīng)用于粒子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真, 之后擴(kuò)展到對(duì)布匹、織物及肌肉柔性體的變形仿真。在研究初期, 人們大多采用樣條曲線, 如B 樣

14、條、NURBS 曲線等建立物體的幾何模型, 描述物體的形態(tài), 如打結(jié), 纏繞等26據(jù)手套對(duì)電纜進(jìn)行選擇、抓取、移動(dòng), 并可以使用點(diǎn)到點(diǎn)! 或者 起點(diǎn)與方向! 的方法進(jìn)行電纜的虛擬裝配。COSTAR 虛擬裝配系統(tǒng)的工作環(huán)境如圖1所示。北京理工大學(xué)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造實(shí)驗(yàn)室提出了基于離散控制點(diǎn)技術(shù)的電纜裝配系統(tǒng)VAPP2, 9, 10。用戶可以通過人機(jī)交互的方式預(yù)先輸入包括截面形狀、控制點(diǎn)個(gè)數(shù)、顏色、控制點(diǎn)間距等電纜信息, 系統(tǒng)按照輸入信息創(chuàng)建電纜模型。然后在虛擬環(huán)境中通過拾取控制點(diǎn)、修改控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)來完成布線操作。與人工智能布線相比, 基于虛擬設(shè)備的人機(jī)交互布線能夠更有效和準(zhǔn)確地解決實(shí)際裝配中的

15、實(shí)際困難。但是也必須看到, 大多數(shù)的電纜布線研究在進(jìn)行路徑規(guī)劃時(shí)沒有考慮電纜與其它零部件之間交叉裝配的影響, 忽略了面向裝配過程的仿真。2 2 碰撞干涉檢驗(yàn)碰撞干涉檢驗(yàn)是任何虛擬裝配系統(tǒng)都要面對(duì)并解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。碰撞檢測(cè)算法的精確度及效率影響著整個(gè)虛擬裝配系統(tǒng)的逼真程度。電纜是柔性體, 在裝配過程中電纜沿著指定的裝配路徑展開, 通過改變自身形態(tài)來避開障礙物。因此, 電纜虛擬裝配中, 碰撞干涉檢驗(yàn)的主要目的是通過碰撞檢驗(yàn)建立規(guī)避機(jī)制, 保證電纜路徑的可行性。在碰撞干涉檢驗(yàn)算法中, 電纜或者電纜的局部均被看作是剛性物體來進(jìn)行計(jì)算。目前常用的碰撞干涉檢驗(yàn)算法1719有空間分解法和層次包圍盒法?？?/p>

16、間分解法是將整個(gè)虛擬空間劃分成相等體積的小單元立方體, 只對(duì)占據(jù)了同一單元立方體的幾何對(duì)象進(jìn)行碰撞檢測(cè), 比較有代表性的算法有k d 樹20。這些模型計(jì)算方法簡(jiǎn)單, 容易實(shí)現(xiàn), 但缺點(diǎn)是不能反應(yīng)物體受力作用的形態(tài)變化。近年來, 基于物理的建模技術(shù)被逐漸應(yīng)用到電纜的幾何形狀仿真中?；谖锢淼慕＜夹g(shù)是將電纜看作具有質(zhì)量, 有彈性的連續(xù)彈性物體, 在外力及邊界約束作用下進(jìn)行變形, 變形過程服從物理定律。該方法依據(jù)力學(xué)原理建立物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程, 采用數(shù)值方法對(duì)方程求解, 最終模擬到電纜變形的平衡狀態(tài)。電纜基于物理屬性的模型主要包括質(zhì)點(diǎn) 彈簧系統(tǒng)和有限元模型。質(zhì)點(diǎn) 彈簧系統(tǒng)的基本原理是將曲面離散為一系

17、列沒有體積的質(zhì)點(diǎn)(也稱粒子, 質(zhì)點(diǎn)之間通過一系列沒有質(zhì)量, 長(zhǎng)度不為零的彈簧來連接。采用牛頓力學(xué)定理建立質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程, 通過求解微分方程模擬電纜的動(dòng)態(tài)變形。A. Loock 和E . Sch m er 將質(zhì)點(diǎn) 彈簧系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn), 首先定義連接相鄰質(zhì)點(diǎn)的彈簧為線性彈簧, 用來計(jì)算質(zhì)點(diǎn)在拉伸過程中所受到的彈性張力。同時(shí)用相鄰兩個(gè)彈簧的夾角 定義一個(gè)扭曲彈簧, 用來仿真電纜的彎曲剛度大小。如圖2所示。他們采用隱式歐拉和共軛梯度法進(jìn)行數(shù)值解析, 并得到電纜受力后的平衡狀態(tài)。27、八叉樹21、BSP 樹22等; 層次包圍盒法是通圖2 Loo ck 的質(zhì)點(diǎn) 彈簧模型過使用體積略大但幾何特性簡(jiǎn)單的包圍盒

18、來近似描述復(fù)雜的幾何對(duì)象, 通過對(duì)包圍盒間的相交測(cè)試來進(jìn)行幾何對(duì)象的碰撞檢測(cè), 這種方法比較典型的例子有軸向?qū)哟伟鼑蠥ABB2423, 方向?qū)哟伟鼑蠴BB 等。北京理工大學(xué)的研究人員在進(jìn)行電纜虛擬裝配研究時(shí)將電纜看作是 細(xì)長(zhǎng)型! 零件, 為了減少包圍體的邊角空隙, 選擇使用OBB 層次包圍盒進(jìn)行碰撞檢測(cè)計(jì)算。同時(shí)提出了面向虛擬裝配的分層精確碰撞檢測(cè)算法, 以電纜控制點(diǎn)為參考對(duì)電纜進(jìn)行分層細(xì)分, 縮短了計(jì)算時(shí)間。然而由于電纜的裝配空間通常都比較復(fù)雜, 包含的零件體積相對(duì)較小、數(shù) H er genro t h er 使用的質(zhì)點(diǎn) 彈簧系統(tǒng), 在各個(gè)2825圖3 H ergenro ther 的質(zhì)

19、點(diǎn) 彈簧系統(tǒng)698機(jī)械科學(xué)與技術(shù)表1 各仿真方法的比較建模方法樣條曲線質(zhì)點(diǎn)彈簧有限元法逆運(yùn)動(dòng)學(xué)法復(fù)雜程度+反映物理特性否是是否仿真精度+第29卷勢(shì)能。模型如圖3所示。計(jì)算方法為:固定電纜的起止點(diǎn), 將彈簧進(jìn)行偶數(shù)分段, 計(jì)算當(dāng)彈簧的中間點(diǎn)位于某一位置時(shí), 系統(tǒng)中質(zhì)點(diǎn)的勢(shì)能和彈簧的彈性勢(shì)能。計(jì)算時(shí)他將電纜進(jìn)行分段設(shè)計(jì), 分別仿真每個(gè)分段電纜的變形后, 再進(jìn)行合并。按照能量最小的原則, 確定彈簧的位置。有限元法將電纜離散為網(wǎng)格, 用插值函數(shù)描述每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的變形和應(yīng)力, 計(jì)算出結(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力或者變形。有限元方法可以避免發(fā)散級(jí)數(shù)的出現(xiàn)。而且相比于質(zhì)點(diǎn) 彈簧方法, 該方法可以將電纜重量、剛度等物理屬性計(jì)算

20、的更加精確。但是有限元法需要離散的網(wǎng)格數(shù)目較大, 計(jì)算時(shí)間量大, 不能滿足虛擬環(huán)境良好的實(shí)時(shí)性的要求。除了基于物理屬性的仿真, 另一個(gè)被使用的幾何建模方法是逆運(yùn)動(dòng)學(xué)法。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題是機(jī)器人關(guān)節(jié)控制中研究的主要問題。它根據(jù)機(jī)器人末端需要達(dá)到的位置和姿態(tài), 反求機(jī)械人各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)變量。求解方法有主要有代數(shù)法、幾何法和數(shù)值法。魏發(fā)遠(yuǎn)使用該方法進(jìn)行了電纜幾何形狀仿真, 將每束要安裝的電纜看作一個(gè) 蛇形機(jī)器人! , 利用D H 算法解出個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)的最終位置, 如圖4所示。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法具有非常好的收斂性, 適合于在線計(jì)算。缺點(diǎn)是由于沒有考慮到電纜的受力, 因此仿真結(jié)果 與真實(shí)情況有一定的偏差。1229應(yīng)用情

21、況+2 4 裝配工藝信息虛擬裝配的目標(biāo)之一是進(jìn)行裝配規(guī)劃, 獲得可行且較優(yōu)的裝配工藝信息, 用于指導(dǎo)生產(chǎn)。因此在虛擬環(huán)境中對(duì)電纜的裝配過程進(jìn)行仿真, 并記錄電纜裝配的工藝信息, 包括電纜的裝配路徑、裝配順序、工裝夾具的操作信息、裝配工藝參數(shù)等工藝信息, 對(duì)實(shí)際裝配具有指導(dǎo)意義。魏發(fā)遠(yuǎn)等14認(rèn)為電纜的安裝過程是拆卸的逆過程。因此首先對(duì)需要裝配的系統(tǒng)進(jìn)行了拆卸, 得到包含拆裝對(duì)象、拆裝方法、拆裝步驟的拆裝序列。在此基礎(chǔ)上將該過程反向操作, 得到電纜的裝配工藝序列。這種 可拆即可裝! 的裝配方法, 在一定程度上能夠解決裝配工藝設(shè)計(jì)的問題。但是實(shí)際生產(chǎn)過程中, 裝配和拆卸可能不完全互逆。因此該方法所得

22、到的裝配工藝并不總能反映實(shí)際的裝配過程。只適用于零件模型少、裝配工藝簡(jiǎn)單的裝配。這方面, 北京理工大學(xué)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造實(shí)驗(yàn)12室進(jìn)行了更多的研究。萬畢樂在對(duì)電纜的虛擬裝配過程中, 引入了裝配任務(wù)和布線任務(wù)的概念。一個(gè)裝配任務(wù)完成對(duì)一個(gè)零件的裝配工作, 包括抓取, 移動(dòng), 釋放等操作。布線任務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜零件的顯示屬性, 模型數(shù)據(jù), 電纜的位姿進(jìn)行修改或調(diào)整。一個(gè)布線任務(wù)對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的電纜對(duì)象。在進(jìn)行裝配時(shí), 通過鏈表進(jìn)行布線任務(wù)和裝配任務(wù)的管理, 完成裝配工藝規(guī)劃。同時(shí)考慮到工序簡(jiǎn)圖、裝配工藝卡片和各種報(bào)表仍是生產(chǎn)組織中不可缺少的指導(dǎo)性文件, 系統(tǒng)對(duì)布線任務(wù)中包括的導(dǎo)線、接頭以及尼龍?jiān)鷰У容o助材

23、料進(jìn)行統(tǒng)計(jì), 輸出相應(yīng)的材料清單, 生成工藝卡片。有效地指導(dǎo)了生產(chǎn)工作的進(jìn)行。目前, 電纜虛擬裝配工藝規(guī)劃方面面臨的主要問題是缺乏裝配過程的智能引導(dǎo)和優(yōu)化。研究人員往往獲得的是可行的裝配順序, 而不一定是最優(yōu)的裝配順序。2 5 有效的評(píng)估與檢測(cè)裝配系統(tǒng)的評(píng)估和驗(yàn)證主要包括面向設(shè)計(jì)的裝配驗(yàn)證和面向裝配的裝配驗(yàn)證。圖4 蛇形機(jī)器人! 模型這幾種模型相比較而言, 質(zhì)點(diǎn) 彈簧模型的原理簡(jiǎn)單明了, 無論是在建模還是在求解方法上都已形成成熟的理論, 影響模型求解速度和精確度的主要因素在于電纜分段的多少、數(shù)值方法的選擇和時(shí)間步長(zhǎng)的選取。限制這一方法普遍應(yīng)用的原因是在實(shí)際環(huán)境中, 電纜在特定環(huán)境中所受的約束力

24、形式都不盡相同, 如何給出合理的數(shù)學(xué)表達(dá)形式是未來研究的主要方向之一。表1是各仿真方法的比較。第5期原 彬等:電纜虛擬裝配的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展699證, 裝配結(jié)果正確性的驗(yàn)證。電纜的虛擬裝配本身就是裝配過程的模擬, 因此在裝配過程中即可實(shí)現(xiàn)對(duì)可裝配性的驗(yàn)證。裝配結(jié)果的正確性的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一是電纜長(zhǎng)度的驗(yàn)證。在實(shí)際裝配過程中, 電纜長(zhǎng)度是影響裝配質(zhì)量的重要因素。王峰軍在對(duì)電纜布線進(jìn)行仿真之后, 使用空間積分的方法計(jì)算電纜的長(zhǎng)度, 再與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行比較驗(yàn)證。結(jié)果顯示在仿真的20條電纜中有3條與實(shí)際結(jié)果出入較大。通過分析發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)偏差的主要原因?yàn)闆]有合理考慮電纜裝配中的裕量問題。作者雖未提出解決問題的方法

25、, 但是指出 在電纜路徑規(guī)劃方面的仿真, 還很難合理處理實(shí)際布線時(shí)的各種情況! 。面向裝配的驗(yàn)證包括裝配過程中的人機(jī)工程學(xué)分析, 即裝配系統(tǒng)對(duì)實(shí)際裝配的指導(dǎo)作用。R it ch i e 挑選了10位男性工程師對(duì)所開發(fā)的虛擬裝配系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。通過對(duì)操作人員的工作時(shí)間進(jìn)行分析, 指出如果操作人員使用計(jì)算機(jī)的經(jīng)驗(yàn)太少, 則不能很好地使用該裝配系統(tǒng)模擬實(shí)際的電纜裝配過程。同時(shí)該試驗(yàn)還對(duì)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的3種裝配仿真模式進(jìn)行檢驗(yàn), 指出與實(shí)際最接近的裝配模式。對(duì)于裝配過程中的其他人機(jī)工程學(xué)的分析, 國(guó)外已經(jīng)有學(xué)者在剛性產(chǎn)品的虛擬裝配進(jìn)行研究, 例如VRCI M 實(shí)驗(yàn)室的人體姿勢(shì)的實(shí)時(shí)分析。但是關(guān)于電纜虛擬裝配

26、過程中的人機(jī)工程的分析目前還沒有。3 存在的不足及發(fā)展趨勢(shì)虛擬環(huán)境下的電纜裝配由于受到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)水平, 電纜數(shù)學(xué)模型建立、電纜布線約束條件等因素的影響, 仍然存在著不足和有待發(fā)展的地方。(1 改進(jìn)電纜建模算法, 提高算法的精確度, 減少計(jì)算時(shí)間。實(shí)時(shí)性是虛擬仿真的一個(gè)顯著特點(diǎn), 也是評(píng)價(jià)虛擬環(huán)境是否逼真的主要指標(biāo)。而目前考慮了電纜物理屬性的仿真算法, 時(shí)間復(fù)雜度都較高, 因此使得仿真過程不能夠很好地滿足虛擬仿真實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。(2 優(yōu)化碰撞檢驗(yàn)的方式使其適合更復(fù)雜的幾何環(huán)境。碰撞檢驗(yàn)一直都是虛擬研究人員的主要研究?jī)?nèi)容。碰撞檢驗(yàn)算法的效率對(duì)虛擬裝配過程仿真效果有著至關(guān)重要的影響。由于虛擬環(huán)境中產(chǎn)

27、品模型的復(fù)雜程度不斷提高, 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、真實(shí)性和沉浸感的要求也不斷增強(qiáng), 因此需要進(jìn)一步提高碰撞檢測(cè)算法的效率。(3 考慮非彈性變形的影響。目前的電纜變形仿真還是只考慮電纜的彈性變形。而實(shí)際的電纜受830常出現(xiàn)非彈性變性。全面考慮電纜的受力狀態(tài), 給出最接近的數(shù)學(xué)模型將是下一個(gè)研究重點(diǎn)。(4 更加合理、完善的評(píng)估模式。雖然目前已經(jīng)有學(xué)者對(duì)于虛擬裝配對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)作用進(jìn)行了評(píng)估、檢驗(yàn)。但是這只是一個(gè)研究的初步階段。如何對(duì)虛擬裝配系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此有必要提出更加合理、完善的評(píng)估模式。(5 知識(shí)的提取與應(yīng)用。電纜的裝配過程中經(jīng)驗(yàn)起著非常重要的作用。在虛擬裝配環(huán)境中如何把這些

28、知識(shí)提取出來, 獲取裝配意圖, 指導(dǎo)裝配過程, 對(duì)裝配過程進(jìn)行合理規(guī)劃, 這也是一個(gè)要解決的問題。參考文獻(xiàn)1 NG FM, R i tch ie JM, S i m mons J E L . The des i gn and p lanningof cab le h arness asse mb liesJ.Journa l ofM a terials P rocess i ng Technology , 2000, 107:37432 劉檢華, 萬畢樂, 寧汝新. 虛擬環(huán)境下基于離散控制點(diǎn)的線纜裝配規(guī)劃技術(shù)J.機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2006, 42(8:1251303 徐福祥. 衛(wèi)星工程概論M.宇

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35、大提高計(jì)算效率, 能直觀地看出功能隨機(jī)過程極值 的概率函數(shù)分布, 這反映出概率密度演化方法能更 加真實(shí)地反映機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中統(tǒng)計(jì)規(guī)律傳遞的過程。需 要注意的是, 利用差分方法進(jìn)行概率密度演化的程 序復(fù)雜, 誤差不可避免, 選取不當(dāng)?shù)牟罘指袷交蛘卟?正確的網(wǎng)格劃分形式甚至?xí)斐慑e(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果。 參考文獻(xiàn) 1 Zio E R eliab ility engineering: old problem s and new challenges . J . R eliability Engineering and System Safety 2009 94( 2 , , 2 3 4 孫志 禮, 李良巧. 實(shí)用

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