畢業(yè)論文初稿數(shù)字化裝配

1、PAGE 畢業(yè)論文開題報告題 目： 數(shù)字化裝配的發(fā)展現(xiàn)狀研究學 部： 工程技術學部學生姓名： 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化學號： 班 指導教師姓名： 指導教師職稱：年 月日20世紀80年代后期以來，隨著計算機信息技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，以美國為首的西方發(fā)達國家開始研究產(chǎn)品數(shù)字化設計制造技術。這項技術以全面采用數(shù)字化產(chǎn)品定義、數(shù)字化預裝配、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、并行工程和虛擬制造技術為主要標志，從根本上改變了傳統(tǒng)的設計與制造方式，大幅度地提高了設計制造技術水平。我國的數(shù)字化裝配技術尚處于起步階段，與發(fā)達國家相比還存在較大差距研究目的和意義 (1)容易實現(xiàn)產(chǎn)品設計、工藝設計、工裝設計的并行工程，因此，能

2、夠縮短產(chǎn)品研制周期，降低開發(fā)成本； (2)在產(chǎn)品實際(實物)裝配之前，通過裝配過程仿真，及時地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計、工藝設計、工裝設計存在的問題，有效地減少裝配缺陷和產(chǎn)品的故障，減少因裝配干涉等問題而進行的重新設計和工程更改，因而降低了產(chǎn)品研制風險，保證了產(chǎn)品裝配的質(zhì)量； (3)利用數(shù)字標工達到裝配過程協(xié)調(diào)以數(shù)字量傳遞，簡化和減少了實物工裝，并且使用數(shù)字測量技術保證了裝配質(zhì)量； (4)裝配仿真過程產(chǎn)生的圖片、視頻錄象直觀地演示裝配仿真，使裝配工人更容易理解裝配工藝，減少了裝配過程反復，減少了人為差錯； (5)裝配仿真過程產(chǎn)生的圖片，視頻錄象可用于對維修人員的培訓； (6)對新產(chǎn)品的開發(fā)，通過三維數(shù)字化

3、裝配工藝設計與仿真，減少了技術決策風險，降低了技術協(xié)調(diào)成本； (7)通過三維數(shù)字化裝配工藝設計與仿真，進行時間工時分析、車間三維工藝布局、資源規(guī)劃和評估，有利于提高生產(chǎn)計劃的準確度； (8)可提高企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)研制方面的快速應變能力，適應激烈的市場競爭和不同的用戶需求； (9)提高了企業(yè)的技術創(chuàng)新能力。國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國外對虛擬裝配的研究起步早，其中美國華盛頓州立大學開發(fā)“虛擬裝配設計環(huán)境”的虛擬裝配設計系統(tǒng)。設計人員在該系統(tǒng)中進行虛擬裝配時可以直接操作虛擬的零件模型，通過模擬現(xiàn)實的裝配場景，可驗證并解決產(chǎn)品的可裝配性問題，獲得有關產(chǎn)品的設計和制造工藝信息。同時英國、日本和德國也相繼開發(fā)出各自的

4、虛擬現(xiàn)實裝配系統(tǒng)，并在某些著名企業(yè)得到了很好的應用。我國虛擬裝配技術起步晚，相對于發(fā)達國家還有一定的差距。近些年發(fā)展勢頭強勁，如清華大學國家計算機集成制造（CIMS）工程技術研究中心在商品化CAD軟件Pro/ENGINEER基礎上二次開發(fā)而成的工具軟件系統(tǒng)虛擬裝配支持系統(tǒng)（VASS），能夠基于三維實體模型在計算機上開展產(chǎn)品及其部件的數(shù)字化預裝配，進行裝配工藝規(guī)劃，驗證產(chǎn)品可裝配性，并生成能夠指導實際裝配作業(yè)的裝配工藝規(guī)程和卡片等等。浙江大學CAD國家重點實驗室設計的虛擬裝配設計系統(tǒng)VDVAS（Virtual Design and Virtual Assembly System）實現(xiàn)了在同一虛擬

5、環(huán)境中修改零件的幾何模型，無需在虛擬環(huán)境與CAD系統(tǒng)間進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸，提高了系統(tǒng)的可靠性；同時對基于語義的產(chǎn)品裝配設計技術進行了研究，實現(xiàn)了基于語義的產(chǎn)品裝配操作，對進一步提高產(chǎn)品裝配效率與質(zhì)量具有重要意義。西北工業(yè)大學CAD/CAM國家專業(yè)實驗室結(jié)合飛機產(chǎn)品的設計開發(fā)，基于SolidWorks和CATIA軟件平臺開發(fā)實現(xiàn)了裝配仿真系統(tǒng)。華中科技大學在Pro/E環(huán)境下，利用開發(fā)工具Pro/Develop成功開發(fā)了包括裝配序列規(guī)劃、裝配路徑規(guī)劃及裝配過程仿真等功能模塊的虛擬裝配系統(tǒng)。西飛公司開發(fā)的數(shù)字化產(chǎn)品設計制造系統(tǒng)能完成產(chǎn)品零部件的三維模型設計、數(shù)字化預裝配、干涉檢查等功能主要研究內(nèi)容：

6、裝配工藝知識的表達與建庫、裝配建模、碰撞檢驗與裝配路徑規(guī)劃、產(chǎn)品裝配性能評價方法、異構系統(tǒng)間裝配信息交換技術、自然化的人機交互技術、裝配公差分配與優(yōu)化技術。我國數(shù)字化裝配發(fā)展現(xiàn)狀以及與發(fā)達國家先進裝配方法的差距，數(shù)字化裝配的一些技術和方法，數(shù)字化裝配技術在一些領域的上的應用，如飛機制造、汽車零部件裝配、應用領域：裝配工藝與工裝優(yōu)化、復雜產(chǎn)品可視化工藝畢業(yè)論文題 目：數(shù)字化裝配的發(fā)展現(xiàn)狀研究學 部： 專業(yè)班級 學 號： 學生姓名： 指導教師姓名： 指導教師職稱：2011 年 3 月 28 日摘要面對著當今市場激烈的競爭、迅速變化的形勢，制造企業(yè)必須不斷地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和提高產(chǎn)品的質(zhì)量。傳統(tǒng)的制

7、造業(yè)已經(jīng)進入到了一個巨大的變革時期，計算機和信息技術日益發(fā)展、成熟，越來越深入的應用到制造領域?，F(xiàn)在我國正不斷地引進消化吸收國外先進制造技術和經(jīng)驗，集成制造、敏捷制造、虛擬制造、虛擬裝配等先進技術正在深入普及。在產(chǎn)品設計、制造各環(huán)節(jié)中，產(chǎn)品裝配是一個很重要環(huán)節(jié)，也是影響產(chǎn)品質(zhì)量和建造周期的重要因素之一。虛擬裝配技術是一種全新的設計概念。它可有效支持自頂向下的并行產(chǎn)品設計可裝配性設計，以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,因此虛擬裝配技術的應用價值和重要性越來越受到制造企業(yè)的認可，它可以大幅縮短建造周期，提前發(fā)現(xiàn)并改進現(xiàn)場施工的不合理環(huán)節(jié)，減少返工率，降低建造成本。目前中國航空制造業(yè)在虛擬裝配技術中的研究和應用有

8、了長足的發(fā)展，而在船舶和汽車行業(yè)中的應用還處于初級階段，尤其在海洋工程大型設備裝配領域的研究還很少。本文借鑒在大飛機應用的經(jīng)驗和方法，探討虛擬裝配技術在機械制造行業(yè)應用方法，希望對我國機械制造業(yè)的發(fā)展起到一定推動作用。關鍵詞數(shù)字化裝配 虛擬裝配 虛擬制造 柔性化裝配 AbstractFacing the fierce competition in todays market、rapidly changing situation. Manufacturing enterprises have to continue to shorten product development cycles an

9、d improve product quality. The traditional manufacturing industry has entered a period of great change, Increasing development of computer and information technology more in-depth apply to the manufacturing. Now our is continuing to digest the introduction of foreign advanced manufacturing technolog

10、y and experience, Integrated Manufacturing, Agile Manufacturing, Virtual Manufacturing, Virtual Assembly and so on Is universal in depth。In all sectors of product design and manufacturing, product assembly is a very important part but also an important factor in product quality and construction cycl

11、ing. Virtual assembly technology is a new design concept. It can effectively support parallel top-down design for assembly to shorten the product development cycle, therefore ,the value of virtual assembly technology and importance of recognition are more and more applied by manufacturing enterprise

12、s. It can significantly shorten the construction period, found in advance and improve the irrational aspects of site construction, reduce the rework rate, reduce construction costs. Chinas aviation industry is currently in a virtual assembly technology research and application have made great progre

13、ss, but in the marine and automotive industry applications at an early stage, In particular , the research in the field of large equipment in the marine engineering is very little. This article draws on the experience of a large aircraft applications and methods,probe virtual assembly application me

14、thods in the machinery manufacturing industry, want to play a role in the development of Chinas machinery manufacturing industry.KeywordsDigital Assembly Virtual Assembly Virtual Manufacturing Flexible assembly目錄第1章緒論1.1課題的研究背景及意義1.2數(shù)字化裝配技術1.3數(shù)字化裝配的特點.1.4數(shù)字化裝配技術的主要功能.1.5國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應用. 1.5.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀及應用1.5

15、.2國外研究現(xiàn)狀及應用1.6數(shù)字化裝配技術取得的成果1.7本文的主要研究內(nèi)容1.8本文的組織結(jié)構1.9小結(jié).第2章面向裝配的產(chǎn)品建模2.1傳統(tǒng)設計方法及存在的問題2.2自頂向下(Top-down)的設計技術2.2.1 Top-down設計方法的概念2.2.2 Top-down設計方法的優(yōu)點2.3支持自頂向下的裝配模型研究.2.4小結(jié)第3章數(shù)字化裝配過程中的關鍵技術.3.1數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術3.2數(shù)字化裝配容差分析技術3.3數(shù)字化裝配中自定位技術3.4數(shù)字化裝配工藝設計技術3.5數(shù)字化裝配過程仿真驗證技術3.6我對數(shù)字化裝配技術的理解第4章數(shù)字化裝配技術的應用.4.1數(shù)字化裝配技術在柴油機研發(fā)上

16、的應用4.2數(shù)字化裝配技術在衛(wèi)星研發(fā)上的應用4.3數(shù)字化裝配技術在飛機制造上的應用4.4小結(jié)第5章總結(jié)與期望.5.1論文主要工作總結(jié)5.2對數(shù)字化裝配技術未來發(fā)展的預測致謝.參考文獻.第1章緒論1.1課題的研究背景及意義隨著市場競爭的全球化，制造業(yè)面臨著更為激烈的全球市場競爭。產(chǎn)品的生產(chǎn)模式由少品種、大批量逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗥贩N、變批量。產(chǎn)品的設計制造過程也由一個企業(yè)獨自完成發(fā)展到具有互補性企業(yè)之間的強強聯(lián)合，跨地區(qū)、跨國界的技術合作越來越多。由此，產(chǎn)品的異地設計和制造、敏捷制造技術、虛擬制造技術等先進的制造模式和技術正在成為制造工程界研究和應用的熱點和重點領域，其中，產(chǎn)品數(shù)字化裝配技術是實現(xiàn)異地設

17、計與制造、敏捷制造和虛擬制造等先進生產(chǎn)方式的關鍵技術。據(jù)統(tǒng)計，在工業(yè)化國家中產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中大約1/3左右的人力在從事與產(chǎn)品裝配有關的活動，超過40%以上的生產(chǎn)費用產(chǎn)生于產(chǎn)品的裝配過程，產(chǎn)品裝配所需工時占產(chǎn)品生產(chǎn)制造總工時的40%-60% 。而產(chǎn)品開發(fā)時間的不斷增長與產(chǎn)品生命周期不斷縮短形成了鮮明的對比（如圖1）。因此，裝配是產(chǎn)品生命周期的重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品功能實現(xiàn)的主要過程。 圖1產(chǎn)品開發(fā)時間與產(chǎn)品生命周期對比圖然而，就目前的產(chǎn)品設計和產(chǎn)品開發(fā)現(xiàn)狀來看，有關產(chǎn)品裝配結(jié)構及其工藝的設計工具和設計水平仍然十分落后，與裝配在產(chǎn)品生命周期中的重要地位極不相稱。就現(xiàn)行的產(chǎn)品裝配設計而言，CAD工具軟件對

18、產(chǎn)品裝配結(jié)構設計的支持能力還很差，以當前較為流行的Pro/E等系統(tǒng)來看，只做到對裝配體的幾何結(jié)構設計和簡單幾何特征之間的干涉關系檢驗等功能的支持，因此仍然是在幾何范疇內(nèi)的分析和設計。在CAPP (Computer Aided ProcessPlanning)系統(tǒng)中，目前也多是針對單個零件制造工藝的設計，對包括產(chǎn)品裝配序列規(guī)劃在內(nèi)的產(chǎn)品裝配工藝設計與分析能力幾乎沒有。由于裝配設計的手段落后。目前企業(yè)設計部門仍是依靠技術經(jīng)驗豐富的設計師、工藝師來完成產(chǎn)品裝配結(jié)構及裝配工藝的設計任務，設計周期長、受設計者的知識局限性和主觀性影響較大，尤其對于復雜產(chǎn)品的裝配設計。設計者往往無法將各方面、各層次的問題都

19、考慮進來，往往只能憑借經(jīng)驗來尋求可行解或局部較優(yōu)解，全局最優(yōu)的目標往往難以實現(xiàn)。隨著計算機集成制造(CIMS-Computer Integrated Manufacturing Systems)和并行工程(CE-Concurrent Engineering)技術的發(fā)展和應用，對裝配設計提出了更高的要求。就目前的發(fā)展情況來看，單個零件的設計、生產(chǎn)和管理都已實現(xiàn)了相當?shù)淖詣踊⒓苫?。相比之下，由于裝配設計和裝配生產(chǎn)的落后現(xiàn)狀，使之與產(chǎn)品開發(fā)過程中其他環(huán)節(jié)的集成化程度很低。因此，從CIMS技術角度出發(fā)，要求產(chǎn)品的裝配設計和裝配生產(chǎn)也必須實現(xiàn)計算機化，這樣才能實現(xiàn)全局集成和優(yōu)化的目標。同樣，并行

20、工程認為產(chǎn)品設計對制造、裝配等各環(huán)節(jié)具有決定性的影響作用。產(chǎn)品全部開發(fā)費用的70%-80%是直接或間接由產(chǎn)品設計階段所決定的。為此，裝配設計(包括裝配結(jié)構設計和裝配工藝設計)作為產(chǎn)品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，除了需要先進的技術工具支持及其他環(huán)節(jié)集成之外，還需要考慮按照并行工程的思想來規(guī)劃裝配設計的全過程，并協(xié)調(diào)與其他環(huán)節(jié)的關系。作為敏捷制造、虛擬制造等先進制造技術中的一項關鍵技術，數(shù)字化裝配技術近年來受到了學術界和工業(yè)界的廣泛關注。通過建立數(shù)字化裝配模型，可以在計算機上創(chuàng)建近乎實際的但具備物理性能的虛擬環(huán)境，對產(chǎn)品的裝配過程進行模擬與分析，對裝配方案進行快速評價，優(yōu)化產(chǎn)品的裝配過程，及早發(fā)現(xiàn)潛在的裝配沖

21、突與缺陷，模擬和預估產(chǎn)品裝配性能及可裝配性等方面可能存在的問題，并將裝配信息反饋給設計階段的設計人員，修改、優(yōu)化設計，提高設計質(zhì)量與水平的同時提早確定裝配方案，就可提早進入工藝計劃與準備階段、提早進行工裝設計與生產(chǎn)，為設計與工藝、生產(chǎn)的并行提供條件，加快研制進度，所以對于大型復雜產(chǎn)品而言，在產(chǎn)品實際裝配之前通過分階段、多層次實施數(shù)字化預裝配，可以為提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短研制周期、降低研制成本帶來巨大的效益。1.2數(shù)字化裝配技術數(shù)字化裝配(Digital Assembly)是指在計算機系統(tǒng)中建立產(chǎn)品零件的數(shù)字化模型(三維實體)，并對這些模型進行模擬裝配，以便在產(chǎn)品的研制過程中及時進行靜動態(tài)干涉檢驗、

22、工藝性檢查、可拆卸性檢查和可維護性檢查等，以此盡快發(fā)現(xiàn)錯誤，及時修改。數(shù)字化裝配的產(chǎn)品對象不僅僅指產(chǎn)品結(jié)構的裝配，還包括產(chǎn)品的各種系統(tǒng)件，如機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等各方面。隨著計算機系統(tǒng)及其相關設備的數(shù)據(jù)處理能力增強，產(chǎn)品的可視化成為可能，計算機輔助技術在產(chǎn)品開發(fā)中的應用，為基于信息的裝配過程的研究打下了技術基礎。面向裝配的設計(DFA-Design For Assembly)系統(tǒng)作為并行工程中的一個主要設計支持工具，其設計開發(fā)將在并行環(huán)境中為設計者提供基于裝配的設計支持，包括可裝配性分析、裝配工藝分析和裝配結(jié)構分析以及裝配工藝設計等。迄今為止，幾乎所有的CAD系統(tǒng)以及相關的研究都是以零件為對象，

23、整機設計則是通過把設計完成的單個零件拼在一起。這種方法和實際采用的設計順序和設計方法是恰恰相反的，和并行設計的要求也是矛盾的。正確的設計方法和并行設計都要求設計從產(chǎn)品裝配體(整機)開始，根據(jù)給定的功能要求和設計約束，首先確定產(chǎn)品的大致組成和形狀，確定各組成零部件之間的裝配關系和相互約束關系。然后根據(jù)裝配關系把一個產(chǎn)品分解成若干個零部件，在總體裝配關系的約束下，同步地進行這些零部件的概念設計和詳細設計，而裝配序列規(guī)劃、裝配路徑規(guī)劃、裝配公差分析、裝配仿真與干涉檢驗則從不同側(cè)面對裝配結(jié)構進行分析，以確定結(jié)構設計的可裝配性、裝配質(zhì)量和結(jié)構設計的有效性，從而避免因后續(xù)這些問題而導致的再設計所造成的巨大

24、浪費，提高產(chǎn)品設計質(zhì)量，縮短產(chǎn)品設計周期，降低產(chǎn)品設計成本。1.3數(shù)字化裝配的特點 由于數(shù)字化裝配是實際裝配過程在計算機上的映射，與傳統(tǒng)的裝配技術相比，數(shù)字化裝配具有以下特點: (1)與現(xiàn)實裝配環(huán)境的結(jié)構相似性 數(shù)字化裝配的目的就是在計算機的數(shù)字化裝配環(huán)境中進行產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)，以便發(fā)現(xiàn)設計中的缺陷與錯誤，因此數(shù)字化裝配環(huán)境必須與實際裝配環(huán)境在結(jié)構上、本質(zhì)上具有相似性，這樣才能將實際生產(chǎn)中可能存在的問題在數(shù)字化裝配過程中反映出來。 (2)資源與實踐的低消耗性 由于數(shù)字化裝配系統(tǒng)基本上沒有生產(chǎn)性的資源與能源消耗，且不依賴于實際零件的加工生產(chǎn)。因此只要設計人員完成了相應的零件設計，就可以進行裝配的虛

25、擬操作，檢驗設計結(jié)果，在時間上也更加快捷。 (3)面向集成的開放性 數(shù)字化裝配系統(tǒng)的開發(fā)必然要考慮到融入己有的設計制造系統(tǒng)中，因此數(shù)字化裝配系統(tǒng)必然是一個面向系統(tǒng)集成的開放式體系結(jié)構。 (4)支持分布合作性 數(shù)字化裝配系統(tǒng)應滿足分布在不同部門、不同地點的不同專業(yè)人員在統(tǒng)一的裝配模型下同時工作，相互交流，信息共享，加快產(chǎn)品裝配數(shù)據(jù)傳播的速度，從而使產(chǎn)品開發(fā)可以快速地響應市場變化。1.4數(shù)字化裝配技術的主要功能 虛擬裝配是虛擬制造的關鍵組成部分。虛擬裝配雖然被定義為一種技術，實際上是許多技術的綜合，例如可視化技術、仿真技術、決策理論、裝配和制造過程的研究等。大型機械產(chǎn)品中有成千上萬的零件要進行裝配

26、，其配合設計和可裝配性設計人員不易掌握，以往要到產(chǎn)品最后裝配時才能發(fā)現(xiàn)錯誤，導致零件的報廢和產(chǎn)品上市時間的延遲，造成巨大經(jīng)濟損失或信譽損失?，F(xiàn)在將虛擬現(xiàn)實技術應用到裝配過程中，采用虛擬裝配技術在設計階段就可以驗證零部件之間的配合和可裝配性，確保設計的正確性，避免損失。同時在產(chǎn)品設計階段還可以解決運動構件在運動過程中的運動協(xié)調(diào)關系、運動范圍設計、可能的運動干涉，給予用戶身臨其境的感覺，在虛擬環(huán)境中完成虛擬裝配建模、虛擬裝配序列規(guī)劃、路徑規(guī)劃和裝配過程仿真，公差與配合分析等。在并行設計中確保最后產(chǎn)品的可裝配性。虛擬裝配的主要作用和功能歸結(jié)如下: 1.擬訂結(jié)構方案，優(yōu)化裝配結(jié)構。這是裝配設計的外在表

27、現(xiàn)，裝配設計的基本任務是從原理方案出發(fā)在各種制約因素下尋求裝配結(jié)構的最優(yōu)解，由此擬訂裝配草圖。 2.改進裝配性能，降低裝配成本?；疽笫谴_保產(chǎn)品的零部件能裝配到位，進一步的要求是確保產(chǎn)品裝配能夠比較容易實現(xiàn)，即裝配成本能夠比較低廉。 3.產(chǎn)品可制造性的基礎和依據(jù)。設計制造的最終要求是能夠形成滿足用戶要求的產(chǎn)品，考慮可裝配性必須先于可制造性。一旦離開了產(chǎn)品可裝配這一前提，談論可制造性便毫無意義，因而，虛擬裝配是產(chǎn)品可制造性的出發(fā)點。 4.并行設計的技術支持和保障。產(chǎn)品并行設計是讓上下游有關活動盡早的融匯到上游的過程中來，使下游的有關因素能夠在設計早期加以考慮。裝配在生產(chǎn)過程中的支配地位確定了裝

28、配的決定作用。1.5國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應用數(shù)字化裝配技術目前還處于萌芽階段，與其相關的一系列標準還沒有得到完善，所以國內(nèi)外的研究人員都在不斷對虛擬裝配技術進行探索。1.5.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀及應用在國內(nèi)，雖然對數(shù)字化裝配技術的研究起步較晚，但近年來國內(nèi)各研究機構對數(shù)字化裝配技術的研究比較活躍。華中科技大學的姜華博士等人在Pro/E環(huán)境下，利用其開發(fā)工具Pro/Develop成功開發(fā)了包括裝配序列規(guī)劃、裝配路徑規(guī)劃及裝配過程仿真等功能模塊的數(shù)字化裝配系統(tǒng)。哈爾濱工業(yè)大學的顧廷權博士等人在現(xiàn)有CAD系統(tǒng)的基礎上，開發(fā)了面向機器人裝配的并行設計系統(tǒng)。清華大學的張林煊博士基于Pro/E開發(fā)了一種寄生式的面向

29、工藝規(guī)劃的裝配仿真子系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在產(chǎn)品設計階段通過數(shù)字化裝配驗證和改進裝配工藝，并在必要時通過動態(tài)拆卸獲取裝配工藝，可作為產(chǎn)品裝配過程可行性分析的可視化工具。北京航空航天大學的張建標、唐榮錫與西北工業(yè)大學的魏生民等研究了利用增量干涉檢測法得到任意兩個零件之間的連接函數(shù)及移動函數(shù)，進一步求得裝配產(chǎn)品的零件連接圖、匹配關系圖及穩(wěn)定性方圖，然后運用割集分析理論得到裝配序列的方法。河北理工學院的宋玉銀博士對集成化產(chǎn)品裝配設計與模糊評價方法進行了研究，采用基于實例的雙向設計方法進行產(chǎn)品參數(shù)化結(jié)構設計，并建立了產(chǎn)品可裝配性模糊評價系統(tǒng)。在應用方面:西飛公司研制的數(shù)字化產(chǎn)品設計制造系統(tǒng)實現(xiàn)了產(chǎn)品零件的三維

30、模型設計、數(shù)字化裝配、空間檢查等功能;西南交通大學機械工程研究所對基于虛擬現(xiàn)實技術的原型設計機理進行了研究，把虛擬現(xiàn)實技術與CAD設計環(huán)境結(jié)合起來;上海交通大學建立了分布式虛擬制造系統(tǒng)的框架體系(DVMS)等等。對于基于虛擬現(xiàn)實技術的“沉浸式”虛擬裝配技術，國內(nèi)在這方面的研究以浙江大學和華中科技大學為代表，但因受到昂貴的硬件價格制約而得不到廣泛的應用。1.5.2國外研究現(xiàn)狀及應用國外對虛擬裝配技術的研究起步較早，在理論上的研究涉及面廣，且己經(jīng)有較為廣泛的應用，較為典型的是美國華盛頓州立大學開發(fā)的“虛擬裝配設計環(huán)境”。美國華盛頓州立大學的Jayaram等開發(fā)研制了一個“虛擬裝配設計環(huán)境”(VAD

31、E)的虛擬裝配設計系統(tǒng)。利用這個系統(tǒng)，設計人員可以在設計工作的初期便可考慮有關裝配和拆卸的問題，從而避免了裝配設計方面的缺陷。在這個系統(tǒng)中，設計人員首先將在CAD系統(tǒng)建立的零件模型導入虛擬裝配系統(tǒng)，然后在虛擬裝配系統(tǒng)中設計人員直接操作虛擬零件進行裝配，有關產(chǎn)品的可裝配性得到檢驗，同時也獲得了許多有關產(chǎn)品的設計和制造工藝信息。HARI等提出了由各設計模塊構成的拆卸框架，包括知識庫創(chuàng)建、拆卸方法選擇、拆卸分析和設計分析，根據(jù)設計分析提出更改設計建議。Dewar等35提出了虛擬環(huán)境中輔助進行手工裝配的方法。該方法能夠自動記錄操作人員在虛擬環(huán)境中對虛擬部件的裝配動作，還能輔助操作人員自動進行裝配，并且

32、詢問操作人員裝配時的裝配方法，同時生成裝配規(guī)劃。Zhade等提出在虛擬環(huán)境中利用自動和交互技術相結(jié)合的方法，研究了虛擬環(huán)境中原型產(chǎn)品的可拆卸性。Derws等利用虛擬現(xiàn)實技術構建了虛擬工作平臺，設計人員可以在此平臺上可以借助各種虛擬外設對產(chǎn)品的裝配進行分析，該平臺還可以對簡單機構的動力學進行仿真。Gbaryaa等對虛擬環(huán)境下裝配工人的培訓問題進行了研究。Choi等研究了使用虛擬裝配工具DNYAMO進行裝配仿真和裝配驗證技術，使設計人員可以盡早發(fā)現(xiàn)設計中存在的潛在問題。1.6.數(shù)字化裝配技術取得的成果 虛擬裝配技術帶來了全新的設計和制造理念，改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)從設計到生產(chǎn)的反復修改，不斷試制的過

33、程。為企業(yè)節(jié)約了大量的成本，縮短了新產(chǎn)品投放市場的時間。尤其是虛擬裝配技術在汽車和航天工業(yè)的應用，取得了明顯的經(jīng)濟效益。 通用汽車公司在應用虛擬樣機方面處于世界領先地位。為了以更快的速度和更低的成本開發(fā)新型汽車，通用公司的全球CAD/CAM和可視化技術中心的技術人員已經(jīng)開發(fā)出了洞穴式沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和墻壁式投影系統(tǒng)，在GM的汽車產(chǎn)品開發(fā)中從造型到裝配過程中廣泛應用先進的虛擬現(xiàn)實技術。應用虛擬現(xiàn)實技術不僅可以使設計人員在虛擬的環(huán)境中檢查汽車車身的光順性，而且可以驗證汽車的裝配工藝，由于在新車的開發(fā)中采用了虛擬現(xiàn)實技術，新車的開發(fā)速度大大提高。 1995年福特汽車公司啟動了C3P項目，該項目廣泛應

34、用先進的計算機技術。其中虛擬裝配技術被用于福特轎車的裝配設計，使得福特汽車的設計改動減少多達20%，將新車的開發(fā)周期周期從36周縮短到24周，每年為公司節(jié)約2億美元成本。 在寶馬汽車公司，虛擬裝配被用于驗證整車裝配，在整車總計806個裝配操作中，有494個操作得到評估，并且據(jù)此制定了標準的操作規(guī)程。 美國國防部初步估計在一種新型軍艦的開發(fā)上由于采用了虛擬裝配技術節(jié)約開發(fā)成本60萬美圓，減輕船體重量100噸。將新型軍艇的開發(fā)時間從14年縮短到7年。 美國麥道飛機公司采用沉浸式的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)幫助新型號發(fā)動機的設計這個虛擬裝配系統(tǒng)用來研究發(fā)動機的拆卸過程，尤其是用來發(fā)現(xiàn)拆裝過程中發(fā)動機是否有可能與其

35、他零部件發(fā)生干涉。羅爾斯一羅伊斯公司在設計飛機發(fā)動機時也采用虛擬裝配技術。 美國卡特彼勒公司(Caterpillar)的研究人員將虛擬裝配技術應用于改善重型設備的工藝設計他們的系統(tǒng)允許他們在一個協(xié)作的虛擬環(huán)境中快速將車輪組裝到車身來對新設計進行可視性評估，而且工程師可以模擬設備的操作。1.7本論文研究的背景和內(nèi)容根據(jù)高新工程的要求:新一代武器系統(tǒng)的研制一定要縮短研制周期，并具備一定的批生產(chǎn)能力。而多年來，按照國家“多研制，少生產(chǎn)”的指導原則，航天形成了以單件或小批量為主的研制模式，較少考慮加工一致性、裝配互換性以及裝配方案設計與優(yōu)化等批生產(chǎn)所必須考慮的重要問題。所以，為了有效改變航天“重設計，

36、輕生產(chǎn)”的狀況、迅速形成武器裝備批產(chǎn)能力、適應高新工程要求，研究與應用數(shù)字化預裝配技術將是一條有效途徑;同時，航天型號產(chǎn)品都有著復雜而龐大的結(jié)構與系統(tǒng)，零部件的裝配關系非常復雜，傳統(tǒng)研制方法在設計階段往往難以發(fā)現(xiàn)潛在的裝配問題，導致設計反復更改和加工返工，如果分階段、多層次地運用數(shù)字化預裝配技術，將對型號的研制周期、產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生重大的推進作用，大大增強航天武器裝備的研制實力，增強對戰(zhàn)爭的反應能力。因此數(shù)字化預裝配技術在武器裝備研制方面具有重要意義。近年來，數(shù)字化裝配技術的研究與應用進展很快，也取得了一些成效，但仍存在以下不足與局限:1、在裝配建模方面:現(xiàn)有的數(shù)字化預裝配技術往往利用商品化CAD

37、系統(tǒng)，以三維實體模型取代物理模型進行裝配，并進行零件的干涉、配合及設計協(xié)調(diào)情況檢查，己大大減少了設計的修改量。然而在數(shù)字化裝配建模，基于數(shù)字化預裝配的裝配過程分析，包括裝配公差的分析與綜合、產(chǎn)品裝配性能評價等方面仍然沒有很好解決方案。2、在裝配序列規(guī)劃方面:裝配序列規(guī)劃可以說是產(chǎn)品裝配工藝設計的核心內(nèi)容，正如各類工藝問題都具有的復雜、專用、變化性大等特點，該問題也一直沒有得到很好解決。3、在產(chǎn)品裝配性能評價方面:產(chǎn)品裝配性能主要是指產(chǎn)品的可裝配性、裝配互換性、裝配工藝性等性能，現(xiàn)有的DFA( Design For Assembly)技術通常制定面向裝配設計的原則，建立產(chǎn)品可裝配性評價知識庫，基

38、于此知識庫對產(chǎn)品的可裝配性進行評價，這只能反映產(chǎn)品的靜態(tài)裝配特性。對于產(chǎn)品的動態(tài)裝配特性，如優(yōu)化的裝配順序、裝配路徑、裝配過程的動態(tài)碰撞等情況，仍然缺乏有效的評估手段。鑒于上述分析，本文擬對數(shù)字化預裝配技術進行研究，主要包括:建立數(shù)字化裝配模型、裝配信息的獲取;裝配序列規(guī)劃及優(yōu)化等。這些技術內(nèi)容對于復雜的航天產(chǎn)品設計、裝配非常重要，不僅可以在產(chǎn)品設計早期階段發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品裝配中潛在的問題與缺陷，及早解決問題，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量;還可提前進入工藝準備與工裝設計及生產(chǎn)，實現(xiàn)設計與生產(chǎn)并行，大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期;同時，通過對裝配工藝的設計與優(yōu)化、裝配性能的評價與優(yōu)化，可以提高裝配效率與質(zhì)量，促進批量生產(chǎn)能

39、力的形成。因此本文通過對數(shù)字化預裝配技術的研究，對滿足高新工程的要求具有重要的理論意義和工程應用價值。1.8本文的組織結(jié)構第1章簡要介紹了數(shù)字化裝配技術的概念和研究現(xiàn)狀，闡述了課題研究的背景、課題來源以及分析了數(shù)字化裝配系統(tǒng)的功能需求。第2章分析了自頂向下的設計技術以及支持自頂向下設計的裝配信息模型，該方法可以最大限度減少設計階段不必要的重復工作，而且可以支持并行設計，極大地提高了設計效率，減少新產(chǎn)品的設計研究時間。第3章簡述了數(shù)字化裝配過程中關鍵技術，第4章簡述了數(shù)字化裝配技術的應用，列舉了數(shù)字化技術在研發(fā)制造發(fā)動機、飛機、衛(wèi)星等領域的應用。1.9小結(jié)在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，有關產(chǎn)品的結(jié)構、性能

40、、工藝等問題都需要在產(chǎn)品研發(fā)的前期得到解決，人們只能利用CAD系統(tǒng)和經(jīng)驗來解決新產(chǎn)品的各種問題，但是由于CAD系統(tǒng)和經(jīng)驗的局限性人們很難解決所有的問題。特別是有些裝配，維修等問題往往在產(chǎn)品研發(fā)后期或者試制階段才能被發(fā)現(xiàn)，為了解決這一問題就需要一個面向裝配的設計方案。第2章面向裝配的產(chǎn)品建模當前在數(shù)字化裝配領域中，可以把數(shù)字化裝配模型看為實際裝配系統(tǒng)的描述、造型、模仿或抽象，通過以實物、圖形或符號來代表裝配體及其組成部分之間的相互關系，以便使裝配中的問題和目標具體而明確，并求得最優(yōu)解答。由于模型是對現(xiàn)實世界事物及其變化規(guī)律的抽象、模仿和屬性的描述，從而可以進行定量和定性的分析，故可以利用調(diào)整模型

41、的各種信息來設計和優(yōu)化裝配過程。在機械制造過程中，模型的建立是機械工程的設計、制造、裝配的基礎，所以建立一個信息完備、內(nèi)容豐富而又靈活多變的模型是數(shù)字化裝配研究的前提。2.1傳統(tǒng)設計方法及存在的問題產(chǎn)品設計過程是一個復雜的創(chuàng)造性活動，產(chǎn)品設計從根本上決定著產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和生產(chǎn)總成本，隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展和市場的全球化，降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間己成為企業(yè)生存、競爭、發(fā)展的關鍵。新的、有效的設計理論和方法的研究與實施受到了學術界和企業(yè)界的廣泛重視?，F(xiàn)今流行的CAD系統(tǒng)提供了較強的零件實體造型功能，特別是特征造型技術的發(fā)展，使用戶可以方便地設計出各種形狀的零件。輸入零件之間的幾何

42、約束關系，將設計好的零件裝配成產(chǎn)品，是目前CAD系統(tǒng)普遍支持的一種自底向上的設計過程。它的主要思路是先設計好各個零件，然后將這些零件拿到一起進行裝配，如果在裝配過程中發(fā)現(xiàn)某些零件不符合要求，諸如:零件與零件之間產(chǎn)生干涉、某一零件根本無法進行安裝等，就要對零件進行重新設計，重新裝配，再發(fā)現(xiàn)問題，再進行修改，如此反復.從以上情況可以看出，設計過程由于事先沒有一個很好的規(guī)劃，沒有一個全局的考慮，設計階段的重復工作很多，造成了時間和人力資源的很大浪費，工作效率低。這種設計過程是從零件設計到總體裝配設計，即不支持產(chǎn)品從概念設計到詳細設計，又不能支持零件設計過程中的信息傳遞，特別是產(chǎn)品零部件之間的裝配關系

43、(如裝配形式、層次、配合等)無法在現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)中得到完整描述。即使有的CAD系統(tǒng)具有裝配功能，但也僅僅是描述了實體模型中幾何要素的低級關聯(lián)信息，其裝配則是通過坐標變換將己經(jīng)設計好的零件拼湊到一起的過程。2.2自頂向下(Top-down)的設計技術2.2.1 Top-down設計方法的概念按照人的思維方式，通常的設計過程是:先需求分析、概念設計，再進行結(jié)構設計、詳細設計、最后試制修改。其中的結(jié)構設計一般是先設計總裝配圖，再設計零件圖，這就是自頂向下(Top-down)的設計方法。Top-down設計方法從產(chǎn)品構成的最頂層開始把組成整機的部件作為產(chǎn)品系統(tǒng)的零件來考慮，并根據(jù)其在產(chǎn)品中的相互位置

44、關系、所起的作用和實現(xiàn)的功能，建立產(chǎn)品構成的二維布局圖和三維骨架圖。通過給定設計約束條件、關鍵的設計參數(shù)等設計信息，自上而下地傳遞所給設計信息展開產(chǎn)品的整個設計過程。Top-down是一個產(chǎn)品開發(fā)過程，如圖2-2所示。通過該過程確保設計由原始的概念開始，逐漸地發(fā)展成熟為具有完整零部件造型的最終產(chǎn)品。把關鍵信息放在一個中心位置，在設計過程中通過捕捉中心位置的信息傳遞到較低級別的產(chǎn)品結(jié)構中，如果改變這些信息將自動更新整個系統(tǒng)。Top-down設計方法在零件設計的初期就考慮零件與零件之間的約束和定位關系，在完成產(chǎn)品的整體設計之后，再實現(xiàn)單個零件的詳細設計。自頂向下設計過程能充分利用計算機的優(yōu)良性能，

45、最大限度地發(fā)揮設計人員的設計潛力，最大限度地減少設計實施階段不必要的重復工作，使企業(yè)的人力、物力等資源得到充分的利用，大大地提高了設計效率，減少了新產(chǎn)品的設計研究時間自頂向下的設計是從產(chǎn)品功能要求出發(fā)，先設計出初步方案及其裝配結(jié)構草圖，建立約束驅(qū)動的產(chǎn)品功能模型;通過對功能模型分析，設計計算，確定每個設計參數(shù)，建立產(chǎn)品參數(shù)化結(jié)構模型;然后進行零件的詳細設計，建立詳細的產(chǎn)品幾何模型，通過幾何約束求解將零件裝配成產(chǎn)品;對設計產(chǎn)品分析之后，返回修改不滿意之處，直到的得到滿足功能要求的產(chǎn)品。2.2.2 Top-down設計方法的優(yōu)點符合產(chǎn)品設計過程和設計人員的思維過程。設計產(chǎn)品時，最初考慮的是算好的零

46、、部件和標準件的形狀及尺寸，利用零件間的約束條件產(chǎn)生新的零件或?qū)υ辛慵M行修改。2.3支持自頂向下的裝配模型研究由于在CAD階段需要對下游的CAPP, CAM, CAE等環(huán)節(jié)提供全面的技術支持。因此在CAD階段應能夠?qū)Ξa(chǎn)品和零件的信息進行完整的描述、從而建立能夠適應裝配的信息模型。本文研究的系統(tǒng)采用的是基于裝配信息需求的CAD建模技術，它不僅能反映產(chǎn)品的幾何信息和低層的拓撲信息，而且能對產(chǎn)品的非幾何信息的反映設計與制造意圖的高層信息做出描述。而如何才能正確地提出裝配仿真系統(tǒng)所需的信息，我們首先就要對裝配模型以及裝配信息的概念有一個完整的認識。2.4小結(jié)裝配仿真是數(shù)字化裝配技術的核心技術之一，

47、面向裝配的建模技術作為裝配仿真的技術支持，對裝配仿真系統(tǒng)來說具有重要的意義。傳統(tǒng)的設計方法存在很大的問題和缺點，自頂向下的設計方法相對來說具有很大的優(yōu)點。 大量的產(chǎn)品設計經(jīng)驗證明，在產(chǎn)品設計中有關裝配和維護的問題是最難解決的問題，這些問題往往會帶來極大的浪費。而對設計者來說復雜產(chǎn)品的裝配工藝是非常艱巨的任務，在眾多的裝配工藝中找到最優(yōu)的工藝規(guī)劃也是非常困難的工作。盡管CAD系統(tǒng)能使工程師看到最后的產(chǎn)品模型，但是這些系統(tǒng)不支持裝配過程的可視化或裝配工藝的規(guī)劃，到目前為止計算機輔助裝配工藝規(guī)劃仍然沒有得到加強。第3章數(shù)字化裝配過程中的關鍵技術3.1數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術數(shù)字化協(xié)調(diào)方法也可稱數(shù)字化標準工

48、裝協(xié)調(diào)方法，是一種先進的基于數(shù)字化標準工裝定義的協(xié)調(diào)互換技術，將保證生產(chǎn)用工藝裝備之間、生產(chǎn)工藝裝備與產(chǎn)品之間、產(chǎn)品部件與組件之間的尺寸和形狀協(xié)調(diào)互換。數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)路線如下： (1) 飛機大型結(jié)構件（與飛機外形及定位相關）如框、梁、桁、肋、接頭等用NC方式加工； (2) 在飛機坐標系下，工裝設計人員以產(chǎn)品工程數(shù)模為原始依據(jù)，進行工裝的數(shù)字化設計，并且在工裝與產(chǎn)品定位相關的零件上用NC方式加工出所有的定位元素；(3) 工裝在裝配時利用數(shù)字標工（數(shù)據(jù)）協(xié)調(diào)，采用激光自動跟蹤測量系統(tǒng)測量，通過坐標系擬合，定位出零件的安裝位置，滿足安裝基準的空間坐標及精度要求；（4） 飛機鈑金件模具數(shù)字化設計以及用

49、NC方式加工，鈑金零件數(shù)控加工。3.2數(shù)字化容差分析技術容差數(shù)值直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量與成本，因而根據(jù)產(chǎn)品技術要求，進行零、組件的容差分析和設置，可以經(jīng)濟合理地決定零部件的尺寸容差，保證加工精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，在滿足最終設計要求的同時使產(chǎn)品獲得最佳的技術水平和經(jīng)濟效益。在產(chǎn)品裝配前僅憑以往的經(jīng)驗或某個方案分配給每個零件公差，裝配成產(chǎn)品后公差能不能達到產(chǎn)品設計的要求，難以定論。現(xiàn)在可通過數(shù)理統(tǒng)計的方法來模擬裝配過程和次數(shù)，可看到最終形成產(chǎn)品的公差與零件的公差、零件的裝配順序等因素有關。在零件數(shù)模的基礎上，對于我們關注的關鍵的質(zhì)量特征，設定公差和裝配順序，通過數(shù)理統(tǒng)計的方法仿真，分析各種因素對質(zhì)量特性

50、的影響程度，為查找質(zhì)量問題的原因和改進容差分配提供了依據(jù)，不斷仿真找出最優(yōu)的公差分配方案。 3.3數(shù)字化裝配中自定位技術現(xiàn)代的飛機設計遵循面向制造的原則，在零件設計的時候就必須考慮以后零件的加工和裝配。在工藝人員的建議下，飛機設計時對主要結(jié)構件 ( 梁、框、肋和接頭等) 建立裝配的自定位特征，如小的突耳、裝配導孔、槽口和形成定位表面等，或者在產(chǎn)品結(jié)構設計的同時，把用來安放光學目標的工藝定位件設計到結(jié)構件上。但這些零件的自定位特征需要用數(shù)控方式精確加工，在實際裝配過程中這些零件自己就能利用自定位特征定位，或應用激光跟蹤儀和光學目標定位?；陲w機產(chǎn)品數(shù)模和數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)，無型架定位數(shù)字化裝配技術采

51、用模塊化、 HYPERLINK /自動化的可重新配置的工裝系統(tǒng)，大大簡化了或減少了傳統(tǒng)的復雜型架，縮短了工裝設計與制造的時間，降低了工裝成本，并提高了裝配質(zhì)量。 3.4數(shù)字化裝配工藝設計技術數(shù)字化裝配工藝設計技術是根據(jù)企業(yè)結(jié)構和制造流程在軟件環(huán)境中構建企業(yè)的制造體 系結(jié)構，包括產(chǎn)品、工藝和資源3個主要部分，完全可描述什么人、在什么地方、用什么工具、用什么方法、制造什么產(chǎn)品，當然也包含成本和時間。其中產(chǎn)品部分又分為EBOM、PBOM和MBOM三個分支，工藝又分為根據(jù)工藝分離面設計的工藝 Process Plan和根據(jù)生產(chǎn)工位設計的工藝Production Plan，資源分為結(jié)構化的資源，包括工廠

52、、車間、工段、工位、設備、工裝、工具和人。資源又分為資源規(guī)劃 Resource Plan（又稱制造概念）。其中成本包含在產(chǎn)品里，時間包含在工藝里，設備利用率包含在資源規(guī)劃里。利用設計部門發(fā)放的產(chǎn)品三維數(shù)模和EBOM，在三維可視環(huán)境下進行產(chǎn)品的裝配工藝規(guī)劃及工藝設計。將三維數(shù)模數(shù)據(jù)（屬性）導入產(chǎn)品節(jié)點，并將三維數(shù)模數(shù)圖形的路徑關聯(lián)到每個零件上，在編制工藝的任何時候都可預覽零件和組件的三維圖形，直觀地反映裝配狀態(tài)。在產(chǎn)品工藝分離面劃分的基礎上，對每個工藝大部件進行初步裝配流程設計，劃分裝配工位，確定在每個工位上裝配的零組件項目，在三維數(shù)字化設計環(huán)境下構建各裝配工位的段件裝配工藝模型，并制定出產(chǎn)品各

53、工位之間關系的裝配流程圖，形成裝配PBOM。在裝配工位劃分的基礎上，對每個工位依據(jù)段件裝配工藝模型在三維數(shù)字化環(huán)境下進一步進行各工位內(nèi)的裝配過程設計，確定每個工位內(nèi)的段件裝配工藝模型零組件的裝配順序，并且將相關的資源（設備、工裝、工具、人）關聯(lián)到工位上。確定該工位需要由多少個裝配過程實現(xiàn)，并定義裝配過程對應的AO號。在裝配AO劃分 基礎上，對每本A O依據(jù)段件裝配工藝模型進行詳細的裝配工藝過程設計，定義該工藝過程所需要的零組件、標準件、工裝等，在三維數(shù)字化環(huán)境下確定該裝配過程零組件、標準件、成品等裝配順序，明確裝配工藝方法、裝配步驟，并選定該裝配過程所需要的工裝、夾具、工具、輔助材料等資源，形

54、成用于指導生產(chǎn)的AO和MBOM。 3.5數(shù)字化裝配過程仿真驗證技術三維數(shù)字化裝配過程仿真驗證技術是在軟件虛擬裝配環(huán)境中，調(diào)入產(chǎn)品三維數(shù)模、資源三維數(shù)模和設計的裝配工藝過程，通過軟件模擬完成零件、組件、成品等數(shù)模上架、定位、裝夾、裝配（連接）、下架等工序的虛擬操作，實現(xiàn)產(chǎn)品裝配過程和拆卸過程的三維動態(tài)仿真，驗證工藝設計的準確度，以發(fā)現(xiàn)裝配過程工藝設計中的錯誤。仿真是一個反復迭代的過程，不斷地調(diào)整工藝設計，不斷地仿真，直到得到一個最優(yōu)的方案。 (1) 裝配干涉的仿真。在虛擬環(huán)境中，依據(jù)設計好的裝配工藝流程，通過對每個零件、成品和組件的移動、定位、夾緊和裝配過程等進行產(chǎn)品與產(chǎn)品、產(chǎn)品與工裝的干涉檢查

55、，當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)存在干涉情況時報警，并示給出干涉區(qū)域和干涉量，以幫助工藝設計人員查找和分析干涉原因。該項檢查是零件沿著模擬裝配的路徑，在移動過程中零件的幾何要素是否與周邊環(huán)境有碰撞。在三維環(huán)境中，檢查過程非常直觀。 (2) 裝配順序的仿真。在虛擬環(huán)境中，依據(jù)設計好的裝配工藝流程，對產(chǎn)品裝配過程和拆卸過程進行三維動態(tài)仿真，驗證每個零件按設計的工藝順序是否能無阻礙的裝配上去，以發(fā)現(xiàn)工藝設計過程中裝配順序設計的錯誤。雖然裝配順序設計是按先里后外的原則設計的，但實際裝配時候就發(fā)現(xiàn)有零件裝不上去，無奈只有拆除別的零件，先裝這個零件。 (3) 人機工程的仿真。產(chǎn)品裝配的過程，少不了人的參與，產(chǎn)品移動的過程也就

56、是人動作的過程。在產(chǎn)品結(jié)構和工裝結(jié)構環(huán)境中，按照工藝流程進行裝配工人可視性、可達性、可操作性、舒適性以及安全性的仿真。將標準人體的三維模型放入虛擬裝配環(huán)境中，針對零件的裝配，對工人以下工作特性進行分析。 (4) 裝配現(xiàn)場三維工藝布局仿真。在數(shù)字化環(huán)境下，建立廠房、地面、起吊設備等三維制造資源模型，將已經(jīng)建立的各裝配工藝模型和裝配型架、工作平臺、夾具等制造資源三維模型放入廠房中，按照確定的裝配流程進行全面的工藝布局設計。三維工藝布局比傳統(tǒng)的二維工藝布局更直觀，充分體現(xiàn)了三維空間的狀況。并且在數(shù)字環(huán)境下可以仿真生產(chǎn)流程。 (5) 可視化裝配與人員培訓。經(jīng)過仿真驗證的三維數(shù)字化裝配過程仿真文件，可在

57、不同的工位節(jié)點或AO節(jié)點通過程序打包傳遞到車間 , 也就是將產(chǎn)品的三維數(shù)模和工藝信息（裝配順序說明或動畫、裝配產(chǎn)品結(jié)構等信息）傳遞到操作者手中。操作者能夠采用終端電腦或手持電腦讀取這些信息，使工人能夠準確、迅速地查閱裝配過程中需要的信息，提高裝配的準確性和裝配效率，縮短裝配時間，降低裝配成本。在生產(chǎn)現(xiàn)場指導工人對飛機進行裝配，幫助工人直觀了解裝配全過程，實現(xiàn)可視化裝配。也可用于維護人員的上崗前培訓。6數(shù)字化檢測技術通過數(shù)字測量系統(tǒng) ( 如激光跟蹤儀、I HYPERLINK /product/1030001001.3436.1.htmlGPS) 實時監(jiān)控、測量工裝或產(chǎn)品上相關控制點(關鍵特性)的

58、位置，建立起產(chǎn)品零部件基準坐標系統(tǒng)，并在此坐標系統(tǒng)中將工裝或產(chǎn)品上關鍵特征點的測量數(shù)據(jù)和3D模型定義數(shù)據(jù)直接進行比較，分析出空間測量數(shù)值與理論數(shù)據(jù)的偏差情況，作為檢驗產(chǎn)品是否合格及進一步調(diào)整的依據(jù)。產(chǎn)品從零件的三維數(shù)模到零件的數(shù)控加工再到零件的數(shù)字化檢測，其整個過程都實現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)的數(shù)字化傳遞。就這樣反反復復，直到產(chǎn)品設計凍結(jié)?？梢钥吹脚c傳統(tǒng)的串行模式不同，產(chǎn)品設計、工裝設計和工藝設計都是并行作業(yè)。3.6小結(jié)我認為數(shù)字化裝配技術在產(chǎn)品開發(fā)研制方面應該有以下三方面的發(fā)展：1.裝配全過程的數(shù)字化。在未來的制造業(yè)中一個成功的產(chǎn)品應該具備全過程的數(shù)字化，這包括設計過程的數(shù)字化，裝配過程的數(shù)字化。裝配全

59、過程的數(shù)字化還包括裝配干涉的數(shù)字化檢驗，裝配順序的數(shù)字化優(yōu)化，運動干涉的數(shù)字化檢驗。2.裝配全方位的數(shù)字化。隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，制造企業(yè)的設計研發(fā)、裝配制造等往往由不同的部門負責，這就需要全方位數(shù)字化支持，由產(chǎn)品的設計階段開始，到數(shù)字化裝配過程檢驗產(chǎn)品裝配的可行性方案，到最后的產(chǎn)品實體生產(chǎn)，都需要數(shù)字化技術的支持。3.全產(chǎn)品的數(shù)字化。隨著社會的發(fā)展，產(chǎn)品生產(chǎn)分工越來越細，一個機器的生產(chǎn)組裝往往需要大量的零部件，這些零部件一般都來自不同的生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品的生產(chǎn)需要全部零部件的裝配。全產(chǎn)品的數(shù)字化就需要每一個基層企業(yè)，研究機構在生產(chǎn)、科研中全面實現(xiàn)數(shù)字化。第4章數(shù)字化裝配技術的應用 數(shù)字化裝配技術是

60、虛擬現(xiàn)實技術在裝配領域的全新的應用，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:其一，就交互手段而言，在虛擬環(huán)境下進行產(chǎn)品裝配，人與虛擬環(huán)境的交互手段是三維的數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣、頭盔式顯示器、光柵眼鏡等。其二，就裝配過程而言，裝配工程師在虛擬環(huán)境下進行裝配建模，直接抓取虛擬零件，可以沿著一條沒有碰撞的、優(yōu)化的路徑將待裝配零件移動到目標位置，同時裝配系統(tǒng)要檢測零件之間的干涉情況，裝配工程師必須按照可行的裝配順序與裝配路徑裝配零件，所以得到的裝配順序都是可行的，而且由于融入了專家知識，得到的裝配順序都是比較優(yōu)化的;其三，在虛擬環(huán)境下裝配，裝配工程師不僅可以得到零件的裝配軌跡、產(chǎn)品的裝配順序、裝配過程動畫等信息，而且裝配