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数字化装配虚拟现实系统制作方案 数字化装配 虚拟现实系统制作方案 （必威体育官网网址、仅供客户参阅禁止外传） 一．项目概述 近几年来，随着计算机硬件和软件功能的强化、发展和成本的显著下降，计算机应用得到了进一步的拓宽和深化．尤其是作为人与信息科学相结合的高新技术——虚拟现实(Virtual Reality，简称VR) 给计算机的应用带来了新的活力．这主要是因为，通过虚拟现实技术在计算机内创造出一个三维的现实环境， 使人能够通过感官及专用装置进行人机交互并参与其问的活动．如同某些计算机游戏软件、科幻电影等把人们带入一个非常神奇的立体空间环境一样，VR技术的进一步发展必将成为现代科学技术研究的重要手段，并将对人类生活的各个方面产生积极的影响．随着计算机系统及其相关设备的数据处理能力增强，产品的可视化和处理成为可能，计算机辅助技术在产品开发中的应用，为基于信息的装配过程的研究打下了技术基础。数字化装配技术包括：数字化装配、基于虚拟现实的数字化装配和基于增强现实的数字化装配。 ① 数字化装配。又称 “广义的虚拟装配 ”或“数字化预装配”，可定义为：无需产品或支持过程的物理实现，利用计算机工具通过分析、先验模型、可视化和数据呈现来做出或辅助做出与装配有关的工程决策。 ② 基于虚拟现实的数字化装配。VRA强调在虚拟现实技术的基础上，利用产品或过程的数据来模拟物理装配过程，即在虚拟环境下对虚拟产品和零件进行装配过程仿真和分析。VRA具有真实感、沉浸感、交互作用强等特征，从以计算机为中心的设计方式变为以人为中心的设计方式，设计者不再需要考虑怎样表达各种装配关系和约束方式才能为计算机所接受，可以把更多精力集中在怎样提高产品的可装配性等设计质量问题上。 ③ 基于增强现实的数字化装配。增强现实技术借助于看穿式头盔使计算机图像叠加在周围环境中的物体上。基于增强现实的装配技术可以在复杂的装配过程中起指导作用，或者对混合样机的可行性、成本和装配规划等进行评估。 它可在产品设计阶段有效地支持DFA分析，检验设计的可装配性和可拆卸性，对不合理的结构提出改进意见，并进行装配效率分析等。产品试验阶段，利用虚拟原型可以减少对物理原型的需要，直观地展示装配体结构和装配过程，测量和分析装配性能，并对运动过程中发生的干涉报警。数字化装配技术支持规划人员在产品设计的同时并行地进行装配规划，以及规划方案的评估和优化等。此外，数字化装配可以用于产品装配、售后维护和报废拆卸等任务的培训，以及在这些 操作过程中起指导作用。而基于虚拟现实的数字化装配VRA有助于工程技术人员在设计和规划过程中充分发挥创造性思维，从而提高产品开发的质量和效率。 二．项目分析 数字化装配技术是并行工程的支持技术，有利于优化产品开发过程。虽然数字化装配技术可减少对物理样机的需求，但由于装配技术理论的局限，并不能精确地表现装配相关过程和属性的数据，所以数字化装配和虚拟样机还无法完全代替物理样机。 数字化装配的关键技术为：(1)装配建模装配建模是对构成装配体的零件及零件间关系的描述。装配模型包括关系模型、层次模型和面向对象模型。关系模型应用图论方法，表达简单，但冗余连接较多，使计算变得很复杂。层次模型应用树状结构，可更好地表达模型间的分层装配和顺序约束，是商业化CAD产品中使用最广的模型。(2 )装配规划装配规划包括装配序列和路径规划。装配序列规划研究装配序列的生成，找出能把零件装配成产品且满足约束条件(如几何、工艺、工具等)的顺序。装配路径规划是在装配建模和装配序列规划的基础上，利用装配信息进行路经分析和求解，判断并生成合理的装配运动路径，为装配仿真提供显示数据，为设计人员提供可视化的辅助设计工具。(3)装配评估数字化装配系统可模拟装配过程，评价产品设计及装配规划，测试不同的装配策略，但需要建立装配评估标准。评估准则与企业的生产方式、产品和设备、质量等有关。这些标准包括：配合、装配时间和序列、人机工效和工作安全、返修和拆卸、固定、间隙尺寸、过程数据、零件处理等。应用这些标准对产品方案进行评估得到数据，经系统工程方法处理后，得出当前产品的装配评估结果，用于制定科学的生产决策。(4)实时图形处理应用实时图形处理技术可减少数字化装配系统的运行时间，提高工作效率。在硬件方面，应用高性能的图形工作站系统可快速进行大量的图形运算工作，为实时、高效的数字化装配过程提供支持。在软件方面，采用实时图形绘制算法可提高处理和显示速度。目前CAD软件都支持比较复杂产品的数字化装配。快速的图形处理算法包括模型表达技术、消隐、引用、细节层次表现技术等。把产品分为多个部分来逐个显示分析也是一种常用的基本方法。还可应用分布式运算等技术以提高图形处理速度。(5)干涉检验。干涉检验是数字化装配的基础，对产品结构和装配规划进行干涉检验，可检验产品