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基于VR环境下的虚拟装配技术

发布时间:2022-12-26

编辑人:灵图互动

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虚拟装配技术是传统装配技术与虚拟现实技术相结合的产物。在传统的制造理论中,装配是指将零件和部件按一定的顺序和工艺组成完成品,被视作是产品在生产制造过程之中的最后一个环节,同时也是十分重要的一个环节。装配工艺技术的高低直接影响了最终产品的性能与质量的好坏。与传统装配相比,虚拟装配较不容易出现因人为的失误而造成的损失,也较少出现因为设计缺陷而出现的装配问题。同时虚拟装配不需要花费大量的人力物力对人员进行培训。虚拟装配技术在产品设计的阶段就对产品的尺寸、可装配性进行了测试,避免了物理模型的浪费、节约了成本,以缩短产品开发周期,适应变化迅速的市场需求,提升产品质量。由此可见,装配工艺技术的高低直接影响了最终产品的性能与质量的好坏。

虚拟装配是根据分析和决策将三维零件利用可视化的方式,在虚拟场景中进行组合。按功能和目的区别,虚拟装配可分为以产品设计为中心、以过程控制为中心和以仿真模拟为中心三部分。

1. 虚拟装配功能分析

在实际设计和生产过程中,设计人员不易掌握机械产品的配合性和可装配性,需要等到产品最后装配时才能发现错误,导致零件的报废和产品上市时间的延迟,造成巨大的经济损失或信誉损失。采用虚拟装配技术可以在设计阶段进行验证,确保设计的正确性,避免损失。

虚拟装配强调在实际投入原材料之前,在产品实现过程之前,完成产品的设计和装配过程的全面仿真、分析,以保证产品的可装配性。

具体来说,虚拟装配技术功能如下:

1.1 实物产品的数字化再现

虚拟装配技术首要的功能即生成产品的数字模型,产品数字模型描述的信息有:产品结构明细(BOM)、产品外形、几何与拓扑信息、产品形状特征信息、形位公差模型、功能模型、运动和动力学仿真。

1.2 冲突检测

虚拟装配的冲突检测功能是指对组成产品、各个级别的装配体的零部件进行集合上的干涉检查,这里的检查包含有零部件在装配体中的静态空间位置的相交性,也包含零部件在构成产品的装配过程在空间上的集合干涉性。

1.3 生成装配序列和路径

虚拟装配可生成装配的序列和路径,在产品建模和排除冲突的过程之中,生成最优化的虚拟装配序列和路径,减少实际生产中的装配时间。

虚拟装配功能分析

2. 虚拟装配流程

虚拟装配过程主要是对装配过程中的每一步操作进行细化和分析,从而明确装配方案。将装配方案导入到虚拟环境内,模拟装配过程中所涉及到的零部件、装配工具和施工人员的运动情况,对零部件的装配序列进行规划,并对各个零部件之间或者零部件与装配工具之间是否存在干涉现象进行检测,从而评估装配方案的可行性。

虚拟装配流程

2.1 创建装配模型

在产品分段的设计阶段,设计人员会根据分段的特点进行待装配构件的建模,完成建模后,将其装配成产品分段模型,完成产品分段的三维模型建立。

2.2 创建虚拟装配环境

创建虚拟装配环境的前提是要先完成对现场装配资源三维模型库的构建。现场装配资源的三维模型库主要包括厂房模型、产线模型、设备模型和夹具模型等。完成了对三维模型和现场装配资源三维模型库的建立之后,即可开始创建出虚拟装配环境。

2.3 装配工艺规划

产品的装配工艺规划是虚拟装配过程中重要的部分之一,其任务主要是制定合理的装配流程。主要研究内容包括划分装配单元、确定装配序列、创建装配动作、确定焊接形式和确定约束关系等。

2.4 人机工程分析

人机工程分析也是虚拟装配技术中的重要一环,目前以手工装配为主的装配过程,应考虑到装配过程的可达性、可视性和舒适性等因素对施工人员的影响。

2.5 装配工艺分析

在进行虚拟装配仿真的过程中,应通过装配工艺分析找出装配过程中存在的缺陷,及时对其进行修改,保证装配方案的可行性。常用的分析方法有干涉检测、约束分析和自由度分析等。通过对产品分段的装配过程进行虚拟装配分析,可以在进行实装配前发现装配方案的漏洞,从而减少了因设计不合理等因素导致的返工现象,使装配效率显著提高。

3.  基于虚拟装配技术的现场可视化系统

基于虚拟装配技术的现场可视化系统,将设计部门与生产现场之间的信息进行无缝连接,使生产现场能够共享三维设计成果,指导施工人员完成生产工作。

基于虚拟装配技术的现场可视化系统

在虚拟装配技术的指导下,现场可视化系统采用二维图纸、文字信息和虚拟动画 3 种不同的信息形式对装配过程进行表述,并指导生产工作。其中二维图纸主要表达构件尺寸、装配关系和连接形式等信息;文字信息主要对工艺信息进行阐述说明,并对装配过程进行辅助说明;虚拟动画主要为施工人员展示最终产品的制造过程、所需设备和操作方式等信息,指导具体的操作步骤。

基于虚拟装配技术的现场可视化系统,具有如下的特点:

现场可视化系统是采用文字说明和虚拟动画相结合的方式,对装配工艺信息进行描述,能够使施工人员更直观、更易懂地了解制造过程,不会与设计人员的设计思想产生偏差。

现场可视化系统对典型的工位添加了装配资源列表和示范应用案例,向施工人员更直观地展示了装配过程中所用到的装配资源。

现场可视化系统是采用编制程序的方式提取装配信息,减少了重复输入的过程,提高了工作效率。

现场可视化系统是通过网络进行传输的,更新速度比传统方式快,减少了因信息更新不及时产生的装配错误情况。


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