一個(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)裝配工藝的規(guī)劃系統(tǒng)

1、一個(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)發(fā)表時(shí)間：2005-8-8 e-works專家： 劉檢華 來(lái)源：e-works 關(guān)鍵字：工藝虛擬裝配信息化調(diào)查找茬投稿收藏評(píng)論好文推薦打印社區(qū)分享 復(fù)雜產(chǎn)品的裝配工藝規(guī)劃是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)和艱巨的工作，虛擬裝配工藝規(guī)劃技術(shù)的出現(xiàn)為產(chǎn)品的裝配工藝規(guī)劃提供了一條新的有效途徑。文中提出一個(gè)實(shí)用的集成化VAPP系統(tǒng)，介紹了 VAPP系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，并對(duì)CAD系統(tǒng)到VAPP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、虛擬產(chǎn)品裝配模型、裝配過(guò)程中知識(shí)輔助決策、線纜裝配工藝規(guī)劃、 裝配現(xiàn)場(chǎng)可視化等 VAPP系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述。目前VAPP系統(tǒng)已經(jīng)在航天產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計(jì)中得到試用，取得了良好效果。、引言

2、九十年代中期，虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)（Virtual Product Development, VPD ） ”技術(shù)的出現(xiàn)，弓I起了人們的廣泛關(guān)注。VPD的基本思想就是通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬模型來(lái)模擬和預(yù)測(cè)產(chǎn)品功能、性虛擬”環(huán)境中構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制能及可加工性等，在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人們可以在計(jì)算機(jī)的造、測(cè)試和分析產(chǎn)品，以解決產(chǎn)品在TQCSE方面存在的重大問(wèn)題。虛擬裝配規(guī)劃技術(shù)是 VPD的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。與傳統(tǒng)的裝配規(guī)劃相比，虛擬裝配工藝 規(guī)劃具有以下兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：其一，設(shè)計(jì)者可通過(guò)三維輸入設(shè)備，直接對(duì)零部件進(jìn)行三維因此能及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)裝配工藝設(shè)計(jì)裝配操作，因此非常直觀，且具有較高的交互性，能最大限度地發(fā)揮人的創(chuàng)

3、造力；其二，三 維立體顯示能讓設(shè)計(jì)者像在真實(shí)世界中一樣觀察物體， 中存在的問(wèn)題，從而提高產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。1,2，但總的來(lái)說(shuō)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技導(dǎo)致虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)的二、系統(tǒng)研究背景分析目前，虛擬裝配規(guī)劃技術(shù)的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展 術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品裝配規(guī)劃的時(shí)間還不長(zhǎng)，各種理論和方法還不成熟,工程實(shí)際應(yīng)用程度不高，其原因主要集中在以下幾個(gè)方面：（一）目前對(duì)虛擬裝配規(guī)劃的研究還局限于虛擬裝配規(guī)劃本身，如虛擬裝配建模、裝配順序規(guī)劃、裝配路徑規(guī)劃等，沒(méi)有考慮虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的集成，而虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)作為“ VPD的一部分，應(yīng)該考慮與虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的其它部分的集成。ASCII（二）目前的虛擬

4、裝配規(guī)劃系統(tǒng)中，大多采用完全沉浸式的虛擬環(huán)境。在虛擬裝配規(guī)劃 系統(tǒng)中，完全沉浸式的虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)不一定很理想。因?yàn)樵谔摂M裝配規(guī)劃的過(guò)程中有很多文字信息（或數(shù)據(jù)）需要輸入和顯示。在完全沉浸式的虛擬環(huán)境中，處理大量的在目前的技術(shù)碼信息比較困難。但另一方面，沉浸式虛擬環(huán)境在觀察、 體驗(yàn)、分析和評(píng)價(jià)裝配工藝設(shè)計(jì)方面還是具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，如何將沉浸式和非沉浸式的裝配環(huán)境相結(jié)合， 條件下對(duì)提高虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)的實(shí)用性顯得非常重要。（三）現(xiàn)行的虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)大都采用多邊形面片模型進(jìn)行產(chǎn)品的信息表達(dá)，而采用 多邊形面片模型丟失了 CAD模型中大量的工程語(yǔ)義信息，使得虛擬裝配系統(tǒng)難以捕捉和維 護(hù)產(chǎn)品的設(shè)

5、計(jì)意圖與產(chǎn)品設(shè)計(jì)約束等工程信息，同時(shí)也為表達(dá)和確定零件間的裝配關(guān)系帶來(lái)了困難。（四）虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)中的碰撞檢測(cè)算法除了要具有實(shí)時(shí)性以外，還需考慮多邊形模 型表達(dá)對(duì)碰撞檢測(cè)的影響。例如，圓柱孔中插入等半徑的圓柱軸時(shí)，會(huì)檢測(cè)到軸孔之間發(fā)生碰撞干涉（由于多邊形表達(dá)中圓柱面已近似地表達(dá)為棱柱面），這就導(dǎo)致等半徑的軸孔在虛擬裝配環(huán)境中無(wú)法進(jìn)行裝配。因此，基于虛擬裝配的實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)給虛擬環(huán)境下的碰撞干涉檢測(cè)算法帶來(lái)了新的問(wèn)題。（五）目前虛擬裝配系統(tǒng)普遍缺乏對(duì)裝配公差進(jìn)行分析與綜合的手段，對(duì)于某些關(guān)鍵配 合環(huán)節(jié)（如孔軸過(guò)盈配合），沒(méi)有優(yōu)化配合的手段，導(dǎo)致實(shí)際產(chǎn)品的裝配精度不高。（六）現(xiàn)有的虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)

6、大多只考慮剛體零部件裝配工藝規(guī)劃，很少考慮線纜等 柔性體的裝配工藝規(guī)劃。而線纜類零件的裝配在航空、航天、汽車(chē)、計(jì)算機(jī)、家用電器等產(chǎn) 品中占有很大的比重。 實(shí)際上，線纜裝配過(guò)程的不規(guī)范及可靠性問(wèn)題是影響機(jī)電產(chǎn)品裝配質(zhì) 量的一個(gè)重要原因，甚至成為影響工程系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。筆者針對(duì)以上造成虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)實(shí)用性不高的因素，并結(jié)合十五”總裝預(yù)先研究資助項(xiàng)目 數(shù)字化預(yù)裝配技術(shù)”，以及國(guó)防某企業(yè)的合作項(xiàng)目虛擬裝配工藝與工裝設(shè)計(jì)及其信息管理系統(tǒng)”等項(xiàng)目的具體需求，以實(shí)用、集成為出發(fā)點(diǎn)，自主開(kāi)發(fā)了虛擬裝配工藝規(guī)劃系 統(tǒng)VAPP （Virtual Assembly Process Planning ），該系統(tǒng)能夠

7、在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段基于三維數(shù)字化 實(shí)體模型實(shí)施數(shù)字化預(yù)裝配，生動(dòng)直觀地規(guī)劃與驗(yàn)證裝配工藝過(guò)程，從而提高產(chǎn)品裝配的一次成功率。三、體系結(jié)構(gòu)虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)是在一定的體系上構(gòu)成和運(yùn)行的，體系的優(yōu)劣直接關(guān)系到虛擬裝配規(guī) 劃系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的成敗。 系統(tǒng)的、合理的虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，不僅應(yīng)把虛擬裝配規(guī)劃過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地集成起來(lái)，同時(shí)，虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)作為虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重要組成部分，也需要在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM ）的統(tǒng)一控制下運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程的信息、功能和過(guò)程集成。同時(shí)該體系應(yīng)具有層次化的控制方法和即插即用”的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，具有較好的可擴(kuò)展性。VAPP系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由

8、4層組成，分別是人機(jī)交互層、應(yīng)用層、核 心服務(wù)層和數(shù)據(jù)層。Hl PAPP系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)（一）人機(jī)交互層：人機(jī)交互層主要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者與VAPP系統(tǒng)的信息交流，主要包括虛擬外設(shè)數(shù)據(jù)的讀取，裝配規(guī)劃過(guò)程中裝配操縱指令和參數(shù)的輸入、虛擬場(chǎng)景的漫游等。其中，命令解釋器負(fù)責(zé)對(duì)用戶指令進(jìn)行解釋，并調(diào)用應(yīng)用層相應(yīng)模塊進(jìn)行相關(guān)處理。通 過(guò)命令解釋器的轉(zhuǎn)發(fā)，使人機(jī)交互層具有較好的可擴(kuò)展性。（二）應(yīng)用層：包括 CAD數(shù)據(jù)接口、裝配順序規(guī)劃、裝配路徑規(guī)劃、裝配知識(shí)管理、零 部件選擇裝配、裝配工藝后處理、裝配信息管理和裝配現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)畫(huà)瀏覽等模塊組成。VAPP系VAPP系統(tǒng)將虛擬裝配統(tǒng)支持設(shè)計(jì)者進(jìn)行面向過(guò)程的裝配建模，并通過(guò)裝

9、配約束關(guān)系的自動(dòng)識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)零部件的精確定位，同時(shí)實(shí)時(shí)干涉檢測(cè)能夠保證裝配路徑的有效性。另一方面， 建模的過(guò)程進(jìn)行記錄， 并通過(guò)裝配工藝后處理模塊， 形成對(duì)實(shí)際裝配操作有指導(dǎo)意義的裝配 工藝卡片和裝配過(guò)程動(dòng)畫(huà)。（三）核心服務(wù)層：主要為應(yīng)用層提供底層支撐。包括碰撞干涉檢測(cè)、約束識(shí)別、裝配 知識(shí)輔助決策、運(yùn)動(dòng)仿真、場(chǎng)景管理和和行為控制。其中場(chǎng)景管理負(fù)責(zé)整個(gè)裝配環(huán)境的顯示 控制（包括不同物體的方位設(shè)置，隱藏設(shè)置等） 。行為控制負(fù)責(zé)裝配環(huán)境中不同零部件行為 的響應(yīng)控制（如物體間發(fā)生碰撞時(shí)的行為） ，用戶在虛擬裝配環(huán)境中視點(diǎn)的控制以及環(huán)境中 發(fā)生相應(yīng)事件時(shí)的響應(yīng)控制。（四）數(shù)據(jù)層：系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層主要包括裝配

10、過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和裝配知識(shí)庫(kù)兩個(gè)部分。其中：裝配過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)保存了 VAPP系統(tǒng)所有的裝配相關(guān)數(shù)據(jù)信息，包括各零部件的幾何數(shù)據(jù)、屬性信息、管理信息、裝配結(jié)構(gòu)信息、裝配工藝文件描述信息、裝配約束信息、裝配 順序、裝配路徑等所有裝配過(guò)程信息。裝配知識(shí)庫(kù)保存經(jīng)過(guò)整理的規(guī)范表達(dá)的裝配知識(shí)， 括零部件裝配優(yōu)先規(guī)則，裝配工藝知識(shí)（工具、夾具、工藝方法等）。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)訪問(wèn)知識(shí)庫(kù)，可以獲得知識(shí)幫助并輔助用戶進(jìn)行決策。通過(guò)PDMCAPP等發(fā)生聯(lián)系，產(chǎn)生的結(jié)果文件如工藝規(guī) 發(fā)布出去。作為虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重要組成部分，VAPP系統(tǒng)是在PDM系統(tǒng)的控制下運(yùn)行,VAPP系統(tǒng)采用半沉浸式的桌面虛擬環(huán)境，式界面和

11、非沉浸式界面能夠很容易地進(jìn)行切換。即沉浸式和非沉浸式的用戶界面相結(jié)合，沉浸非沉浸式的用戶界面主要基于通常的二維菜與虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的其它部分如工裝夾具設(shè)計(jì)、 劃結(jié)果、裝配設(shè)計(jì)反饋意見(jiàn)等也通過(guò)PDM單、二維鼠標(biāo)和普通鍵盤(pán)。它一般用來(lái)完成零部件的管理屬性查詢、虛擬環(huán)境參數(shù)設(shè)置、裝 配工藝后處理等功能。而沉浸式的用戶界面則主要基于數(shù)據(jù)手套、位置跟蹤器、三維鼠標(biāo)、 立體眼鏡和三維菜單。它能使用戶沉浸到虛擬環(huán)境中，并為用戶提供抓取零部件、移動(dòng)抓取同時(shí)也零部件、旋轉(zhuǎn)抓取零部件、釋放抓取零部件等直接交互裝配操作功能。這種沉浸式和非沉浸式用戶界面相結(jié)合的特點(diǎn)，能方便用戶靈活處理虛擬裝配規(guī)劃中的各種活動(dòng)或操作， 充

12、分發(fā)揮了沉浸式和非沉浸式用戶界面的各自優(yōu)勢(shì)。四、系統(tǒng)主要關(guān)鍵技術(shù)CAD環(huán)境（通常為 系統(tǒng)通過(guò)對(duì)（一）CAD系統(tǒng)到VAPP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問(wèn)題源于虛擬環(huán)境中與中物體描述方法的差異。在VAPP系統(tǒng)中，零件實(shí)體是通過(guò)簡(jiǎn)化的多邊形面片模型 三角形面片模型）來(lái)描述的，而不是 CAD系統(tǒng)采用的精確的幾何描述。VAPPCAD系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的接口程序，將VAPP系統(tǒng)所需的信息（主要包括裝配體的幾何面片信息、管理屬性信息、幾何特征信息和裝配特征信息等）導(dǎo)出，并在VAPP系統(tǒng)中進(jìn)行重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)外部CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)向VAPP系統(tǒng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換3。（二）虛擬產(chǎn)品裝配模型裝配模型是整個(gè) VAPP系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其核心問(wèn)題是

13、解決如何在計(jì)算機(jī)中表達(dá)和存儲(chǔ)產(chǎn)品裝配信息。虛擬產(chǎn)品裝配模型是一種集成化的信息模型，作為虛擬產(chǎn)品模型的子集，它支持廣義產(chǎn)品設(shè)計(jì)中與裝配有關(guān)的活動(dòng)和過(guò)程，能有效地存取所需的各種信息。不僅要考慮裝配零部件的幾何特征、管理屬性信息和物理特征信息，還要考慮裝配工藝信息；不僅要能處理系統(tǒng)的輸入信息， 還應(yīng)能處理設(shè)計(jì)過(guò)程中的中間信息和結(jié)果信息。 因此，虛擬產(chǎn)品裝配模型將隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的推進(jìn)而逐步豐富和完善。VAPP系統(tǒng)的裝配模型主要由管理、物體特征、幾何、拓?fù)?、工程語(yǔ)義和裝配工藝等六部分組成4。（三）裝配過(guò)程中知識(shí)輔助決策虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供的沉浸性和交互性為設(shè)計(jì)人員建立了一個(gè)高逼真度的多模式

14、交互規(guī)劃環(huán)境，使其能充分發(fā)揮自身的智慧和經(jīng)驗(yàn)，但另一方面，由于人機(jī)交互操作的增加，可能降低產(chǎn)品裝配規(guī)劃的效率。因此，將 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助推理相結(jié)合，建立基于虛擬現(xiàn)實(shí)的人機(jī)協(xié)同規(guī)劃環(huán)境，使裝配工藝規(guī)劃人員能夠在關(guān)鍵和復(fù)雜問(wèn)題上充分發(fā)揮自己的智慧和經(jīng)驗(yàn)，而在常規(guī)問(wèn)題又能充分利用計(jì)算機(jī)來(lái)代替人腦的重復(fù)思考，這對(duì)提高裝配規(guī)劃的效率具有實(shí)際意義。VAPP系統(tǒng)提出了將事例性知識(shí)和規(guī)則性知識(shí)有機(jī)結(jié)合來(lái)輔助人在虛擬環(huán)境下進(jìn)行裝配 序列規(guī)劃的方法，并提出了裝配順序的遞進(jìn)分層推理模型（Progressive Hierarchical Reasoning,PHR），將計(jì)算機(jī)利用幾何層和語(yǔ)義層知識(shí)的自動(dòng)推理與

15、人的主觀決策相結(jié)合，人機(jī)交互地 來(lái)解決裝配序列規(guī)劃問(wèn)題，使裝配規(guī)劃人員在虛擬環(huán)境下可視化的、快速的進(jìn)行裝配工藝規(guī)劃。與此同時(shí)將規(guī)劃中產(chǎn)生的新的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)利用虛擬環(huán)境特有的模式加以記錄、整理再利用，達(dá)到裝配知識(shí)的良性循環(huán)使用，提高虛擬裝配效率的目的。獲取比較穩(wěn)定的較高以虛擬裝配工藝形成較為完善的、 符（四）選擇裝配 VAPP 系統(tǒng)通過(guò)建立一種對(duì)實(shí)際加工尺寸的零部件按照加工誤差進(jìn)行選 配的機(jī)制， 建立相應(yīng)的選配優(yōu)化方法，通過(guò)選配， 提高產(chǎn)品裝配質(zhì)量， 裝配精度。（五）裝配工藝后處理 提供一個(gè)交互式的裝配工藝卡片的生成環(huán)境， 規(guī)劃過(guò)程中形成的裝配規(guī)劃結(jié)果為主干， 補(bǔ)充和完善產(chǎn)品的裝配工藝， 合工廠特定

16、格式的裝配工藝卡片。（六）實(shí)時(shí)干涉檢測(cè) 提出一個(gè)面向 VAPP 系統(tǒng)的分層精確碰撞檢測(cè)算法，該算法分為 四層 5 ：包圍盒層、中間層、面片層、精確層。該算法不僅能滿足虛擬裝配實(shí)時(shí)性的要求， 還能滿足虛擬裝配的精確性要求。（七）線纜裝配工藝規(guī)劃 線纜作為柔性體，其建模與裝配規(guī)劃過(guò)程與其它剛性零部件 有很大的區(qū)別。根據(jù)虛擬環(huán)境的特點(diǎn)， VAPP 系統(tǒng)提出了線纜離散控制點(diǎn)建模技術(shù)，將線纜 簡(jiǎn)化成由一系列截面中心點(diǎn) （控制點(diǎn)） 相連而形成的空間連續(xù)折線段， 通過(guò)對(duì)控制點(diǎn)的操縱 實(shí)現(xiàn)線纜的三維空間布線。（八）裝配現(xiàn)場(chǎng)可視化 利用 VAPP 系統(tǒng)提供的動(dòng)畫(huà)制作功能，規(guī)劃人員可以把零部件 的裝配順序、 裝配

17、路徑以及特殊的裝配操作技巧以動(dòng)畫(huà)的形式記錄下來(lái)， 并與相關(guān)裝配工藝 描述文檔（如裝配工藝卡）進(jìn)行關(guān)聯(lián)，提交到裝配工藝部門(mén)的數(shù)據(jù)服務(wù)器上；現(xiàn)場(chǎng)裝配人員 通過(guò)安裝在裝配現(xiàn)場(chǎng)的客戶端，利用局域網(wǎng)查詢和瀏覽所需的裝配工藝文檔和裝配過(guò)程動(dòng) 畫(huà)。從而使現(xiàn)場(chǎng)裝配人員更清晰的理解裝配意圖，提高裝配效率，減少裝配錯(cuò)誤。五、系統(tǒng)主要特色裝配是產(chǎn)品生命周期中的重要環(huán)節(jié)。 VAPP 系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建一個(gè)半沉浸式的桌面裝配工藝規(guī) 劃環(huán)境，使裝配工藝設(shè)計(jì)人員能在可視化的環(huán)境下交互地對(duì)產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)三維模型進(jìn)行試 裝，以建立和分析產(chǎn)品各零部件的裝配順序、 裝配路徑、 裝配過(guò)程中的動(dòng)態(tài)干涉和裝配空間 的合理性， 并驗(yàn)證和分析裝配工

18、、 夾具的空間可操作性和相互位置關(guān)系， 以此形成裝配工藝 的主體內(nèi)容， 并通過(guò)裝配工藝后處理， 以及裝配過(guò)程動(dòng)畫(huà)生成等手段， 形成能直接指導(dǎo)工廠 裝配車(chē)間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配的可視化裝配工藝。概括起來(lái)講，VAPP 系統(tǒng)具有以下功能特色。（一） 集成化 VAPP 的集成主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面： 一方面體現(xiàn)在 VAPP 系統(tǒng)的信息集成、 功能集成和過(guò)程集成。 VAPP 系統(tǒng)涵蓋產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)中與之相關(guān)的多個(gè)方面，這些方面 并不是孤立的， 而是相互制約、 相互影響的。 VAPP 系統(tǒng)所需的相關(guān)數(shù)據(jù)， 包括零部件模型， 工裝、 夾具模型等（主要包括模型的幾何信息和屬性信息）來(lái)源于不同的應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)格 式各異；

19、另一方面， 虛擬裝配產(chǎn)生的裝配分析結(jié)果、裝配工藝、裝配過(guò)程動(dòng)畫(huà)等信息也要反 饋給相關(guān)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和工程應(yīng)用系統(tǒng)。 VAPP 系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)一的 PDM 平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)與其它應(yīng)用 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成。同時(shí)，通過(guò)統(tǒng)一的 PDM 平臺(tái)，也實(shí)現(xiàn)了 VAPP 系統(tǒng)中相應(yīng)的信息流、權(quán) 限等的控制。另一方面， VAPP 的集成也體現(xiàn)在其沉浸式和非沉浸式裝配環(huán)境的集成上。在 VAPP 系統(tǒng)中，用戶可以很方便地進(jìn)行沉浸式和非沉浸式裝配環(huán)境的切換， 充分發(fā)揮沉浸式和非沉浸式裝配環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。（二）面向工藝的裝配建模過(guò)程傳統(tǒng)的數(shù)字化預(yù)裝配系統(tǒng)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了更好的幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行與裝配有關(guān)的零、部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決策而對(duì)產(chǎn)品模型

20、進(jìn)行分析的系 統(tǒng)，這種面向設(shè)計(jì)的系統(tǒng)本身是為零、部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)服務(wù)的，并沒(méi)有考慮裝配過(guò)程中零、 部件的裝配順序和裝配路徑。 而VAPP系統(tǒng)將使用戶以直觀的方式直接考察裝配約束的施加 過(guò)程、分析裝配約束對(duì)零件運(yùn)動(dòng)的限制、檢測(cè)裝配過(guò)程中的碰撞干涉。 裝配建模的結(jié)果不僅建立了產(chǎn)品的裝配模型，而且還生成了整個(gè)產(chǎn)品的初始裝配序列和初始裝配路徑。同時(shí) VAPP系統(tǒng)通過(guò)對(duì)裝配建模結(jié)果的局部修改等功能，實(shí)現(xiàn)了裝配模型的優(yōu)化。VAPP系統(tǒng)這種的面向工藝的裝配建模過(guò)程，一方面能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期階段就及時(shí)地發(fā)現(xiàn)實(shí)際裝配過(guò)程中的問(wèn)題，減少了返工，從而提高裝配的一次成功率，另一方面，裝配建模的同時(shí)形成的裝配 工藝信息（如

21、裝配順序、 裝配路徑等）輸入到裝配工藝后處理模塊，能夠很方便地生成符合 工廠要求的裝配工藝卡片，大大減輕了裝配工藝設(shè)計(jì)人員的工作難度和工藝編制時(shí)間。VAPP系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)為裝配知識(shí)提供了一種保 方式、裝夾手段等經(jīng)驗(yàn)。包括知識(shí)的擴(kuò)充，修改等。由確定的知識(shí)引導(dǎo)人機(jī)交 從而能起到快速裝配的作用。（三）知識(shí)輔助決策和人機(jī)交互相結(jié)合存的機(jī)制。知識(shí)庫(kù)包含了在長(zhǎng)期的裝配實(shí)踐中形成的有關(guān)裝配順序、 同時(shí)系統(tǒng)還提供對(duì)知識(shí)庫(kù)的各項(xiàng)操作， 互的裝配過(guò)程，減少無(wú)效的裝配動(dòng)作，現(xiàn)有的車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)裝配過(guò)程大多以紙質(zhì)裝配工藝文件（四）三維可視化的裝配工藝文檔為指導(dǎo)，裝配工人理解困難， 容易發(fā)生錯(cuò)裝。而VAPP系統(tǒng)將裝配順序和裝

22、配路徑以動(dòng)畫(huà)的 形式輸出，用于指導(dǎo)裝配車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的裝配，通過(guò)實(shí)時(shí)顯示裝配的順序與路徑，以及各裝配階段所用到的工裝夾具，使裝配工人更加明確裝配的任務(wù)和過(guò)程，從而減少錯(cuò)裝，提高裝配的VAPP系統(tǒng)通過(guò)一套有效的管理機(jī)制，使用戶在裝配過(guò)程中部件的屬性信息和裝配工藝信息（包括裝配工、夾具的選擇, 同時(shí)通過(guò)裝配工藝后處理模塊，生成裝配工藝卡、工裝清單和VAPP系統(tǒng)還能對(duì)裝配完畢的零部件速度和一次成功率。（五）完善的裝配信息管理 實(shí)時(shí)、方便地瀏覽和編輯各零、 填寫(xiě)裝配操作流程說(shuō)明等）。 配套清單等符合工程實(shí)際要求的裝配工藝文檔。此外, 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并給出相關(guān)報(bào)告，以免漏裝。六、系統(tǒng)應(yīng)用VAPP系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)航天

23、產(chǎn)品的裝配工藝規(guī)劃中得到初步的試用，通過(guò)該半沉浸式的桌面虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)，用戶在進(jìn)行裝配建模的同時(shí)，生成對(duì)實(shí)際裝配操作有指導(dǎo)意義的裝配 工藝卡片，并通過(guò)裝配車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的可視化，使裝配工人更加明確裝配的任務(wù)和過(guò)程，從而減少錯(cuò)裝，提高裝配的速度和一次成功率。圖2為VAPP系統(tǒng)主界面，裝配體的零部件模型通過(guò)數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入到 VAPP系統(tǒng)中，零件初始時(shí)被依次排列在操作臺(tái)上，在系統(tǒng)中通過(guò)虛擬手（或三維鼠標(biāo)）拾取、移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)零部件進(jìn)行裝配操作。圖3為裝配好的某產(chǎn)品裝配模型。圖4是零件的裝配路徑（用離散的裝配路徑點(diǎn)的形式來(lái)表達(dá)裝配路徑）圖3形成的裝配體圖4裝配路徑顯示Jar* w;I f 審"r *1

24、； I 于 E u-藥F IA - a(專二 d-1圖5 «配工藝規(guī)劃后處理為了減少虛擬手套所帶來(lái)的手疲勞，VAPP系統(tǒng)主要采用三維鼠標(biāo) Spaceball 5000來(lái)控制零部件的運(yùn)動(dòng)。在虛擬裝配工藝規(guī)劃過(guò)程中，裝配過(guò)程實(shí)時(shí)決策系統(tǒng)為系統(tǒng)的規(guī)劃提供實(shí)時(shí) 決策信息。裝配工藝規(guī)劃形成的數(shù)據(jù)結(jié)果，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，一部分反饋給CAD系統(tǒng)，用于對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的修改。一部分反饋給CAFD系統(tǒng)，用于對(duì)夾具、工具設(shè)計(jì)的修改。一部分導(dǎo)入到裝配工藝規(guī)劃后處理模塊中，以形成最終的標(biāo)準(zhǔn)裝配工藝卡，圖5為裝配工藝規(guī)劃后處理的主界面。七、結(jié)論虛擬裝配規(guī)劃技術(shù)為解決產(chǎn)品裝配工藝規(guī)劃問(wèn)題提供了一種新的有效途徑。本文介紹的 半沉浸式的桌面虛擬裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)VAPP,能夠使設(shè)計(jì)人員在可視化的環(huán)境下交互地對(duì)產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)三維模型進(jìn)行試裝，以建立和分析產(chǎn)品各零部件的裝配順序、裝配路徑、裝配過(guò)程中的動(dòng)態(tài)干涉和