導語：如何才能寫好一篇虛擬裝配技術論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：計算機應用;裝配規(guī)劃;綜述;虛擬現實;軟計算;協(xié)同裝配

裝配是產品生命周期的重要環(huán)節(jié)，是實現產品功能的主要過程。寫作畢業(yè)論文裝配成本占產品制造成本40%～50%，裝配自動化一直是制造自動化中的瓶頸問題。裝配規(guī)劃是在給定產品與相關制造資源的完整描述前提下，得到產品詳細的裝配方案的過程，對指導產品可裝配性設計、提高產品裝配質量和降低裝配成本具有重要意義。產品的裝配規(guī)劃通常需要得到零部件的裝配序列、裝配路徑、使用的工裝夾具和裝配時間等內容[1]~[3]。

較早的傳統(tǒng)裝配規(guī)劃采用人工方式，工藝人員根據設計圖紙和技術文檔，通過分析產品裝配圖中零件的幾何形狀和位置關系，必要時再和設計人員進行討論，進一步明確設計者的真正意圖，利用自己的經驗和知識規(guī)劃出產品的裝配方案。這種方法工作量大、效率低，且難于保證裝配方案的經濟性。

隨著計算機集成制造CIMS和并行工程CE技術的發(fā)展和應用，一方面對裝配相關的設計技術提出了計算機化的要求，以提高和產品開發(fā)過程中其他環(huán)節(jié)的集成化程度。另一方面要求裝配方案的優(yōu)化以降低成本和縮短規(guī)劃時間以加快產品開發(fā)進程。受“需求牽引”和“技術推動”兩方面的影響，80年代初，出現了對計算機輔助裝配規(guī)劃(ComputerAidedAssemblyPlanning，CAAP)技術的研究。到目前為止，CAAP經歷了幾個不同的發(fā)展階段，出現了4種代表性的方法，按照出現的時間順序及方法的特點，筆者將其歸結為經典裝配規(guī)劃方法、虛擬裝配規(guī)劃方法、裝配規(guī)劃軟計算方法和協(xié)同裝配規(guī)劃方法。

1經典裝配規(guī)劃方法

早期CAAP的研究側重于裝配序列的規(guī)劃，以產品CAD裝配模型為基礎，寫作碩士論文一般采用幾何推理的方法，通過產品裝配建模、裝配序列推理和表達以及裝配序列評價和選擇為產品面向裝配的設計和裝配工藝規(guī)劃提供指導和支持，其過程通常如圖1所示。

1.1產品裝配建模

產品裝配模型是裝配規(guī)劃的基礎，為裝配規(guī)劃提供裝配體和零部件的相關信息。常用的裝配信息表達模型可分為圖模型和矩陣模型。法國學者Bourjauct提出了聯系圖模型[4]，將零件之間的物理接觸關系定義為聯系即裝配關系，圖中的節(jié)點對應零件，邊表示所連接的零件間至少有一種裝配關系。關系模型[5]進一步區(qū)分了零件之間的接觸關系和聯接關系，圖中包含3種實體類型：零件、接觸和聯接，邊表達了實體間的關系。產品等級裝配模型[6]將裝配體看成具有層次結構性，即裝配體可以分解為子裝配體，子裝配體又可分解為下級子裝配體和零件的集合，以此表達產品的裝配組成。

矩陣比圖易于計算機表達和實現。Dini和Santochi[7]利用干涉矩陣、接觸矩陣和連接矩陣表達產品，干涉矩陣描述了零部件間沿坐標軸方向裝配時相互間的干涉情況，接觸矩陣描述了零部件間的物理接觸狀態(tài)，連接矩陣描述了零部件間的連接類型。為減少矩陣的數量，Huang[8]等把6個干涉矩陣合并為一個拆卸矩陣，集成的表達零部件間沿坐標軸方向的干涉情況。

1.2裝配序列推理和表達

基于聯系圖模型，Bourjauct采用人機交互“問答式”方法獲取裝配優(yōu)先約束關系[4]，寫作醫(yī)學論文隨后DeFazio和Whitney[9]，Baldwin[10]等人的工作進一步較少了需要由用戶回答問題的數量，然后通過對裝配優(yōu)約束關系進行推理得到聯絡建立優(yōu)先關系的層次模型表達產品的裝配序列。

“割集”法是基于拆卸策略的裝配規(guī)劃中通常采用的圖論算法。HomemdeMell和Sanderson[5]通過對產品聯接圖進行縮并，利用“割集”算法對聯接圖進行循環(huán)分解，生成所有可能的子裝配體，直到不可再分。并提出了裝配序列的AND/OR圖表達方法，圖中的節(jié)點對應裝配過程中的子裝配體或零件，超弧表達將子裝配體或零件聯接在一起形成更大子裝配體的裝配操作。因為“割集”算法的計算復雜性為O(3N)(N為零件個數)，因此，對于復雜產品的裝配順序規(guī)劃存在指數爆炸問題，這是難以讓人接受的。

1.3裝配序列評價和選擇

裝配序列的選擇對裝配線設計、裝配成本、裝配設備選擇有很大影響，寫作職稱論文而評價是選擇的基礎。裝配序列的評價可分為定性和定量兩方面因素[11]~[13]，定性因素主要考慮的有裝配方向換向的頻度、子裝配體的穩(wěn)定性和安全性、裝配操作任務間的并行性、子裝配體的結合性和模塊性、緊固件的裝配、零件的聚合等。定量因素主要考慮的有整個裝配時間(包括子裝配體的操作時間、運輸時間等)、整個裝配成本(包括勞動成本、夾緊和加工成本)、產品在裝配中再定位的次數、夾具的數目、操作者的數目、機器人手爪的數目、工作臺的數目等。

更多的經典裝配規(guī)劃方法研究文獻可以參見TexasA&M大學Wolter教授的“AssemblyPlanningBibliography”[14]，其中收集了自1980年起近15年經典裝配規(guī)劃方法的相關研究。經典方法一般表達出全部的序列解空間，這使它可能從中找出最優(yōu)的裝配序列，但隨著產品中零件數量的增加，解空間的組合爆炸給序列的存儲、選優(yōu)帶來極大困難；且序列的幾何推理方法不易融入人類的裝配知識，難免產生眾多幾何可行但工藝不可行的序列結果。

2虛擬裝配規(guī)劃方法

虛擬現實技術為裝配規(guī)劃的“人－機”協(xié)同工作提供了契機。虛擬裝配是指由操作者通過數據手套和三維立體顯示設備直接三維操作虛擬零部件來模擬裝配/拆卸過程，無需產品或支撐過程的物理實現，通過分析、先驗模型、可視化和數據表達等手段，利用計算機工具來安排或輔助與裝配有關的工程決策[15]。虛擬裝配過程中，人機可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，即人通過直覺/裝配經驗和知識決定產品的裝配過程，但不能精確地判斷當前所有可能裝配的零件，也不太可能準確判定裝配某一零件后裝配體的穩(wěn)定性等因素，而通過一定算法和規(guī)則實現的機器智能剛好彌補人的不足。虛擬裝配方法得到的不僅僅是零件的順序，還可以包括零件路徑、裝配工具、夾具和工作臺等信息。圖2為虛擬裝配規(guī)劃的工作步驟。

國外虛擬裝配規(guī)劃的研究以沉浸式虛擬裝配環(huán)境VADE[16],[17](VirtualAssemblyDesignEnvironment)為代表，寫作英語論文通過建立一個裝配規(guī)劃和評價的虛擬環(huán)境來探索運用虛擬現實技術進行設計、制造的潛在技術可能性，為機械系統(tǒng)裝配體的規(guī)劃、評價和驗證提供支持。在虛擬環(huán)境中，利用提取并導入的CAD系統(tǒng)產生的裝配約束信息引導裝配過程；通過引入了質量、慣性和加速度等物理屬性，基于物理特性進行裝配建模，逼真地模擬真實裝配環(huán)境；支持雙手的靈活裝配和操作；記錄虛擬裝配過程中產生的掃體積和路徑信息并可進行編輯；建立了工具/零件/人相互作用模型，支持裝配工具在虛擬裝配環(huán)境中的運用。

國內管強等[18]將虛擬現實技術與面向裝配設計的理論相結合，建立了一個虛擬環(huán)境下的面

向裝配設計系統(tǒng)（VirDFA）。萬華根等[19]建立了一個具有多通道界面的虛擬設計與虛擬裝配系統(tǒng)（VDVAS），通過直接三維操作和語音命令方便地對零件進行交互拆裝以建立零件的裝配順序和裝配路徑等裝配信息。在面向過程與歷史的虛擬設計與裝配環(huán)境（VIRDAS）中，張樹有等[20]通過識別裝配關系進行裝配運動的導航，實現虛擬拆卸/裝配順序規(guī)劃、虛擬裝配分析。從集成的觀點出發(fā)，姚珺等[21]提出面向產品設計全過程的虛擬裝配體系結構，從方案設計、結構設計和裝配工藝設計3個層次上分階段地對產品可裝配性進行分析與評價。田豐等[22]提出一個面向虛擬裝配的三維交互平臺（VAT），簡化了虛擬裝配應用系統(tǒng)的構造，便于應用的快速生成。

應用虛擬現實環(huán)境開展裝配規(guī)劃，提供了一種新的思路和工具。但是，虛擬環(huán)境的構建需要較大資金的軟硬件投入，另外，虛擬現實技術本身（如圖形的高速刷新）及其相關硬件技術（如力觸覺設備）的不成熟使得虛擬裝配的研究仍處于探索階段。

3裝配規(guī)劃軟計算方法

1994年，Zadeh教授將模糊邏輯與智能技術結合起來，提出了軟計算方法（softcomputing）[23]。軟計算以模糊邏輯、神經網絡和概率推理為基礎，不追求問題的精確解，以近似性和不確定性為主要特征，所得到的是精確或不精確問題的近似解。為避免組合爆炸同時又能得到較優(yōu)的裝配規(guī)劃方案，近來，基于建模、表達和尋優(yōu)一體化的裝配規(guī)劃軟計算方法得到廣泛關注。

3.1裝配規(guī)劃神經網絡方法

神經網絡是模擬人類形象思維的一種人工智能方法，它是由大量神經元廣泛互連而成的復雜網絡系統(tǒng)，寫作留學生論文單一神經元可以有許多輸入、輸出，神經元之間的相互作用通過連接的權值體現，神經元的輸出是其輸入的函數。若將優(yōu)化計算問題的目標函數與網絡某種狀態(tài)函數(通常稱網絡能量函數)對應起來，網絡動態(tài)向能量函數極小值方向移動的過程就可視作優(yōu)化問題的求解過程，穩(wěn)態(tài)點則是優(yōu)化問題的局部或全局最優(yōu)解。

Hong和Cho[24]用于機器人裝配順序優(yōu)化的Hopfiled神經網絡中，考慮裝配約束、子裝配體穩(wěn)定性和裝配方向改變等因素建立網絡的能量方程，基于優(yōu)先約束推理和專家系統(tǒng)提供的裝配成本驅動網絡的進化方程得到優(yōu)化的序列。但由于神經網絡缺乏全局搜索能力，計算結果顯示，該方法容易產生不優(yōu)化的裝配順序，且常常只能得到一個局部最優(yōu)的裝配序列。另外，參數選擇和初始條件對網絡的靈敏度影響大；神經網絡在應用前須進行訓練，而訓練時要由專家提供較多可行的順序作為樣本。而樣本可能是針對某種類型的產品，對其它類型的產品則不一定適用，該方法的應用范圍窄。

3.2裝配規(guī)劃模擬退火算法

模擬退火算法源于固體退火思想，將一個優(yōu)化問題比擬成一個熱力學系統(tǒng)，將目標函數比擬為系統(tǒng)的能量，將優(yōu)化求解過程比擬成系統(tǒng)逐步降溫以達到最低能量狀態(tài)的退火過程，通過模擬固體的退火過程獲得優(yōu)化問題的全局最優(yōu)解。

Saeid等[25]利用模擬退火算法進行裝配序列規(guī)劃時，根據產品裝配模型獲得裝配優(yōu)先關系，將裝配過程總裝配時間和重定向次數運用多屬性應用理論組合成單一目標函數，作為裝配序列優(yōu)化的評價函數。Hong和Cho[26]將裝配約束和裝配過程的成本映射為裝配序列能量函數，利用模擬退火算法使裝配序列能量函數擾動地逐步減小，經過多次迭代，直到能量函數不再變化為止，最后得到具有最小裝配成本的裝配序列。作者將該方法應用到一個電子繼電器裝配體上，并將其性能與利用神經網絡[24]的裝配規(guī)劃方法進行了比較，結果顯示基于模擬退火的裝配序列優(yōu)化方法可以產生較好的裝配序列并且在運算時間上優(yōu)于人工神經網絡方法。

模擬退火算法具有較強的局部搜索能力，并能使搜索過程避免陷入局部最優(yōu)，但模擬退火算法對整個搜索空間的狀況了解不多，不能使搜索過程進入最有希望的搜索區(qū)域，從而使得算法的運算效率不高。

3.3裝配規(guī)劃遺傳算法

在眾多軟計算方法中，遺傳算法得到了眾多研究者的重視。寫作工作總結遺傳算法是模仿生物自然選擇和遺傳機制的隨機搜索算法，它將問題的可能解組成種群，將每一個可能的解看作種群的個體，從一組隨機給定的初始種群開始，持續(xù)在整個種群空間內隨機搜索，按照一定的評估策略即適應度函數對每一個體進行評價，不斷通過復制、交叉、變異等遺傳算子的作用，使種群在適應度函數的約束下不斷進化，算法終止時得到最優(yōu)/次最優(yōu)的問題解。圖3為裝配規(guī)劃遺傳算法的一般流程。

裝配規(guī)劃遺傳算法的研究重點集中于設計裝配序列的基因編碼方式以包含更多的裝配過程信息、設計基因操作的形式和改進遺傳算法的局部搜索能力上。Lazzerini等[27]的分段編碼遺傳算法中，將染色體分為3段編碼，第1段表示參與裝配的零件編號，第2段表示零件的可行裝配方向，第3段表示裝配工具，從而使染色體包含了部分工藝信息。為了提高算法的性能，文中將裝配體分解為子裝配體進行裝配，減少了參加裝配序列規(guī)劃的零件數目；Guan等[28]采用基因團編碼方式，一個基因團表達一個零件的裝配操作，由被裝配零件號裝配元、裝配工具裝配元、裝配方向裝配元和裝配類型裝配元組成。在擴大采樣空間選擇下一代種群的基礎上，通過交叉和多層次變異實現裝配序列并行優(yōu)化。廖小云和陳湘鳳[29]在裝配序列規(guī)劃遺傳算法中設計了復制、交叉、變異、剪貼和斷連5種遺傳算子尋找裝配序列優(yōu)化解。在Smith等[30]的增強型遺傳算法中，選擇下一代個體并不完全依靠適應度，而是先把一定數量較優(yōu)的個體復制到下一代，將適應度低但幾何可行的序列用于繼續(xù)產生序列，直到滿足下一代種群中序列個數的需求，從而使算法能跳出局部最優(yōu)點，在全局范圍內搜索最優(yōu)解。

理論上，找到全局最優(yōu)裝配序列要求參加演化計算的種群規(guī)模要足夠大，迭代次數要無限

多，但在計算資源和時間限制下是達不到要求的。因此，遺傳算法求解裝配規(guī)劃問題的效率和結果依賴于初始種群規(guī)模及其質量、遺傳算子及其操作概率等因素。

4協(xié)同裝配規(guī)劃方法

裝配體作為實現產品功能的載體，零部件可能由不同的企業(yè)設計，零部件和產品可能在不同的裝配工廠完成裝配過程，因此需要設計團隊的協(xié)同工作和決策以保證裝配質量和降低裝配成本。計算機和網絡技術的快速發(fā)展縮短了異地人員在時間和空間上的距離，為實時的“人－機－人”協(xié)同裝配工作提供了可能。

Wisconsin-Madison大學[31]提出網絡環(huán)境下的電子化裝配（e-Assembly），探討在Internet/Intranet上利用3D模型進行協(xié)同虛擬裝配和拆卸的方法論和工具，擬實現的關鍵技術包括3D交互可視化、協(xié)同裝配/拆卸/維護/回收等。目前已開發(fā)了Motive3D系統(tǒng)，利用Synthesizer模塊可以交互/自動進行產品的裝配建模和規(guī)劃，Visualizer模塊為用戶在Web平臺上提供裝配序列規(guī)劃結果的可視化仿真，但缺少交互修改、調整功能。在ATS項目[32]實施中，為了向異地的開發(fā)人員展示裝配設計和裝配規(guī)劃結果，嘗試利用VRML作為可視化工具，一方面供設計團隊瀏覽零部件設計，另外將裝配模型用文本編輯軟件進行編輯，生成裝配序列的VRML仿真文件，供異地的設計團隊實時進行評價和提出修改意見。但手工編輯文件不但花費的時間長達一周，而且每次設計修改后都必須重新編輯；同時，仿真文件僅具有瀏覽功能，不能進行交互修改。

Web環(huán)境下的協(xié)同裝配規(guī)劃方法[33]采用協(xié)同工作環(huán)境下的裝配建模、裝配規(guī)劃任務分配和裝配序列合成等技術，通過對復雜產品裝配規(guī)劃問題的分解，即降低了單機規(guī)劃工作模式的復雜度，又便于集中不同地域多專家的裝配知識和經驗進行裝配規(guī)劃方案的協(xié)同決策。面向協(xié)同廣義裝配[34]通過確定裝配子任務編碼方法、裝配人員評價指數和制定協(xié)同裝配協(xié)議，以VRML為產品模型載體實現協(xié)同裝配系統(tǒng)。在裝配知識和規(guī)則的支撐下，支持局域網內多用戶實施產品預裝配、驗證零部件可裝配性，相關的裝配人員能夠協(xié)同討論裝配方案。Web環(huán)境下3D交互裝配可視化仿真結構是一個符合開放技術標準的可視化裝配系統(tǒng)[35]，它基于VRML-Java實現裝配場景的動態(tài)生成、裝配控制、碰撞檢測以及裝配過程的動畫回放等功能，目前完成了基于“堆疊”思路的裝配驗證方式。但該系統(tǒng)屬于單用戶系統(tǒng)，不能支持多用戶的實時協(xié)同裝配工作。

5結論與展望

CAAP的研究在理論上取得了一定的成果，在工業(yè)界也得到了一定的應用，但相對而言還很少，這說明該技術距離工業(yè)實用還存在較大差距。裝配規(guī)劃是一個經驗和知識密集型的工作，同時又與具體行業(yè)和產品有緊密的關系。經典裝配規(guī)劃方法的精確推理在保證序列的幾何可行性方面具有優(yōu)勢，而軟計算技術能夠將人的模糊知識融入規(guī)劃過程中，使得結果具有更好的工藝可行性，兩者的適當結合將有利于模仿人類裝配專家的實際裝配規(guī)劃過程，從而得到合理的裝配方案。

跨地域、跨國家的網絡化、協(xié)同化產品設計和制造新模式的形成使產品裝配成為一個需要協(xié)同工作和決策的問題。隨著虛擬現實技術和網絡技術的進一步發(fā)展，建立基于網絡的協(xié)同裝配決策平臺和虛擬環(huán)境，支持異地多人員協(xié)同裝配方案決策將是新形勢下裝配規(guī)劃研究的新趨勢。

參考文獻

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[3]牛新文,丁漢,熊有倫.計算機輔助裝配順序規(guī)劃研究綜述[J].中國機械工程,2001,12(12):1440~1443.

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關 鍵 詞：榫卯結構 數字化仿真 有束腰凳

一、前言

傳統(tǒng)榫卯工藝是傳統(tǒng)文化中的瑰寶[1]，在現代家具設計中迫切需要對其進行深入學習與研究。但是由于榫卯工藝結構復雜，在教學中此類物理教具制作困難，不能進行批量的機械化生產。并且內部榫卯結構不能通過物理教具直接觀察到，學習者不能直觀的理解其結構，這造成學習榫卯結構的過程非常困難[2]。針對榫卯工藝在研究過程中存在的此類問題，本文提出引入數字化設計中的新方法、新技術，將數字化仿真設計與榫卯工藝相結合，以“有束腰方凳”為例，進行虛擬仿真設計。利用仿真技術對榫卯結構進行數字化模型的構建，并利用虛擬裝配技術對其進行裝配和構建。這樣避免了物理教具的批量制造，降低教學成本，提升了教學效率，為榫卯結構的教學研究提供了一條新的思路，本文主要研究的是通過仿真模擬技術對傳統(tǒng)榫卯工藝進行研究及其數據庫的建立。

二、數字化仿真構建方法

1、數字化仿真技術含義

數字化仿真技術是以虛擬現實和仿真技術為基礎，對產品的設計過程統(tǒng)一建模，在計算機上實現產品從設計、加工和裝配、檢驗、整個生命周期的模擬和仿真。這樣可以在產品的設計階段就模擬出產品及其性能和制造過程，以此來優(yōu)化產品的設計質量和制造過程。與傳統(tǒng)的工業(yè)設計相比，數字化設計技術在設計方法、設計過程、設計質量和效率等各方面都發(fā)生了質的變化，數字化工業(yè)設計將主要包括數字化建模，數字化裝配，數字化評價，數字化制造，以及數字化信息交換等幾方面。

2、數字化仿真設計流程

在現實家具榫卯工藝研究的方法是：把已有的家具進行拆解，對拆解后的榫卯結構進行測量、記錄與學習。而在Pro/E系統(tǒng)中，學習研究榫卯結構的方法是：首先通過對榫卯家具進行拆解，并對其結構進行精細測量；然后通過數字化設計技術，并采用數字化樣機來代替原來的物理原型，在數字狀態(tài)下進行仿真分析，對原設計進行裝配重組。這樣不需要實物原型，就可以讓更多的設計人員在不同時間不同的地點在計算機上進行榫卯結構的學習和研究。

三、數字化仿真實例

首先是建模平臺的選取，考慮到數據格式的通用性、三維模型建設的便捷性，以及數據管理方式的先進性，最終選用了軟件Pro/E作為三維建模平臺。對結構件和零件用軟件Pro/E進行建模來更直觀的展示傳統(tǒng)結構，以此來系統(tǒng)闡述榫卯結構制圖和模型制作的現代工藝流程。由于凳子是明清家具中最基本的單品，其結構也是桌、案、幾等家具的本源。本文將具有榫卯結構的束腰凳進行拆解，并對拆解后的結構進行仿真模擬。

1、定義初步產品結構

在進行詳細設計之前要對產品進行初步結構分析：首先采用自頂向下設計方法規(guī)劃出束腰凳的整體造型結構關系，即產品結構包含了一系列的子裝配件，以及它們所繼承的設計意圖。產品結構由各層次裝配和元件清單組成，在定義設計意圖時，有許多子裝配是預先確定下來的：比如對本例束腰凳進行結構分析，可以看到本例凳子一共使用了攢邊打槽裝板、抱肩榫、格肩榫這三種榫卯裝配結構。

2、數字化樣機詳細設計

在明確了設計意圖并定義了“有束腰凳”產品基本結構和框架前提下，將圍繞設計意圖和基本框架展開零件和子裝配的詳細設計。首先是子裝配件的確定，通過對基本框架的研究分析得出產品共分為三個子裝配體：攢邊打槽裝板結構子裝配體、抱肩榫結構子裝配體、格肩榫子裝配體。當子裝配體確定下來，設計基準傳遞下去之后，可以進行單個的零件設計。

2.1凳面榫卯結構仿真

從拆解圖二可以看出，凳面采用的是攢邊打槽裝板連接方式。我們將攢邊打槽裝板連接方式定義為子裝配件，在子裝配件下進行板心及邊框的詳細設計。趲邊打槽裝板的裝配結構是首先將板心裝納在四根邊框之中，然后將裝板的邊框裝配起來[3]。這種裝配結構的優(yōu)點在于邊框伸縮性不大，使得整個家具的結構不至由于面板的脹縮而受影響，起到了穩(wěn)定堅實的作用。

趲邊打槽裝板裝配結構定義完之后開始進行零部件的詳細設計，由圖四可以看出此裝配零部件由凳面的帶榫頭的兩根大邊和兩條帶榫眼的抹頭組成。這四根木框兩根長而出榫的叫“大邊”，兩根短而鑿眼的叫“抹頭”。經過以上分析，在Pro/E環(huán)境中建立這四根帶有榫卯結構的木框零部件。

2.2腿足的抱肩榫結構仿真

從圖三可以看出，凳面與腿足及其束腰采用的是抱肩榫連接方式，將抱肩榫連接方式定義為子裝配件，抱肩榫是束腰家具的腿足與束腰、牙條相結合時使用的榫卯結構。首先通過測繪獲得各種數據為基礎，在獲得詳細的數據基礎上，通過三維仿真建模技術，對抱肩榫結構進行子裝配件的建立。之后在子裝配件下進行牙條與腿足的詳細設計。通過對三維仿真模型的拆解可以看出來，抱肩榫子裝配件的詳細結構是在腿足上挖出肩，將牙條插掛在上面來固定四方的框架。同時掛銷進一步定位橫材和豎材，將面受到的壓力均勻傳遞到四足上，腿足上端的長短榫通過抹頭的插接固定了承重面。

2.3.腳檔的格肩榫模型仿真

通過下圖對束腰凳的拆解可以看出，數字化模型中腳檔與腿足的連接方式為格肩榫，將格肩榫裝配方式定義為子裝配體，然后分析其詳細零部件。本實例束腰凳的腿足是方形豎材，此家具用的是大格肩榫結構，肩部為尖角，格肩部分和長方形的陽榫貼實在一起的，為不帶夾皮的格肩榫，又叫“實肩”。詳細零部件構成為：格肩榫榫頭在中間，兩邊為榫肩，格肩部分和長方形的陽榫貼實在一起的，為不帶夾皮的格肩榫，又叫“實肩”。 齊頭碰在形式上有透榫。

3、數字化樣機虛擬裝配

假如在榫卯結構的物理教具裝配演示過程中，需要將裝配的各個零部件拿到裝配現場進行裝配[4]。而在Pro/E虛擬系統(tǒng)中，只需要在計算機屏幕上裝配零部件，查看和分析零件的配合情況，這樣可減少對物理樣機的依賴。

具體的虛擬裝配的方法是：首先是裝配建模體系結構的建立，根據有束腰凳裝配給定的功能要求和設計約束，先確定產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約束關系。然后再把束腰凳分解成若干個零部件，在總體裝配關系的約束下，同步根據裝配關系對這些零部件進行設計。

其次是裝配體層次關系的定義，束腰凳的裝配體分解成不同層次的子裝配體，子裝配體又可分解成若干子裝配體和各個零件。通常將零件、子裝配體、裝配體之間的這種層次關系直觀地表示成裝配樹，樹的根節(jié)點是裝配體，子節(jié)點是組成裝配體的各個零件，中間節(jié)點則是子裝配體。裝配樹的的關系體現了實際形成裝配體的裝配順序，同時也表達了裝配體、子裝配體及零件之間的父、子從屬關系。圖6是有束腰凳的仿真裝配結果。

四、 結語

傳統(tǒng)榫卯結構是我國寶貴的傳統(tǒng)工藝非物質文化遺產，同時明式家具榫卯結構工藝也是當今學習榫卯結構的難點，所以有必要對傳統(tǒng)榫卯結構進行三維數字模型的仿真研究，使學習和掌握榫卯結構的過程更快捷。通過三維模型的仿真研究和實踐，探索出一套學習榫卯工藝的學習方法，為當今家具設計提供有益的參考，同時也促進了明式家具的深入研究，有助于傳統(tǒng)文化的廣泛傳播和發(fā)展。

本文為天津市高等學校人文社會科學研究一般項目資助 課題號：20112303

參考文獻

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篇3

關鍵詞：虛擬制造技術；現代機械工程設計；機械制造；機械產品；機械設計

文獻標識碼：A中圖分類號：TH166文章編號：1009-2374（2016）05-0073-02

作者簡介：伊紀斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學國防教育學院學生，研究方向：機械設計

隨著知識經濟和工業(yè)制造的快速發(fā)展，現代化的市場要求產品生產廠商要以最快的速度、最優(yōu)的品質、最短的研發(fā)時間、最低的成本消耗和最佳的服務來滿足顧客的需求。傳統(tǒng)設計一般是在圖紙結合產品的特性和設計的具體要求進行的，在機械設計的過程中需要提前對設計中的設備裝配的干擾因素的不確定進行考慮，但是產品在裝配中的缺陷只有在產品開發(fā)的后期才能暴露出來或者在產品的試制階段和裝配中顯現出來。如果設計的零件已經開始投入生產了，那么損失就更加嚴重了。產品的質量在傳統(tǒng)的設計和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統(tǒng)設計的工藝比較粗糙、開發(fā)的效率低、花費時間比較長、耗費的資金比較大。在變化速度快、持續(xù)性發(fā)展和不可預測性市場中難以適應。因此，企業(yè)的生產活動需要具備高度的柔性和快速的反應，與此同時信息技術的飛速發(fā)展保證了機械制造的先進性，信息化的使用對于現代機械工程設計十分重要。

1虛擬機械制造技術

以往傳統(tǒng)的機械設計技術的設備條件比較差，設計技術性不強，傳統(tǒng)的設計觀念比較保守，設計的手段主要依靠的是粗略的計算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設中完成機械工程的設計，傳統(tǒng)設計具有較大的隨意性，并且設計的關鍵過程還對設計者的經驗和設計習慣具有很大的依賴性。設計的過程很難實現合理、高效和準確。但是在現代化虛擬設計的相關技術可以很好地實現設計經驗依賴性強、設計過程靜態(tài)性和設計理念隨意性向現代化設計精確性、以數據知識工程和專家系統(tǒng)為保證的設計方式的發(fā)展，虛擬計算機技術需要對必要的信息進行檢索、分析和收集。最終找出最優(yōu)的設計方案和數值運算的方式，當然也會對CAD技術和人工智能技術、數據庫技術等進行大量的應用。虛擬機械制造技術主要是在虛擬環(huán)境下對計算機的模型進行虛擬分析的一種計算機設計技術。該技術集成并綜合應用了綜合性的機械制造環(huán)境，主要包括了各種仿真、分析、應用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經歷的主要階段有裝配產品的概念設計、動態(tài)仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術，機械設計人員不需要將所有的零件設備生產制造出來，可以通過對零件模型的建立，隨后對零件進行虛擬裝配，并對各零件部位之間的裝配間隙進行干涉、對裝配的狀態(tài)實現檢查，對零件設計中的錯誤及時發(fā)現，如果零件不符合設計要求，可以依靠計算機技術方便及時更改模型，最后形成新的零部件設計圖和裝配圖，達到設計、裝配和制造檢驗的協(xié)調。

2虛擬制造技術的關鍵

虛擬制造技術包含了許多方面，主要有設計技術的提出、產品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎結構、建模仿真等。下面就對虛擬制造技術中的關鍵技術進行詳細的介紹：

2.1虛擬技術中的建模技術

虛擬指的是在系統(tǒng)中將現實制造系統(tǒng)映射到虛擬環(huán)境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計算機化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內容有生產模型建立、產品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結構的建立。生產模型中有靜態(tài)描述和動態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關于對系統(tǒng)生產能力和生產特性。動態(tài)描述是在已經被得知的系統(tǒng)狀態(tài)和需求的性質上對產品的整個過程進行全面的預測。在制造過程中我們將種種實體對象總的稱之為產品模型。在產品的模型建立中需要對產品的明細、形狀特征等方面進行描述。對于VMS而言，要實現產品實施過程的全部繼承必須具備完整的產品模型。因此在虛擬制造中的產品模型不再是單一和靜止的，它可以運用抽象的技術實現各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產品的工藝參數和關于產品功能的各種因素進行聯系，最終實現對產品模型和生產模型之間相互作用的反映。

2.2虛擬制造技術中的仿真技術

仿真指的是通過計算機實現復雜現實系統(tǒng)的抽象化和簡潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎上對模型進行應用，最終得到相應的系統(tǒng)性性能分析。仿真主要以系統(tǒng)模型為主體的研究方法，它對實際的生產系統(tǒng)沒有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對計算機的計算能力進行應用，實現在短時間內完成在實際工作中需要很長時間的工作，有效縮短了生產決策的時間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費。計算機技術還有很好的仿真修復功能，最大化地保證了方案的最優(yōu)。仿真技術過程的主要步驟有系統(tǒng)研究、數據收集、系統(tǒng)模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計算、仿真模型的運行、結果的輸出和分析。仿真在產品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統(tǒng)產品的開發(fā)中主要涉及的是產品建模、設計交互行為仿真等。方便對設計結果的評價，及時進行反饋，降低產品設計中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨立的，兩者不能實現集成，而VM中應建立全面過程的統(tǒng)一仿真。

2.3虛擬制造中的虛擬現實技術

虛擬現實技術的目的是改善計算機的交互方式，提高計算機的可操作性，它是在對計算機圖形系統(tǒng)和多種顯示以及控制等接口設備的基礎上，以交互的三維環(huán)境為人提供沉浸體驗的技術。虛擬現實技術主要由圖形系統(tǒng)和多種接口設備組成，使人在虛擬環(huán)境中感受到真實的沉浸感覺，交互性計算機系統(tǒng)是虛擬現實系統(tǒng)的基礎。虛擬現實系統(tǒng)中有操作者、機器和人機接口。它幫助提升人和計算機間的和諧度，同時也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實現對真實世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達到身臨其境的沉浸感覺。VM的關鍵技術之一就是虛擬現實技術。

3機械虛擬樣機技術介紹

虛擬樣機技術在機械工程設計中被稱作機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術，它是20世紀80年代在計算機技術的快速發(fā)展中發(fā)展起來的一種計算機輔助技術。在計算機建立樣機模型后，對模型的多種動態(tài)性能進行具體的分析，最后對樣機方案實現改進。用數字化模型代替物理性的樣機。通過虛擬樣機技術的作用，簡化了機械產品的設計開發(fā)過程，有效縮短產品開發(fā)的時間，最大程度降低產品的開發(fā)成本和費用，實現產品質量和系統(tǒng)性能的提升，使設計產品實現最優(yōu)化和最具創(chuàng)新性。綜合以上優(yōu)勢，該技術一經出現就受到了眾多工業(yè)發(fā)達和高等院校及設計和生產企業(yè)的重視，許多著名的產品開發(fā)設計者都對該技術進行了引入并運用在自身產品的開發(fā)中，并且取得了極好的經濟和生產效益。在機械工程設計

中應用仿真技術對零件進行設計、生產工序等方面的選用以及工藝參數、加工工藝、裝配工藝等構件的運動性等均可以實現建模仿真。

4虛擬制造技術在機械工程中發(fā)揮的優(yōu)勢

4.1強大的通用性和分析處理復雜問題的能力

虛擬樣機技術建立和發(fā)展的基礎是分析力學和多體運動力學，該技術的關鍵是對復雜機械系統(tǒng)進行自動建模。因此，大多數的虛擬樣機技術軟件主要運用的是帶約束乘子的微分代數混合方程。令每個構件都有六個自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進行限制，實現其具有良好的通用性，達到適用性強的目的。與此同時，虛擬樣機技術還對機械系統(tǒng)的詳細環(huán)節(jié)進行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。

4.2為機械系統(tǒng)建模帶來便利

傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)建模中要先建立運動分析，隨后在運動分析的基礎上進行動力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導。但是圖形的分析和公式的推導過程往往比較復雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設計人員只需要將機械的構成方式和連接方法以及相應的物理參數實施輸入，其后的建模和求解只需要計算來完成就可以了，極大地幫助設計人員承擔了許多的設計難度。

4.3強大的后期處理能力

在傳統(tǒng)的分析方法上通常得出的是大量的數據，數據的理解還要依靠豐富的經驗和理論。但是運用虛擬樣機計算軟件為復雜性的數據提供了可視化技術，使得設計人員直觀地看到機械設計的性能和運動效果。

5結語

虛擬制造技術實現了現代工程機械工程設計領域中的設計、試制等一系列過程的直觀性。實現了在產品真正制造出來前，可以在虛擬的制造環(huán)境中生成產品的原型，更好地替代現實中的硬件產品，更方便地對設計產品的性能和可生產性進行評估，極大地縮短了產品的設計和生產周期，最大化地節(jié)約了產品開發(fā)的成本，保證產品的開發(fā)和設計可以適應市場的靈活性的變化。虛擬制造技術是現實技術和計算機仿真技術在機械制造中的綜合應用。在現代化計算機虛擬設計技術的幫助下實現對眾多產品的開發(fā)和設計，不僅不會造成實際物質的浪費，并且還能更直觀地了解產品生產的具體情況，打開了機械制造和設計的全新局面。

參考文獻

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篇4

關鍵詞：玉米青貯機；三維模型；失效分析；改進設計

引言

隨著現代畜牧業(yè)的發(fā)展，我國青貯飼收獲機械的研發(fā)與設計不斷涌現，而關鍵技術及零部件的研發(fā)起步較晚，國內的玉米收獲機研發(fā)處于初級階段，本文針對設計樣機在試驗過程中割臺傳動系統(tǒng)出現的花鍵軸扭曲故障而導致整機運行試驗失敗提出的問題。（如圖1）

1.模型的構建

利用三維建模軟件UG建立玉米青貯機割臺轉動系統(tǒng)簡化模型（如圖2、3）。

上圖中的花鍵軸（如圖4）的動力是由萬向節(jié)傳遞的，正是此矩形花鍵軸發(fā)生過載扭曲現象，造成試驗過程失敗。

2.機構的數據模型建立

為了計算鋸盤所受載荷的大小及分布的原理，試驗過程中，測量出玉米種植的行距及株距。實測以種植的平均株距為160mm，行距為720mm計。根據玉米青貯機的基本參數可知，在運行過程中理想狀態(tài)下可對5行植株進行收獲（如圖5、6）。

根據圖6知，鋸盤的受力為脈沖型的，假定玉米收獲機的工作行走速度為V0，則植株1的沿著攪龍的速度可分解為豎直向下的速度VY，和水平向左的速度VX，則根據力的合成與分解原理即：

分析可得到，植株1、3、5同時到達直至秸稈被割斷，植株2、4同時被切割，則鋸盤的受到兩個脈沖力的作用。假設玉米秸稈被鋸盤截斷需要隨鋸盤運動的位移為S，由余玄定理 ：

則

：為刀盤轉過的角度

W：為刀盤的角速度

R：為刀盤的半徑

查閱資料知玉米秸稈的莖葉連接力、葉鞘的抗拉特性和莖稈、葉鞘的抗沖擊特性結果，得到了玉米秸稈的固有力學特性：莖葉連接力為0.7～16N，葉鞘抗拉力為3～21N，莖稈抗沖擊能量為20.3～42.8J。根據實際工作情況，取轉速n=2400rad/s，工作行走速度V=2m/s，相對截斷位移S=100mm進行比對。

若取莖稈的平均抗沖擊能量為30J，則單個植株脈沖力可得：

脈沖力 = （其中鋸盤的半徑R>>S，則此時運動弧長L≈S）

由于波輪工作的復雜性，如圖7所示，當波輪過載荷時齒輪與上下摩擦片打滑時傳動軸承受的是最大扭矩，且其是根據碟簧上螺母的擰緊程度所決定的，故設波輪所受的最大靜載荷為 。

代入工作參數可得：

脈沖的周期

脈沖間隔

脈沖力持續(xù)時間

可知脈沖力時間間隔、脈沖力持續(xù)時間都較短，由刀盤及波輪轉速之比為30，可得波輪旋轉一圈需0.075s，且隨著工作行走速度的增加，會發(fā)生脈沖力的疊加。UG加載的函數中能確切表達的公式為：

F（t）= +

其中V0是工作行走速度，F為單個植株脈沖力300N，F0為波輪打滑的最大載荷，（由螺母決定，假定F0=1000N）?？蓪⒚}沖分段函數近視看作正弦函數圖（如圖8、9）。

3.關鍵部件的力學分析及仿真結果

在UG系統(tǒng)中動力學仿真模塊定義連桿機構，選擇有相對運動的部件，運動的部件整體定義為一個連桿，定義桿件間的運動副，并為其賦齒輪副的參數（如圖10）。

由上圖可知，隨著玉米青貯飼料收獲機工作行走速度的增大，單位時間內的脈沖次數也隨之增加，且脈沖力也隨之增加。

當玉米青貯飼料收獲機工作行走速度為8m/s時，利用Ansys對矩形花鍵軸加載荷，得到切應力的云圖及花鍵軸的總變形云圖（如圖14、15）。

由上圖可以看出，矩形花鍵軸的最大變形量為2.2024mm，花鍵軸的最大扭轉切應力分布在齒根的附近，這是由于矩形花鍵的側面的應力集中所致，與實際工作中的過載情況符合，得到割臺部件載荷過大，矩形花鍵軸發(fā)生扭轉變形。

4.改進后的力學分析

試驗中增加調節(jié)安全離合器，設置調節(jié)安全離合器的最大扭矩防止傳動軸過載荷，根據玉米青貯飼料收獲機的工作最大行走速度V=8m/s，將花鍵軸所受的最大載荷力矩1425500N?mm為安全離合器的最大離合扭矩，利用Ansys給矩形花鍵軸加載荷，得到切應力的云圖及花鍵軸的應變云圖（如圖16、17）。

由上圖可見，花鍵軸承受的最大切應力為834.36MPa，最大扭轉距離為0.079286mm。安全離合器動作足以保證傳動軸過載荷。

5.結束語

本文利用UG軟件的model模塊獲得三維模型數據；并通過基于VR技術的虛擬裝配平臺對其模型的可裝配性加以驗證，得到精確合理的零部件三維模型。

進而簡化割臺部件傳動系統(tǒng)的模型，應用理論力學、物理知識計算分析了刀盤所受的力可近視看作為正弦脈沖力并得出隨時間變化的等效載荷公式；得出花鍵軸所需承受的最大載荷與玉米青貯收獲機工作行走速度間的關系，分別得出不同速度花鍵軸所需承受的最大載荷圖。

根據材料力學及花鍵軸的尺寸參數計算出花鍵軸的屈服強度，進行結果比較。最后，得出花鍵軸較容易過載的結論，并提出了加裝超越離合器的方案，加以分析得到花鍵軸接近最大載荷時超越離合器的扭矩值。

加以驗證，符合實際工作情況，解決了傳動系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。

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篇5

隨著電子、機械等工業(yè)技術的飛速發(fā)展和生產商對加工精度要求的不斷提高，產品的固有可靠性逐步提高。然而，無論產品的固有可靠性提高到哪種程度，都不可能達到百分之百，隨著貯存、運輸和使用等時間上的積累，產品總會有發(fā)生故障的時候。一旦產品發(fā)生故障，必須有方便快捷、經濟實惠的維修手段以恢復產品的性能。因此，維修是否快速有效將直接關系到使用者的經濟利益。產品的維修可達性將直接影響維修活動工作量的大小，改善產品的維修可達性將極大的提高產品的系統(tǒng)效能，同時節(jié)省產品的壽命周期費用。由于產品的維修可達性是產品本身固有的質量特性，因此解決維修可達性問題必須從設計人手。

隨著計算機信息科學的飛速發(fā)展，尤其是本世紀在計算機圖形學技術、高性能圖形系統(tǒng)和虛擬現實方面的誕生了不少的研究成果，維修過程在獲得實物樣機或原型機之前就可以開始進行。產品設計和開發(fā)的模式也隨之發(fā)生了變化。DELMIA、Jack等計算機輔助設計軟件和技術的廣泛應用，可以輔助設計人員完成包含數字樣機、虛擬維修人員和虛擬維修工具的虛擬維修操作流程仿真。在設計階段即開展對設計方案和設計布局的數字仿真，可以避免實物原型的制作，節(jié)約了從設計到定型的時間，提高了設計效率，從而降低了開發(fā)成本；前期開展的虛擬維修工程評價工作，在一定程度上優(yōu)化了設計方案和設計布局，因此可以避免不合理的設計，減少給后續(xù)維修工作造成的不便。

維修操作空間定量評價方法

維修是一種需要人參與的活動，適當的維修空間將提高維修效率和維修人員的舒適程度。這一節(jié)的主要內容是確定適當的維修操作空間的大小。

在設計產品時，適當的操作空間的具體尺寸需要依據維修人員的身體尺寸和操作姿態(tài)來確定。因此維修操作空間應考慮維修人員的影響因素，如實體可達性。人的上肢可以接觸到的空間范圍分為最佳范圍、正常范圍和最大范圍。人體上肢的作業(yè)范圍是一個三維空間，維修人員的最大操作空間和舒適度隨著操作高度、手臂延伸線與人體中線的夾角角度的改變而發(fā)生變化。為了便于分析人體上肢的操作范圍，建立數學模型描述人體各部分的尺寸和相對位置。

軟件工具設計和案例探究

CATIA是法達索公司（Dassault Systemes）與IBM公司（International Business Machines Corporation國際商業(yè)機器公司）聯合開發(fā)的一款CAD/CAE/CAM軟件，主要為客戶提品外形設計、機械零件設計、配合結構設計、組裝、數控加工等功能，并提供大量的標準尺寸零件模型，使得企業(yè)可以縮短開發(fā)周期，快速迭代設計方案，對市場需求做出敏捷的反應。CATIA是目前應用最廣泛數字樣機設計開發(fā)軟件之一，應用范圍涵蓋等航空航天、建筑、船舶、汽車、鐵路等多個領域。DELMIA（Digital Enterprise Lean Manufacturing Interaction Application）是法國達索（Dassault Systemes）公司生產的一款數字化企業(yè)的互動制造應用軟件，是PLM（Product Life Management）系列產品之一。該軟件與CATIA互為補充，呈現上下游關系，共同貫穿產品的設計周期。利用CATIA制作數字樣機后，可在DELMIA中進行物流過程分析、維修、裝配、工藝規(guī)劃、與機器人配合等多種功能的虛擬演示和模擬，是一個面向設計、制造、維護、人機過程的“數字化工廠”仿真平臺。便于用戶檢查設計方案的缺陷和漏洞，及時更改設計方案，降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)時間，實現快速上市的目的。DELMIA中含有一個Human Task Simulation模塊，包含虛擬人模型、人體動作模型、維修工具等內容，用于模擬人機交互過程，實現虛擬維修、虛擬拆卸、虛擬裝配等功能，也是本研究中重點使用的模塊，包含本研究中所需要的大部分數據。本研究基于CATIA與DELMIA現有的軟件功能和數據庫進行二次開發(fā)，研究目標是在客戶已經完成產品設計和數字樣機的制作的情況下，根據已制作好的虛擬維修仿真動畫，針對產品的維修操作空間的完成定量評估。

軟件的二次開發(fā)是在現有軟件產品的基礎上，對軟件功能進行延伸和擴展，或實現和其他軟件的對接并實現數據的交換和傳輸。二次開發(fā)一般針對某一類特定的用戶，通過添加更個性化、專業(yè)化的功能和模塊，使得軟件功能更具有針對性，用戶的需求得以實現，工作效率得以提高。DELMIA為不開源的軟件，為實現二次開發(fā)必須利用軟件開發(fā)商為用戶專門準備的二次開發(fā)接口。為靈活地滿足不同客戶的需要，DELMIA提供了多種二次開發(fā)的接口：一是CAD格式接口，方便客戶加載在CAD環(huán)境下設計的數字樣機，實現模型結構、尺寸、顏色渲染等數據的導入導出；二是知識工程，這是DELMIA的一個專門模塊，知識工程利用參數化定義的方法對人體模型和基礎動作單元進行了建模，建立一個標準模型庫，用戶可以通過關鍵參數調用標準模型庫中的模塊，從而實現快速建模，完成設計任務；三是采用自動化對象編程的接口Automation API（Application Programming Interface），能夠實現宏指令的編寫，或利用宏與VB開發(fā)語言（Visual Basic）相結合編寫簡易程序；四是開放的基于構件的應用編程接口CAA（Component Application Architecture，應用組件架構），這是DELMIA的一套C++函數庫，這一接口主要用于與C++開發(fā)語言鏈接，方便客戶使用C++編寫所需程序，用戶可通過快速應用研發(fā)環(huán)境RADE（Rapid Application Development Environment）和不同的API（Application Programming Interface）接口完成從DELMIA數據庫中調取數據到C++程序中的過程。

該案例為針對拆卸某型號大型客機APU上六角螺母的維修空間定量評估。目的是利用所提出的方法和開發(fā)的軟件工具，對維修操作空間進行定量評價，以展示方法的靈活性和有效性以及軟件的可用性和可靠性。該大型客機APU的虛擬維修操作動畫截圖如圖1所示。該大型客機APU上有12顆六角螺母，選取123號螺母作為典型案例，三顆螺母的位置如圖2所示。

這三顆螺母中，顯然3號周圍的障礙物少，對扳手的使用影響較少，同時位置較低，距離肩膀較近，手臂只需微微向上伸出即可接觸到，因而上肢舒適度較高。該螺母周圍的空間無需定量評估，定性評估即可確定等級為優(yōu)秀。1號螺母雖然位置很高，但是周圍的障礙物少，手部可達到1200旋轉。2號螺母位置較高且周圍障礙物較多，維修人員手部只能達到600旋轉。本案例中選取2號螺母進行分析。

第一步打開程序，連接虛擬環(huán)境，選定虛擬人并連接。第二步選定關鍵幀，抓取扳手之后，選取手部攜工具接近、旋轉卸下六角螺母、手部攜工具離開這三幀內容。第三步系統(tǒng)提示選取第一幀的維修活動單元類型，為平移，此時軟件自動計算第一幀的掃掠舒適度PV、上肢舒適度r和該幀總舒適度s，x=0，y=0，z=1，但不在界面中顯示。第四步系統(tǒng)提示選取第二幀的維修活動單元類型，為旋轉，如圖3所示，此后軟件自動計算第一幀的掃掠舒適度Pv、上肢舒適度r和該幀總舒適度s，x=0，y=1，z=1，但不在界面中顯示。第五步系統(tǒng)提示選取第三幀的維修活動單元類型，為平移，此時軟件自動計算第三幀的掃掠舒適度Pv、上肢舒適度r和該幀總舒適度s，x=0，y=1，z=2，但不在界面中顯示。第六步系統(tǒng)自動根據已有的x、y、z，計算s的評價標準，（0.8x+0.75y+0.9z）為優(yōu)秀閾值，（0 5x+0.25y+0.7z）為差閾值，該部分不在界面中顯示。第七步系統(tǒng)輸出三幀中每一幀的s值，并與s的優(yōu)秀閾值和差閾值比較，給出空間評價結論。該案例中具體數據截圖如圖4所示。得出結論該部分操作空間維修性差，必須加以改進。

本文以維修操作空間為研究對象，在前人基于掃掠體積的維修操作空間的定量評價方法的理論基礎上，對與維修操作空間相近的概念進行學習和研究，參考作業(yè)空間的評價方法，在維修操作空間的定量評估中加入針對上肢舒適度的評判標準。在熟練掌握DELMIA使用方法的基礎上，對其進行二次開發(fā)，基于前述原理完成軟件工具設計，并取得了現。利用某型號大型客機APU對該原理及軟件工具進行了實例驗證，證實了該方法的可行性和該軟件的實用性。