基于pro-engineer系统的虚拟装配技术应用研究

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1、基于Pro/ENGINEER系统的虚拟装配技术应用研究

2、第11引言近年来，世界机械制造业市场的竞争日趋激烈，为了适应变化迅速的市场需求，产品研制周期、质量、成本、服务成为每一个现代企业必须面对的问题。近20年来的实践证明，将信息技术应用于新产品研制以及实施途径的改造，是现代化企业生存、发展的必由之路。同时，先进的产品研制方法、手段以及实施途径，实际上是产品研制质量、成本、设计周期等方面最有利的保证。以波音公司为例，在数字化代表产品--波音777的展示中，不像以往那样重点宣传新型飞机本身性能如何优越，而是强调他们如何充分利用数字化研制技术以及产品研发人员的

3、重新编队等方面。波音777飞机项目顺利完成的关键是依赖三维数字化设计与集成产品开发团队IPT（IntegratedProductDevelopmentTeam）（238个Team）的有效实施，保证了飞机设计、装配、测试以及试飞均在计算机上完成。研制周期从过去的8年时间缩减到5年，其中虚拟装配的工程设计思想在研制过程中发挥了巨大的作用。“虚拟装配”（VirtualAssembly）是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。通常有2种定义：(1)虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产品设计合理

4、性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型重新进行定位、分析过程。(2)虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。本文结合焊接小车研制的特点，给出如下的定义：虚拟装配是在计算机上完成产品零部件的实体造型，并且进行计算机装配、干涉分析等多次协调的设计过程，实现产品的三维设计过程与零部件装配过程的高度统一。虚拟装配技术在机械设计的应用研究中，是一种全新的设计概念，它为产品的研制提供了一种新的设计方法与实施途径，它的成功依赖于对产品总体设计进程的控制。同

5、时，产品的零部件模型数据的合理流动与彼此共享是实现虚拟装配技术的基础。虚拟装配包括设计过程、过程控制和装配仿真三部分。2虚拟装配基本设计思想及内涵2.1以设计为中心的虚拟装配以设计为中心的虚拟装配（Design-CenteredVirtualAssembly）是指在产品三维数字化定义应用于产品研制过程中，结合产品研制的具体情况，突出以设计为核心的应用思想，这表现在以下三个层次，如图1所示。图1虚拟装配层次图2.1.1面向装配的设计（DFA）　即在设计初期把产品设计过程与制造装配过程有机结合，从设计的角度来保证产品的可装配性。引入面向产品装配过程的设计思想

6、，使设计的产品具有良好的结构，能高效地进行物理装配，能在产品研制初期使设计部门与制造部门之间更有效地协同工作。2.1.2自顶向下（Top-dobly）主要包含以下两方面内容。2.2.1实现对产品总体设计进程的控制　在产品数字化定义过程中，结合产品研制特点，人为地将虚拟装配技术应用于产品设计过程，该过程可以划分为三个阶段：总体设计阶段、装配设计阶段和详细设计阶段。通过对三个设计阶段的控制，实现对产品总体设计进程的控制，以及虚拟装配设计流程。（1）总体设计阶段。总体设计阶段是产品研制的初期阶段，在此阶段进行产品初步的总体布局，主要包括：建立主模型（Maste

7、rModel）空间；进行产品初步的结构、系统总体布局。（2）装配设计阶段。装配设计阶段为产品研制的主要阶段，在此阶段产品三维实体模型设计已经基本完成，主要包括：产品模型空间分配（装配区域、装配层次的划分）；具体模型定义（建立几何约束关系、三维实体模型等）以及应力控制。（3）详细设计阶段。详细设计阶段为产品研制的完善阶段，在此阶段完成产品三维实体模型的最终设计，主要包括：完成产品三维实体模型的最终设计，进行产品模型的计算机装配，进行全机干涉检查。2.2.2过程控制管理过程模型包含了产品开发的过程描述、过程内部相互关系和过程间的协作等方面内容。通过对过程模型

8、的有效管理，实现对工程研制过程中各种产品设计结果和加工工艺等产品相关信息的管理，从而实现优化产品开发过程的目的。2.3仿真为中心的虚拟装配以仿真为中心的虚拟装配（Simulate-CenteredVirtualAssembly）是在产品装配设计模型中，融入仿真技术，并以此来评估和优化装配过程。其主要目标是评价产品的可装配性。2.3.1优化装配过程　目的是使产品能适应当地具体情况，合理划分成装配单元，使装配单元能并行地进行装配。2.3.2可装配性评价　主要是评价产品装配的相对难易程度，计算装配费用，并以此决定产品设计是否需要修改。