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    三維虛擬工業裝配在未來工業發展前景

    隨著世界大生產的發展和全球一體化的加速,制造業的競爭越發的激烈。能否快速適應市場需求,提高核心競爭力成為一個企業生死存亡的

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            隨著世界大生產的發展和全球一體化的加速,制造業的競爭越發的激烈。能否快速適應市場需求,提高核心競爭力成為一個企業生死存亡的關鍵。因此,企業必須解決好TQCSEF難題。所謂的TQCSEF問題就是用最短的產品開發時間周期,開發出質量最好、成本最低的產品,同時企業及產品還應該有最優的服務、最好的環保效果和快速的市場適應能力來滿足顧客需求。
         在產品的生命周期中,裝配是個重要的環節。裝配工藝的好壞,對產品的制造周期和最終的生產質量有著極大的影響。據相關資料,設計過程用決定產品加工費用的70%-80%,其中裝配費用占到總的加工費用的40%-50%。但目前的裝配工藝設計手段仍然比較落后,大部分企業依舊依靠技術經驗豐富的設計師、工藝師完成裝配工藝設計。這種設計方式,設計周期長、受設計者的知識局限性和主觀性影響較大,尤其是復雜產品不支持工藝的優化求解,難以獲得最優的裝配工藝。產品裝配方案好壞很大程度上取決于工藝人員的裝配知識和經驗,由于各人能力與水平不盡相同,導致手工生成的裝配規劃具有不確定因素,影響了裝配工藝的規范化。另外,隨著高速加工技術的發展、數控機床的廣泛應用,使得加工效率和加工精度不斷提高。裝配和其在產品生命周期中的重要地位越來越不相稱,并演變成了產品制造中的一個瓶頸,裝配技術的提高已經迫在眉睫。
     
    國外發展現狀
     
         由華盛頓州立大學和美國國家標準研究所NIST聯合開發的VADE系統是基于虛擬環境的工程應用,它允許工藝人員規劃、評估、驗證機械系統的裝配工藝。
     
         Hari Srinivasan等在同一個拆卸框架下設計了多個模塊,用于選擇適當的拆卸方法、生成最優的拆卸序列、評定拆卸序列和提供修改建議。
     
         N. Shyamsundar和Rajit Gadh研究了基于網絡的協同虛擬裝配系統,提出一種新的幾何體表示方法-AREP(裝配體表示方法),AREP包含4類信息(1)有向圖,表示裝配體的層次關系,(2)關系圖,(3)裝配層次信息以及(4)與單個裝配部件相關的信息。并且采用AREP方法實現了虛擬裝配系統cPAD,該系統可以實現基于網絡的協同裝配設計。
     
         Bob K.等在20世紀90年代中期建立了一個用于裝配規劃與評價的系統IVY( inventor virtual assembly)。IVY旨在解決先前的自動化裝配規劃系統。在該系統中,可以直接使用幾何模型以及分層的裝配數據進行裝配規劃與評價,設計者使用虛擬環境設備如頭盔顯示器和六自由度跟蹤設備等與系統進行交互,當設計者在CAD軟件中設計新的零件時,IVY就可以用來交互地進行零件可裝配性驗證與評價。
     
         Gadh.R等提出一種虛擬裝配系統。利用該系統可以實現用幾種拆卸方法對產品的可拆卸性進行分析以及對產品的易拆卸性、拆卸順序及拆卸和維護成本進行評估。
     
         Drews.P研究和設計了“虛擬工作臺”,工藝員可以在虛擬現實技術構建的工作臺上,借助各種虛擬外設,對產品的裝配進行分析。
     
    國內發展現狀
     
         國內對虛擬裝配系統的研究主要集中在浙江大學CAD&CG國家重點實驗室,華中科技大學、清華大學、北京理工大學、北京航空航天大學以及上海交通大學等,并取得了不俗的成績。
     
         浙江大學CAD&CG國家重點實驗室的萬華根等開發出一個叫做VDVAS的虛擬裝配集成系統,利用該系統,設計人員可以通過三維操作對零件進行交互拆裝,由此形成零件的裝配順序和裝配軌跡等信息。
     
         清華大學的自動化系CIMS中心的曾理等在PRO-ENGINEER的基礎上開發出VASS(Virtual Assembly Supported System)的虛擬裝配支持系統,該系統實現了裝配工藝的半自動化工藝規劃。
     
         華中科技大學的管強等人開發了人機協同裝配綜合規劃系統VirDFA,利用該系統可以對裝配序列和路徑進行裝配復雜度和裝配成本進行定量分析,以產生最優裝配方案。
     
    商業化虛擬裝配系統發展現狀
     
         隨著虛擬裝配技術的發展,出現了許多虛擬裝配仿真系統,其中DELMIA解決方案和Tecnomatix解決方案已經得到了廣泛應用。
     
         DELMIA解決方案
     
         DELMIA是Dassault Systemes(達索系統公司)旗下的品牌,DELMIA是由整合Deneb,Delta和Safework三家軟件公司的解決方案而組成的e-Manufacturing解決方案。DELMIA名稱取自DIGITAL ENTERPRISE LEAN MANUFACTURING INTERACTIVE APPLICATION,寓意數字企業精益制造交互式應用,提供以生產工藝過程為中心的最全面的數字制造方式與解決方案??扇鏉M足制造業中按訂單生產和精益生產等分布式敏捷制造系統的數字工業仿真需求。DELMIA主要依靠DELMIA DPM模塊實現虛擬裝配。
     
         DELMIA DPM裝配流程規劃器使流程規劃人員能夠將來自工程物料清單的零件分配到流程計劃中要求的位置,然后依次創建那些在這個位置中連接起來的零件的制造裝配件。這些制造裝配件成為某一位置的輸出,然后與其它零件或裝配件一起,作為另一位置的輸出進行使用??梢允謩踊蛘咄ㄟ^自動分配助手功能來分配零件、裝配件或緊固件。另外,DPM 裝配流程規劃器通過確定已經分配哪些裝配件到線上的工作站以及還沒有規劃哪些裝配件,幫助了規劃人員。DPM Assembly是DELMIA系統中一個獨特的軟件模塊,它利用“數字樣機”的三維數據,實現在三維基礎上的3D工藝規劃,對零件加工過程、產品裝配過程、生產規劃進行3D模擬并驗證。利用模塊可以:
     
          (1)直觀分析產品的可拆卸性、可達性、可制性以及可維護性,并允許工藝設計人員在計算機中隨意調整工藝,配備加工設備,并對不同的加工工藝做出比較。
     
         (2)建立人體模型,并添加到虛擬生產環境中,從而對人體操作可達性、可維護性、人體工學、安全性進行仿真,對人體的視野、工效和姿態進行分析。
     
         (3)對裝配效率進行評估,DELMIA提供MTM、UAS、MEK等時間分析方法,將企業標準工序分解成一系列動作,并利用MTM ,UAS等方法給每個動作賦予時間值,創建成卡片格式,作為工時計劃的依據,并提供了 PERT圖和甘特圖可以方便的規劃和展示各個裝配操作的先后順序,以及裝配操作間的邏輯關系及總裝配時間。

     
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