虚拟安装技能论文范文

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要害词：核算机运用;安装规划;总述;虚拟实践;软核算;协同安装

安装是产品生命周期的重要环节，是完结产品功用的首要进程。写作毕业论文安装本钱占产品制造本钱40%～50%，安装主动化一直是制造主动化中的瓶颈问题。安装规划是在给定产品与相关制造资源的完好描绘前提下，得到产品详细的安装计划的进程，对辅导产品可安装性规划、进步产品安装质量和下降安装本钱具有重要意义。产品的安装规划一般需求得到零部件的安装序列、安装途径、运用的工装夹具和安装时刻等内容[1]~[3]。

较早的传统安装规划选用人工办法，工艺人员依据规划图纸和技能文档，经过剖析产品安装图中零件的几许形状和方位联络，必要时再和规划人员进行评论，进一步清晰规划者的实在意图，运用自己的阅历和常识规划出产品的安装计划。这种办法作业量大、功率低，且难于确保安装计划的经济性。

跟着核算机集成制造CIMS和并行工程CE技能的翻开和运用，一方面临安装相关的规划技能提出了核算机化的要求，以进步和产品开发进程中其他环节的集成化程度。另一方面要求安装计划的优化以下降本钱和缩短规划时刻以加速产品开发进程。受“需求牵引”和“技能推进”两方面的影响，80年代初，出现了对核算机辅佐安装规划(ComputerAidedAssemblyPlanning，CAAP)技能的研讨。到现在停止，CAAP阅历了几个不同的翻开阶段，出现了4种代表性的办法，依照出现的时刻次序及办法的特色，笔者将其归结为经典安装规划办法、虚拟安装规划办法、安装规划软核算办法和协同安装规划办法。

1经典安装规划办法

前期CAAP的研讨侧重于安装序列的规划，以产品CAD安装模型为根底，写作硕士论文一般选用几许推理的办法，经过产品安装建模、安装序列推理和表达以及安装序列点评和挑选为产品面向安装的规划和安装工艺规划供给辅导和支撑，其进程一般如图1所示。

1.1产品安装建模

产品安装模型是安装规划的根底，为安装规划供给安装体和零部件的相关信息。常用的安装信息表达模型可分为图模型和矩阵模型。法国学者Bourjauct提出了联络图模型[4]，将零件之间的物理触摸联络界说为联络即安装联络，图中的节点对应零件，边表明所衔接的零件间至少有一种安装联络。联络模型[5]进一步区分了零件之间的触摸联络和联接联络，图中包括3种实体类型：零件、触摸和联接，边表达了实体间的联络。产品等级安装模型[6]将安装体当作具有层次结构性，即安装体可以分化为子安装体，子安装体又可分化为下级子安装体和零件的调集，以此表达产品的安装组成。

矩阵比图易于核算机表达和完结。Dini和Santochi[7]运用干与矩阵、触摸矩阵和衔接矩阵表达产品，干与矩阵描绘了零部件间沿坐标轴方向安装时相互间的干与状况，触摸矩阵描绘了零部件间的物理触摸状况，衔接矩阵描绘了零部件间的衔接类型。为削减矩阵的数量，Huang[8]等把6个干与矩阵合并为一个拆开矩阵，集成的表达零部件间沿坐标轴方向的干与状况。

1.2安装序列推理和表达

依据联络图模型，Bourjauct选用人机交互“问答式”办法获取安装优先束缚联络[4]，写作医学论文随后DeFazio和Whitney[9]，Baldwin[10]等人的作业进一步较少了需求由用户答复问题的数量，然后经过对安装优束缚联络进行推理得到联络树立优先联络的层次模型表达产品的安装序列。

“割集”法是依据拆开战略的安装规划中一般选用的图论算法。HomemdeMell和Sanderson[5]经过对产品联接图进行缩并，运用“割集”算法对联接图进行循环分化，生成一切或许的子安装体，直到不行再分。并提出了安装序列的AND/OR图表达办法，图中的节点对应安装进程中的子安装体或零件，超弧表达将子安装体或零件联接在一同构成更大子安装体的安装操作。因为“割集”算法的核算杂乱性为O(3N)(N为零件个数)，因此，关于杂乱产品的安装次序规划存在指数爆破问题，这是难以让人接受的。

1.3安装序列点评和挑选

安装序列的挑选对安装线规划、安装本钱、安装设备挑选有很大影响，写作职称论文而点评是挑选的根底。安装序列的点评可分为定性和定量两方面要素[11]~[13]，定性要素首要考虑的有安装方向换向的频度、子安装体的安稳性和安全性、安装操作使命间的并行性、子安装体的结合性和模块性、紧固件的安装、零件的聚合等。定量要素首要考虑的有整个安装时刻(包括子安装体的操作时刻、运送时刻等)、整个安装本钱(包括劳作本钱、夹紧和加工本钱)、产品在安装中再定位的次数、夹具的数目、操作者的数目、机器人手爪的数目、作业台的数目等。

更多的经典安装规划办法研讨文献可以拜见TexasA&M大学Wolter教授的“AssemblyPlanningBibliography”[14]，其间搜集了自1980年起近15年经典安装规划办法的相关研讨。经典办法一般表达出悉数的序列解空间，这使它或许从中找出最优的安装序列，但跟着产品中零件数量的增加，解空间的组合爆破给序列的存储、选优带来极大困难；且序列的几许推理办法不易融入人类的安装常识，不免产生很多几许可行但工艺不行行的序列效果。

2虚拟安装规划办法

虚拟实践技能为安装规划的“人－机”协同作业供给了要害。虚拟安装是指由操作者经过数据手套和三维立体显现设备直接三维操作虚拟零部件来仿照安装/拆开进程，无需产品或支撑进程的物理完结，经过剖析、先验模型、可视化和数据表达等手法，运用核算机东西来组织或辅佐与安装有关的工程决议计划[15]。虚拟安装进程中，人机可以充分发挥各自的优势，即人经过直觉/安装阅历和常识决议产品的安装进程，但不能准确地判别当时一切或许安装的零件，也不太或许准确断定安装某一零件后安装体的安稳性等要素，而经过必定算法和规矩完结的机器智能刚好补偿人的短少。虚拟安装办法得到的不只仅是零件的次序，还可以包括零件途径、安装东西、夹具和作业台等信息。图2为虚拟安装规划的作业进程。

国外虚拟安装规划的研讨以沉溺式虚拟安装环境VADE[16],[17](VirtualAssemblyDesignEnvironment)为代表，写作英语论文经过树立一个安装规划和点评的虚拟环境来探求运用虚拟实践技能进行规划、制造的潜在技能或许性，为机械体系安装体的规划、点评和验证供给支撑。在虚拟环境中，运用提取并导入的CAD体系产生的安装束缚信息引导安装进程；经过引进了质量、惯性和加速度等物理特点，依据物理特性进行安装建模，逼真地仿照实在安装环境；支撑双手的灵敏安装和操作；记载虚拟安装进程中产生的扫体积和途径信息并可进行修正；树立了东西/零件/人相互效果模型，支撑安装东西在虚拟安装环境中的运用。

国内管强等[18]将虚拟实践技能与面向安装规划的理论相结合，树立了一个虚拟环境下的面

向安装规划体系,VirDFA。万华根等[19]树立了一个具有多通道界面的虚拟规划与虚拟安装体系,VDVAS，经过直接三维操作和语音指令便当地对零件进行交互拆装以树立零件的安装次序和安装途径等安装信息。在面向进程与前史的虚拟规划与安装环境,VIRDAS中，张树有等[20]经过辨认安装联络进行安装运动的导航，完结虚拟拆开/安装次序规划、虚拟安装剖析。从集成的观念动身，姚珺等[21]提出面向产品规划全进程的虚拟安装体系结构，从计划规划、结构规划和安装工艺规划3个层次上分阶段地对产品可安装性进行剖析与点评。田丰等[22]提出一个面向虚拟安装的三维交互渠道,VAT，简化了虚拟安装运用体系的结构，便于运用的快速生成。

运用虚拟实践环境翻开安装规划，供给了一种新的思路和东西。可是，虚拟环境的构建需求较大资金的软硬件投入，别的，虚拟实践技能自身,如图形的高速改写及其相关硬件技能,如力触觉设备的不成熟使得虚拟安装的研讨仍处于探求阶段。

3安装规划软核算办法

1994年，Zadeh教授将含糊逻辑与智能技能结合起来，提出了软核算办法,softcomputing[23]。软核算以含糊逻辑、神经网络和概率推理为根底，不寻求问题的准确解，以近似性和不确认性为首要特征，所得到的是准确或不准确问题的近似解。为防止组合爆破一同又能得到较优的安装规划计划，近来，依据建模、表达和寻优一体化的安装规划软核算办法得到广泛注重。

3.1安装规划神经网络办法

神经网络是仿照人类形象思维的一种人工智能办法，它是由很多神经元广泛互连而成的杂乱网络体系，写作留学生论文单一神经元可以有许多输入、输出，神经元之间的相互效果经过衔接的权值表现，神经元的输出是其输入的函数。若将优化核算问题的方针函数与网络某种状况函数(一般称网络能量函数)对应起来，网络动态向能量函数极小值方向移动的进程就可视作优化问题的求解进程，稳态点则是优化问题的部分或大局最优解。

Hong和Cho[24]用于机器人安装次序优化的Hopfiled神经网络中，考虑安装束缚、子安装体安稳性和安装方向改动等要素树立网络的能量方程，依据优先束缚推理和专家体系供给的安装本钱驱动网络的进化方程得到优化的序列。但因为神经网络短少大局查找才干，核算效果显现，该办法简单产生不优化的安装次序，且常常只能得到一个部分最优的安装序列。别的，参数挑选和初始条件对网络的灵敏度影响大；神经网络在运用前须进行练习，而练习时要由专家供给较多可行的次序作为样本。而样本或许是针对某种类型的产品，对其它类型的产品则不必定适用，该办法的运用规划窄。

3.2安装规划仿照退火算法

仿照退火算法源于固体退火思维，将一个优化问题比较成一个热力学体系，将方针函数比较为体系的能量，将优化求解进程比较成体系逐渐降温以抵达最低能量状况的退火进程，经过仿照固体的退火进程取得优化问题的大局最优解。

Saeid等[25]运用仿照退火算法进行安装序列规划时，依据产品安装模型取得安装优先联络，将安装进程总安装时刻和重定向次数运用多特点运用理论组组成单一方针函数，作为安装序列优化的点评函数。Hong和Cho[26]将安装束缚和安装进程的本钱映射为安装序列能量函数，运用仿照退火算法使安装序列能量函数扰动地逐渐减小，经过屡次迭代，直到能量函数不再改动停止，终究得到具有最小安装本钱的安装序列。作者将该办法运用到一个电子继电器安装体上，并将其功用与运用神经网络[24]的安装规划办法进行了比较，效果显现依据仿照退火的安装序列优化办法可以产生较好的安装序列而且在运算时刻上优于人工神经网络办法。

仿照退火算法具有较强的部分查找才干，并能使查找进程防止堕入部分最优，但仿照退火算法对整个查找空间的状况了解不多，不能使查找进程进入最有期望的查找区域，然后使得算法的运算功率不高。

3.3安装规划遗传算法

在很多软核算办法中，遗传算法得到了很多研讨者的注重。写作作业总结遗传算法是仿照生物自然挑选和遗传机制的随机查找算法，它将问题的或许解组成种群，将每一个或许的解看作种群的个别，从一组随机给定的初始种群开端，持续在整个种群空间内随机查找，依照必定的点评战略即习气度函数对每一个别进行点评，不断经过仿制、穿插、变异等遗传算子的效果，使种群在习气度函数的束缚下不断进化，算法停止时得到最优/次最优的问题解。图3为安装规划遗传算法的一般流程。

安装规划遗传算法的研讨要点会集于规划安装序列的基因编码办法以包括更多的安装进程信息、规划基因操作的办法和改进遗传算法的部分查找才干上。Lazzerini等[27]的分段编码遗传算法中，将染色体分为3段编码，第1段表明参加安装的零件编号，第2段表明零件的可行安装方向，第3段表明安装东西，然后使染色体包括了部分工艺信息。为了进步算法的功用，文中将安装体分化为子安装体进行安装，削减了参加安装序列规划的零件数目；Guan等[28]选用基因团编码办法，一个基因团表达一个零件的安装操作，由被安装零件号安装元、安装东西安装元、安装方向安装元和安装类型安装元组成。在扩展采样空间挑选下一代种群的根底上，经过穿插和多层次变异完结安装序列并行优化。廖小云和陈湘凤[29]在安装序列规划遗传算法中规划了仿制、穿插、变异、剪贴和断连5种遗传算子寻觅安装序列优化解。在Smith等[30]的增强型遗传算法中，挑选下一代个别并不彻底依托习气度，而是先把必定数量较优的个别仿制到下一代，将习气度低但几许可行的序列用于持续产生序列，直到满意下一代种群中序列个数的需求，然后使算法能跳出部分最长处，在大局规划内查找最优解。

理论上，找到大局最优安装序列要求参加演化核算的种群规划要足够大，迭代次数要无限

多，但在核算资源和时刻束缚下是达不到要求的。因此，遗传算法求解安装规划问题的功率和效果依托于初始种群规划及其质量、遗传算子及其操作概率等要素。

4协同安装规划办法

安装体作为完结产品功用的载体，零部件或许由不同的企业规划，零部件和产品或许在不同的安装工厂完结安装进程，因此需求规划团队的协同作业和决议计划以确保安装质量和下降安装本钱。核算机和网络技能的快速翻开缩短了异地人员在时刻和空间上的间隔，为实时的“人－机－人”协同安装作业供给了或许。

Wisconsin-Madison大学[31]提出网络环境下的电子化安装,e-Assembly，评论在Internet/Intranet上运用3D模型进行协同虚拟安装和拆开的办法论和东西，拟完结的要害技能包括3D交互可视化、协同安装/拆开/保护/收回等。现在已开发了Motive3D体系，运用Synthesizer模块可以交互/主动进行产品的安装建模和规划，Visualizer模块为用户在Web渠道上供给安装序列规划效果的可视化仿真，但短少交互修正、调整功用。在ATS项目[32]施行中，为了向异地的开发人员展现安装规划和安装规划效果，测验运用VRML作为可视化东西，一方面供规划团队阅读零部件规划，别的将安装模型用文本修正软件进行修正，生成安装序列的VRML仿真文件，供异地的规划团队实时进行点评和提出修正意见。但手艺修正文件不光花费的时刻长达一周，而且每次规划修正后都有必要从头修正；一同，仿真文件仅具有阅读功用，不能进行交互修正。

Web环境下的协同安装规划办法[33]选用协同作业环境下的安装建模、安装规划使命分配和安装序列组成等技能，经过对杂乱产品安装规划问题的分化，即下降了单机规划作业办法的杂乱度，又便于会集不同地域多专家的安装常识和阅历进行安装规划计划的协同决议计划。面向协同广义安装[34]经过确认安装子使命编码办法、安装人员点评指数和拟定协同安装协议，以VRML为产品模型载体完结协同安装体系。在安装常识和规矩的支撑下，支撑局域网内多用户施行产品预安装、验证零部件可安装性，相关的安装人员可以协同评论安装计划。Web环境下3D交互安装可视化仿真结构是一个契合敞开技能规范的可视化安装体系[35]，它依据VRML-Java完结安装场景的动态生成、安装操控、碰撞检测以及安装进程的动画回放等功用，现在完结了依据“堆叠”思路的安装验证办法。但该体系归于单用户体系，不能支撑多用户的实时协同安装作业。

5定论与展望

CAAP的研讨在理论上取得了必定的效果，在工业界也得到了必定的运用，但相对而言还很少，这说明该技能间隔工业有用还存在较大间隔。安装规划是一个阅历和常识密集型的作业，一同又与详细职业和产品有严密的联络。经典安装规划办法的准确推理在确保序列的几许可行性方面具有优势，而软核算技能可以将人的含糊常识融入规划进程中，使得效果具有更好的工艺可行性，两者的恰当结合将有利于仿照人类安装专家的实践安装规划进程，然后得到合理的安装计划。

跨地域、跨国家的网络化、协同化产品规划和制造新办法的构成使产品安装成为一个需求协同作业和决议计划的问题。跟着虚拟实践技能和网络技能的进一步翻开，树立依据网络的协同安装决议计划渠道和虚拟环境，支撑异地多人员协同安装计划决议计划将是新形势下安装规划研讨的新趋势。

参阅文献

[1]苏强,林志航.核算机辅佐安装次序规划研讨总述[J].机械科学与技能,1999,18(6):1006~1012.

[2]石淼,唐朔飞,李明树.安装序列规划研讨总述[J].核算机研讨与翻开,1994,31(6):30~34.

[3]牛新文,丁汉,熊有伦.核算机辅佐安装次序规划研讨总述[J].我国机械工程,2001,12(12):1440~1443.

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关 键 词：榫卯结构 数字化仿真 有束腰凳

一、前语

传统榫卯工艺是传统文化中的珍宝[1]，在现代家具规划中迫切需求对其进行深化学习与研讨。可是因为榫卯工艺结构杂乱，在教育中此类物理教具制造困难，不能进行批量的机械化出产。而且内部榫卯结构不能经过物理教具直接观察到，学习者不能直观的了解其结构，这构成学习榫卯结构的进程十分困难[2]。针对榫卯工艺在研讨进程中存在的此类问题，本文提出引进数字化规划中的新办法、新技能，将数字化仿真规划与榫卯工艺相结合，以“有束腰方凳”为例，进行虚拟仿真规划。运用仿真技能对榫卯结构进行数字化模型的构建，并运用虚拟安装技能对其进行安装和构建。这样防止了物理教具的批量制造，下降教育本钱，进步了教育功率，为榫卯结构的教育研讨供给了一条新的思路，本文首要研讨的是经过仿真仿照技能对传统榫卯工艺进行研讨及其数据库的树立。

二、数字化仿真构建办法

1、数字化仿真技能意义

数字化仿真技能是以虚拟实践和仿真技能为根底，对产品的规划进程一致建模，在核算机上完结产品从规划、加工和安装、查验、整个生命周期的仿照和仿真。这样可以在产品的规划阶段就仿照出产品及其功用和制造进程，以此来优化产品的规划质量和制造进程。与传统的工业规划比较，数字化规划技能在规划办法、规划进程、规划质量和功率等各方面都产生了质的改动，数字化工业规划将首要包括数字化建模，数字化安装，数字化点评，数字化制造，以及数字化信息交流等几方面。

2、数字化仿真规划流程

在实践家具榫卯工艺研讨的办法是：把已有的家具进行拆解，对拆解后的榫卯结构进行丈量、记载与学习。而在Pro/E体系中，学习研讨榫卯结构的办法是：首要经过对榫卯家具进行拆解，并对其结构进行精密丈量；然后经过数字化规划技能，并选用数字化样机来代替本来的物理原型，在数字状况下进行仿真剖析，对原规划进行安装重组。这样不需求什物原型，就可以让更多的规划人员在不一同刻不同的地点在核算机上进行榫卯结构的学习和研讨。

三、数字化仿实在例

首要是建模渠道的选取，考虑到数据格局的通用性、三维模型建造的便当性，以及数据管理办法的先进性，终究选用了软件Pro/E作为三维建模渠道。对结构件和零件用软件Pro/E进行建模来更直观的展现传统结构，以此来体系阐述榫卯结构制图和模型制造的现代工艺流程。因为凳子是明清家具中最根本的单品，其结构也是桌、案、几等家具的根源。本文将具有榫卯结构的束腰凳进行拆解，并对拆解后的结构进行仿真仿照。

1、界说开端产品结构

在进行详细规划之前要对产品进行开端结构剖析：首要选用自顶向下规划办法规划出束腰凳的全体造型结构联络，即产品结构包括了一系列的子安装件，以及它们所承继的规划意图。产品结构由各层次安装和元件清单组成，在界说规划意图时，有许多子安装是预先确认下来的：比方对本例束腰凳进行结构剖析，可以看到本例凳子总共运用了攒边打槽装板、抱肩榫、格肩榫这三种榫卯安装结构。

2、数字化样机详细规划

在清晰了规划意图并界说了“有束腰凳”产品根本结构和结构前提下，将环绕规划意图和根本结构翻开零件和子安装的详细规划。首要是子安装件的确认，经过对根本结构的研讨剖析得出产品共分为三个子安装体：攒边打槽装板结构子安装体、抱肩榫结构子安装体、格肩榫子安装体。当子安装体确认下来，规划基准传递下去之后，可以进行单个的零件规划。

2.1凳面榫卯结构仿真

从拆解图二可以看出，凳面选用的是攒边打槽装板衔接办法。咱们将攒边打槽装板衔接办法界说为子安装件，在子安装件下进行板心及边框的详细规划。趱边打槽装板的安装结构是首要将板心装纳在四根边框之中，然后将装板的边框安装起来[3]。这种安装结构的长处在于边框伸缩性不大，使得整个家具的结构不至因为面板的胀缩而受影响，起到了安稳坚实的效果。

趱边打槽装板安装结构界说完之后开端进行零部件的详细规划，由图四可以看出此安装零部件由凳面的带榫头的两根大边和两条带榫眼的抹头组成。这四根木框两根长而出榫的叫“大边”，两根短而凿眼的叫“抹头”。经过以上剖析，在Pro/E环境中树立这四根带有榫卯结构的木框零部件。

2.2腿足的抱肩榫结构仿真

从图三可以看出，凳面与腿足及其束腰选用的是抱肩榫衔接办法，将抱肩榫衔接办法界说为子安装件，抱肩榫是束腰家具的腿足与束腰、牙条相结合时运用的榫卯结构。首要经过测绘取得各种数据为根底，在取得详细的数据根底上，经过三维仿真建模技能，对抱肩榫结构进行子安装件的树立。之后在子安装件下进行牙条与腿足的详细规划。经过对三维仿真模型的拆解可以看出来，抱肩榫子安装件的详细结构是在腿足上挖出肩，将牙条插挂在上面来固定四方的结构。一同挂销进一步定位横材和竖材，将面遭到的压力均匀传递到四足上，腿足上端的长短榫经过抹头的插接固定了承重面。

2.3.脚档的格肩榫模型仿真

经过下图对束腰凳的拆解可以看出，数字化模型中脚档与腿足的衔接办法为格肩榫，将格肩榫安装办法界说为子安装体，然后剖析其详细零部件。本实例束腰凳的腿足是方形竖材，此家具用的是大格肩榫结构，肩部为尖角，格肩部分和长方形的阳榫贴实在一同的，为不带夹皮的格肩榫，又名“实肩”。详细零部件构成为：格肩榫榫头在中心，两头为榫肩，格肩部分和长方形的阳榫贴实在一同的，为不带夹皮的格肩榫，又名“实肩”。 齐头碰在办法上有透榫。

3、数字化样机虚拟安装

假如在榫卯结构的物理教具安装演示进程中，需求将安装的各个零部件拿到安装现场进行安装[4]。而在Pro/E虚拟体系中，只需求在核算机屏幕上安装零部件，查看和剖析零件的合作状况，这样可削减对物理样机的依托。

详细的虚拟安装的办法是：首要是安装建模体系结构的树立，依据有束腰凳安装给定的功用要求和规划束缚，先确认产品的大致组成和形状，确认各组成零部件之间的安装联络和束缚联络。然后再把束腰凳分化成若干个零部件，在全体安装联络的束缚下，同步依据安装联络对这些零部件进行规划。

其次是安装体层次联络的界说，束腰凳的安装体分化成不同层次的子安装体，子安装体又可分化成若干子安装体和各个零件。一般将零件、子安装体、安装体之间的这种层次联络直观地表明成安装树，树的根节点是安装体，子节点是组成安装体的各个零件，中心节点则是子安装体。安装树的的联络表现了实践构成安装体的安装次序，一同也表达了安装体、子安装体及零件之间的父、子从属联络。图6是有束腰凳的仿真安装效果。

四、 结语

传统榫卯结构是我国名贵的传统工艺非物质文化遗产，一同明式家具榫卯结构工艺也是当今学习榫卯结构的难点，所以有必要对传统榫卯结构进行三维数字模型的仿真研讨，使学习和把握榫卯结构的进程更便当。经过三维模型的仿真研讨和实践，探求出一套学习榫卯工艺的学习办法，为当今家具规划供给有利的参阅，一同也促进了明式家具的深化研讨，有助于传统文化的广泛传播和翻开。

本文为天津市高等学校人文社会科学研讨一般项目赞助 课题号：20112303

参阅文献

[1] 胡中艳，曹阳.我国古代家具规划的承继与翻开[J].包装工程，2009，30,1158-160

[2] 杨静，余隋怀，杨刚俊.明式家具榫卯结构的参数化规划体系构建与运用[J].西北林业学院学报，2009，24,3：163-166

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要害词：虚拟制造技能；现代机械工程规划；机械制造；机械产品；机械规划

文献标识码：A中图分类号：TH166文章编号：1009-2374,201605-0073-02

作者简介：伊纪斌,1994-，男，山东淄博人，山东理工大学国防教育学院学生，研讨方向：机械规划

跟着常识经济和工业制造的快速翻开，现代化的商场要求产品出产厂商要以最快的速度、最优的质量、最短的研制时刻、最低的本钱消耗和最佳的服务来满意顾客的需求。传统规划一般是在图纸结合产品的特性和规划的详细要求进行的，在机械规划的进程中需求提早对规划中的设备安装的搅扰要素的不确认进行考虑，可是产品在安装中的缺点只要在产品开发的后期才干露出出来或许在产品的试制阶段和安装中显现出来。假如规划的零件现已开端投入出产了，那么丢失就愈加严峻了。产品的质量在传统的规划和制造办法上不能得到很好的确保，而且传统规划的工艺比较粗糙、开发的功率低、花费时刻比较长、消耗的资金比较大。在改动速度快、持续性翻开和不行猜测性商场中难以习气。因此，企业的出产活动需求具有高度的柔性和快速的反响，与此一同信息技能的飞速翻开确保了机械制造的先进性，信息化的运用关于现代机械工程规划十分重要。

1虚拟机械制造技能

以往传统的机械规划技能的设备条件比较差，规划技能性不强，传统的规划观念比较保存，规划的手法首要依托的是大略的核算和预算，首要是在较多的简化和停止化假定中完结机械工程的规划，传统规划具有较大的随意性，而且规划的要害进程还对规划者的阅历和规划习气具有很大的依托性。规划的进程很难完结合理、高效和准确。可是在现代化虚拟规划的相关技能可以很好地完结规划阅历依托性强、规划进程静态性和规划理念随意性向现代化规划准确性、以数据常识工程和专家体系为确保的规划办法的翻开，虚拟核算机技能需求对必要的信息进行检索、剖析和搜集。终究找出最优的规划计划和数值运算的办法，当然也会对CAD技能和人工智能技能、数据库技能等进行很多的运用。虚拟机械制造技能首要是在虚拟环境下对核算机的模型进行虚拟剖析的一种核算机规划技能。该技能集成并归纳运用了归纳性的机械制造环境，首要包括了各种仿真、剖析、运用等东西以及信息模型和操控东西等。虚拟制造需求阅历的首要阶段有安装产品的概念规划、动态仿真、收回运用。依托虚拟制造技能，机械规划人员不需求将一切的零件设备出产制造出来，可以经过对零件模型的树立，随后对零件进行虚拟安装，并对各零件部位之间的安装空隙进行干与、对安装的状况完结查看，对零件规划中的过错及时发现，假如零件不契合规划要求，可以依托核算机技能便当及时更改模型，终究构成新的零部件规划图和安装图，抵达规划、安装和制造查验的调和。

2虚拟制造技能的要害

虚拟制造技能包括了许多方面，首要有规划技能的提出、产品制造进程的抽取、原模型的树立、集成根底结构、建仿照真等。下面就对虚拟制造技能中的要害技能进行详细的介绍：

2.1虚拟技能中的建模技能

虚拟指的是在体系中将实践制造体系映射到虚拟环境下，首要触及了RMS的模型化、办法化、核算机化的笼统描绘和表明。VMS建模的首要内容有出产模型树立、产品模型树立、工艺模型树立的信息化体系结构的树立。出产模型中有静态描绘和动态描绘两种。静态描绘首要是关于对体系出产才干和出产特性。动态描绘是在现已被得知的体系状况和需求的性质上对产品的整个进程进行全面的猜测。在制造进程中咱们将种种实体方针总的称之为产品模型。在产品的模型树立中需求对产品的明细、形状特征等方面进行描绘。关于VMS而言，要完结产品施行进程的悉数承继有必要具有完好的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和停止的，它可以运用笼统的技能完结各种模型相貌的提取。工艺模型首要指的是在制造进程中对产品的工艺参数和关于产品功用的各种要素进行联络，终究完结对产品模型和出产模型之间相互效果的反映。

2.2虚拟制造技能中的仿真技能

仿真指的是经过核算机完结杂乱实践体系的笼统化和简练化终究构成的体系模型，而且在仿真的根底上对模型进行运用，终究得到相应的体系性功用剖析。仿真首要以体系模型为主体的研讨办法，它对实践的出产体系没有直接的搅扰效果，而且仿真体系可以对核算机的核算才干进行运用，完结在短时刻内完结在实践作业中需求很长时刻的作业，有用缩短了出产决议计划的时刻，最大化地防止了对人力、物力和资金的投入以及糟蹋。核算机技能还有很好的仿真修正功用，最大化地确保了计划的最优。仿真技能进程的首要进程有体系研讨、数据搜集、体系模型树立、仿真算法的确认、仿真模型的核算、仿真模型的运转、效果的输出和剖析。仿真在产品的制造进程首要被分为制造的仿真和加工的仿真。在体系产品的开发中首要触及的是产品建模、规划交互行为仿真等。便当对规划效果的点评，及时进行反响，下降产品规划中的过错。加工进程的仿真首要有切削、安装、查验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真进程是相对独立的，两者不能完结集成，而VM中应树立全面进程的一致仿真。

2.3虚拟制造中的虚拟实践技能

虚拟实践技能的意图是改进核算机的交互办法，进步核算机的可操作性，它是在对核算机图形体系和多种显现以及操控等接口设备的根底上，以交互的三维环境为人供给沉溺体会的技能。虚拟实践技能首要由图形体系和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感遭到实在的沉溺感觉，交互性核算机体系是虚拟实践体系的根底。虚拟实践体系中有操作者、机器和人机接口。它协助进步人和核算机间的调和度，一同也是最有力的仿真东西。在VRS的效果下完结对实在世界的仿照。在用户交互输入以及输出修正虚拟环境的条件下，使人抵达感同身受的沉溺感觉。VM的要害技能之一便是虚拟实践技能。

3机械虚拟样机技能介绍

虚拟样机技能在机械工程规划中被称作机械体系动态仿真技能，它是20世纪80年代在核算机技能的快速翻开中翻开起来的一种核算机辅佐技能。在核算机树立样机模型后，对模型的多种动态功用进行详细的剖析，终究对样机计划完结改进。用数字化模型代替物理性的样机。经过虚拟样机技能的效果，简化了机械产品的规划开发进程，有用缩短产品开发的时刻，最大程度下降产品的开发本钱和费用，完结产质量量和体系功用的进步，使规划产品完结最优化和最具立异性。归纳以上优势，该技能一经出现就遭到了很多工业兴旺和高等院校及规划和出产企业的注重，许多闻名的产品开发规划者都对该技能进行了引进并运用在自身产品的开发中，而且取得了极好的经济和出产效益。在机械工程规划

中运用仿真技能对零件进行规划、出产工序等方面的选用以及工艺参数、加工工艺、安装工艺等构件的运动性等均可以完结建仿照真。

4虚拟制造技能在机械工程中发挥的优势

4.1强壮的通用性和剖析处理杂乱问题的才干

虚拟样机技能树立和翻开的根底是剖析力学和多体运动力学，该技能的要害是对杂乱机械体系进行主动建模。因此，大多数的虚拟样机技能软件首要运用的是带束缚乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的中心，还要要求其对剩余的自由度进行束缚，完结其具有杰出的通用性，抵达适用性强的意图。与此一同，虚拟样机技能还对机械体系的详细环节进行考虑，详细指弹性、触摸和冲突等要素。

4.2为机械体系建模带来便当

传统的机械体系建模中要先树立运动剖析，随后在运动剖析的根底上进行动力剖析，这中心需求许多的图形剖析和公式推导。可是图形的剖析和公式的推导进程往往比较杂乱，而且过错率高。相同的建模进程中规划人员只需求将机械的构成办法和衔接办法以及相应的物理参数施行输入，这以后的建模和求解只需求核算来完结就可以了，极大地协助规划人员承当了许多的规划难度。

4.3强壮的后期处理才干

在传统的剖析办法上一般得出的是很多的数据，数据的了解还要依托丰厚的阅历和理论。可是运用虚拟样机核算软件为杂乱性的数据供给了可视化技能，使得规划人员直观地看到机械规划的功用和运动效果。

5结语

虚拟制造技能完结了现代工程机械工程规划范畴中的规划、试制等一系列进程的直观性。完结了在产品实在制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地代替实践中的硬件产品，更便当地对规划产品的功用和可出产性进行点评，极大地缩短了产品的规划和出产周期，最大化地节省了产品开发的本钱，确保产品的开发和规划可以习气商场的灵敏性的改动。虚拟制造技能是实践技能和核算机仿真技能在机械制造中的归纳运用。在现代化核算机虚拟规划技能的协助下完结对很多产品的开发和规划，不只不会构成实践物质的糟蹋，而且还能更直观地了解产品出产的详细状况，翻开了机械制造和规划的全新局势。

参阅文献

[1]李锐．虚拟制造技能在现代机械工程规划范畴中的运用[J]．河南科技，2013，,13．

[2]刘玲娣．浅谈虚拟制造技能在农机规划制造中的运用[J]．河北农机，2013，,2．

[3]孙福臻，阎勤劳，单忠德，等．机械虚拟实践技能的运用与翻开[J]．机械规划与制造，2010，,5．

[4]郝虎．虚拟样机技能在采煤机械规划中的运用[J]．城市建造理论研讨,电子版，2011，,25．

[5]陶表达，姚桂玲．虚拟技能在现代机械产品研制中的运用[J]．湖北第二师范学院学报，2010，,2．

篇4

要害词：玉米青贮机；三维模型；失效剖析；改进规划

导言

跟着现代畜牧业的翻开，我国青贮饲收成机械的研制与规划不断涌现，而要害技能及零部件的研制起步较晚，国内的玉米收成机研制处于初级阶段，本文针对规划样机在实验进程中割台传动体系出现的花键轴歪曲毛病而导致整机运转实验失利提出的问题。,如图1

1.模型的构建

运用三维建模软件UG树立玉米青贮机割台滚动体系简化模型,如图2、3。

上图中的花键轴,如图4的动力是由万向节传递的，正是此矩形花键轴产生过载歪曲现象，构成实验进程失利。

2.组织的数据模型树立

为了核算锯盘所受载荷的巨细及散布的原理，实验进程中，丈量出玉米栽培的行距及株距。实测以栽培的均匀株距为160mm，行距为720mm计。依据玉米青贮机的根本参数可知，在运转进程中抱负状况下可对5行植株进行收成,如图5、6。

依据图6知，锯盘的受力为脉冲型的，假定玉米收成机的作业行走速度为V0，则植株1的沿着搅龙的速度可分化为竖直向下的速度VY，和水平向左的速度VX，则依据力的组成与分化原理即：

剖析可得到，植株1、3、5一同抵达直至秸秆被切断，植株2、4一同被切开，则锯盘的遭到两个脉冲力的效果。假定玉米秸秆被锯盘切断需求随锯盘运动的位移为S，由余玄定理 ：

则

：为刀盘转过的视点

W：为刀盘的角速度

R：为刀盘的半径

查阅材料知玉米秸秆的茎叶衔接力、叶鞘的抗拉特性和茎秆、叶鞘的抗冲击特性效果，得到了玉米秸秆的固有力学特性：茎叶衔接力为0.7～16N，叶鞘抗拉力为3～21N，茎秆抗冲击能量为20.3～42.8J。依据实践作业状况，取转速n=2400rad/s，作业行走速度V=2m/s，相对切断位移S=100mm进行比对。

若取茎秆的均匀抗冲击能量为30J，则单个植株脉冲力可得：

脉冲力 = ,其间锯盘的半径R>>S，则此刻运动弧长L≈S

因为波轮作业的杂乱性，如图7所示，当波轮过载荷时齿轮与上下冲突片打滑时传动轴接受的是最大扭矩，且其是依据碟簧上螺母的拧紧程度所决议的，故设波轮所受的最大静载荷为 。

代入作业参数可得：

脉冲的周期

脉冲间隔

脉冲力持续时刻

可知脉冲力时刻间隔、脉冲力持续时刻都较短，由刀盘及波轮转速之比为30，可得波轮旋转一圈需0.075s，且跟着作业行走速度的增加，会产生脉冲力的叠加。UG加载的函数中能切当表达的公式为：

F,t= +

其间V0是作业行走速度，F为单个植株脉冲力300N，F0为波轮打滑的最大载荷，,由螺母决议，假定F0=1000N。可将脉冲分段函数近视看作正弦函数图,如图8、9。

3.要害部件的力学剖析及仿真效果

在UG体系中动力学仿真模块界说连杆组织，挑选有相对运动的部件，运动的部件全体界说为一个连杆，界说杆件间的运动副，并为其赋齿轮副的参数,如图10。

由上图可知，跟着玉米青贮饲料收成机作业行走速度的增大，单位时刻内的脉冲次数也随之增加，且脉冲力也随之增加。

当玉米青贮饲料收成机作业行走速度为8m/s时，运用Ansys对矩形花键轴加载荷，得到切应力的云图及花键轴的总变形云图,如图14、15。

由上图可以看出，矩形花键轴的最大变形量为2.2026mm，花键轴的最大改动切应力散布在齿根的邻近，这是因为矩形花键的旁边面的应力会集所形成的，与实践作业中的过载状况契合，得到割台部件载荷过大，矩形花键轴产生改动变形。

4.改进后的力学剖析

实验中增加调理安全聚散器，设置调理安全聚散器的最大扭矩防止传动轴过载荷，依据玉米青贮饲料收成机的作业最大行走速度V=8m/s，将花键轴所受的最大载荷力矩1425500N・mm为安全聚散器的最大聚散扭矩，运用Ansys给矩形花键轴加载荷，得到切应力的云图及花键轴的应变云图,如图16、17。

由上图可见，花键轴接受的最大切应力为834.36MPa，最大改动间隔为0.079286mm。安全聚散器动作足以确保传动轴过载荷。

5.结束语

本文运用UG软件的model模块取得三维模型数据；并经过依据VR技能的虚拟安装渠道对其模型的可安装性加以验证，得到准确合理的零部件三维模型。

然后简化割台部件传动体系的模型，运用理论力学、物理常识核算剖析了刀盘所受的力可近视看作为正弦脉冲力并得出随时刻改动的等效载荷公式；得出花键轴所需接受的最大载荷与玉米青贮收成机作业行走速度间的联络，别离得出不同速度花键轴所需接受的最大载荷图。

依据材料力学及花键轴的尺度参数核算出花键轴的屈从强度，进行效果比较。终究，得出花键轴较简单过载的定论，并提出了加装超越聚散器的计划，加以剖析得到花键轴挨近最大载荷时超越聚散器的扭矩值。

加以验证，契合实践作业状况，处理了传动体系中的薄弱环节。

参阅文献：

[1]Qing-Hui Wang， Jing-Rong Li Interactive visualization of complex dynamic virtual environments for industrial assemblies Computers in Industry， Volume 57， Issue 4，May 2006，Pages 366-377

[2]肖燕子.天然牧草青贮质量调控研讨.《内蒙古农业大学硕士论文》，2012.05.01

[3]S系列多用途青,黄贮饲草料收成设备.《农机具之友》，2004.12.28

[4]耿瑞韩，盘根.加大科技研制力度促进农作物秸秆归纳运用―河南省驻马店市农作物秸秆归纳运用调研陈述.《我国农村科技》，2012.03.05第4卷第4期

篇5

跟着电子、机械等工业技能的飞速翻开和出产商对加工精度要求的不断进步，产品的固有可靠性逐渐进步。可是，不管产品的固有可靠性进步到哪种程度，都不或许抵达百分之百，跟着储存、运送和运用等时刻上的堆集，产品总会有产生毛病的时分。一旦产品产生毛病，有必要有便当便当、经济实惠的修理手法以康复产品的功用。因此，修理是否快速有用将直接联络到运用者的经济利益。产品的修理可达性将直接影响修理活动作业量的巨细，改进产品的修理可达性将极大的进步产品的体系效能，一同节省产品的寿数周期费用。因为产品的修理可达性是产品自身固有的质量特性，因此处理修理可达性问题有必要从规划人手。

跟着核算机信息科学的飞速翻开，尤其是本世纪在核算机图形学技能、高功用图形体系和虚拟实践方面的诞生了不少的研讨效果，修理进程在取得什物样机或原型机之前就可以开端进行。产品规划和开发的办法也随之产生了改动。DELMIA、Jack等核算机辅佐规划软件和技能的广泛运用，可以辅佐规划人员完结包括数字样机、虚拟修理人员和虚拟修理东西的虚拟修理操作流程仿真。在规划阶段即翻开对规划计划和规划布局的数字仿真，可以防止什物原型的制造，节省了从规划到定型的时刻，进步了规划功率，然后下降了开发本钱；前期翻开的虚拟修理工程点评作业，在必定程度上优化了规划计划和规划布局，因此可以防止不合理的规划，削减给后续修理作业构成的不便利。

修理操作空间定量点评办法

修理是一种需求人参加的活动，恰当的修理空间将进步修理功率和修理人员的舒适程度。这一节的首要内容是确认恰当的修理操作空间的巨细。

在规划产品时，恰当的操作空间的详细尺度需求依据修理人员的身体尺度和操作姿势来确认。因此修理操作空间应考虑修理人员的影响要素，如实体可达性。人的上肢可以触摸到的空间规划分为最佳规划、正常规划和最大规划。人体上肢的作业规划是一个三维空间，修理人员的最大操作空间和舒适度跟着操作高度、手臂延伸线与人体中线的夹角视点的改动而产生改动。为了便于剖析人体上肢的操作规划，树立数学模型描绘人体各部分的尺度和相对方位。

软件东西规划和事例探求

CATIA是法达索公司,Dassault Systemes与IBM公司,International Business Machines Corporation世界商业机器公司联合开发的一款CAD/CAE/CAM软件，首要为客户提品外形规划、机械零件规划、合作结构规划、拼装、数控加工等功用，并供给很多的规范尺度零件模型，使得企业可以缩短开发周期，快速迭代规划计划，对商场需求做出灵敏的反响。CATIA是现在运用最广泛数字样机规划开发软件之一，运用规划包括等航空航天、修建、船只、轿车、铁路等多个范畴。DELMIA,Digital Enterprise Lean Manufacturing Interaction Application是法国达索,Dassault Systemes公司出产的一款数字化企业的互动制造运用软件，是PLM,Product Life Management系列产品之一。该软件与CATIA互为补充，出现上下游联络，一起贯穿产品的规划周期。运用CATIA制造数字样机后，可在DELMIA中进行物流进程剖析、修理、安装、工艺规划、与机器人合作等多种功用的虚拟演示和仿照，是一个面向规划、制造、保护、人机进程的“数字化工厂”仿真渠道。便于用户查看规划计划的缺点和缝隙，及时更改规划计划，下降研制本钱，缩短研制时刻，完结快速上市的意图。DELMIA中含有一个Human Task Simulation模块，包括虚拟人模型、人体动作模型、修理东西等内容，用于仿照人机交互进程，完结虚拟修理、虚拟拆开、虚拟安装等功用，也是本研讨中要点运用的模块，包括本研讨中所需求的大部分数据。本研讨依据CATIA与DELMIA现有的软件功用和数据库进行二次开发，研讨方针是在客户现已完结产品规划和数字样机的制造的状况下，依据已制造好的虚拟修理仿真动画，针对产品的修理操作空间的完结定量点评。

软件的二次开发是在现有软件产品的根底上，对软件功用进行延伸和扩展，或完结和其他软件的对接并完结数据的交流和传输。二次开发一般针对某一类特定的用户，经过增加更个性化、专业化的功用和模块，使得软件功用更具有针对性，用户的需求得以完结，作业功率得以进步。DELMIA为不开源的软件，为完结二次开发有必要运用软件开发商为用户专门预备的二次开发接口。为灵敏地满意不同客户的需求，DELMIA供给了多种二次开发的接口：一是CAD格局接口，便当客户加载在CAD环境下规划的数字样机，完结模型结构、尺度、色彩烘托等数据的导入导出；二是常识工程，这是DELMIA的一个专门模块，常识工程运用参数化界说的办法对人体模型和根底动作单元进行了建模，树立一个规范模型库，用户可以经过要害参数调用规范模型库中的模块，然后完结快速建模，完结规划使命；三是选用主动化方针编程的接口Automation API,Application Programming Interface，可以完结宏指令的编写，或运用宏与VB开发言语,Visual Basic相结合编写简易程序；四是敞开的依据构件的运用编程接口CAA,Component Application Architecture，运用组件架构，这是DELMIA的一套C++函数库，这一接口首要用于与C++开发言语链接，便当客户运用C++编写所需程序，用户可经过快速运用研制环境RADE,Rapid Application Development Environment和不同的API,Application Programming Interface接口完结从DELMIA数据库中调取数据到C++程序中的进程。

该事例为针对拆开某类型大型客机APU上六角螺母的修理空间定量点评。意图是运用所提出的办法和开发的软件东西，对修理操作空间进行定量点评，以展现办法的灵敏性和有用性以及软件的可用性和可靠性。该大型客机APU的虚拟修理操作动画截图如图1所示。该大型客机APU上有12颗六角螺母，选取123号螺母作为典型事例，三颗螺母的方位如图2所示。

这三颗螺母中，明显3号周围的障碍物少，对扳手的运用影响较少，一同方位较低，间隔膀子较近，手臂只需轻轻向上伸出即可触摸到，因此上肢舒适度较高。该螺母周围的空间无需定量点评，定性点评即可确认等级为优异。1号螺母尽管方位很高，可是周围的障碍物少，手部可抵达1200旋转。2号螺母方位较高且周围障碍物较多，修理人员手部只能抵达600旋转。本事例中选取2号螺母进行剖析。

第一步翻开程序，衔接虚拟环境，选定虚拟人并衔接。第二步选定要害帧，抓取扳手之后，选取手部携东西挨近、旋转卸下六角螺