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三维虚拟工业装配在未来工业发展前景

随着世界大生产的发展和全球一体化的加速,制造业的竞争越发的激烈。能否快速适应市场需求,提高核心竞争力成为一个企业生死存亡的

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        随着世界大生产的发展和全球一体化的加速,制造业的竞争越发的激烈。能否快速适应市场需求,提高核心竞争力成为一个企业生死存亡的关键。因此,企业必须解决好TQCSEF难题。所谓的TQCSEF问题就是用最短的产品开发时间周期,开发出质量最好、成本最低的产品,同时企业及产品还应该有最优的服务、最好的环保效果和快速的市场适应能力来满足顾客需求。
     在产品的生命周期中,装配是个重要的环节。装配工艺的好坏,对产品的制造周期和最终的生产质量有着极大的影响。据相关资料,设计过程用决定产品加工费用的70%-80%,其中装配费用占到总的加工费用的40%-50%。但目前的装配工艺设计手段仍然比较落后,大部分企业依旧依靠技术经验丰富的设计师、工艺师完成装配工艺设计。这种设计方式,设计周期长、受设计者的知识局限性和主观性影响较大,尤其是复杂产品不支持工艺的优化求解,难以获得最优的装配工艺。产品装配方案好坏很大程度上取决于工艺人员的装配知识和经验,由于各人能力与水平不尽相同,导致手工生成的装配规划具有不确定因素,影响了装配工艺的规范化。另外,随着高速加工技术的发展、数控机床的广泛应用,使得加工效率和加工精度不断提高。装配和其在产品生命周期中的重要地位越来越不相称,并演变成了产品制造中的一个瓶颈,装配技术的提高已经迫在眉睫。
 
国外发展现状
 
     由华盛顿州立大学和美国国家标准研究所NIST联合开发的VADE系统是基于虚拟环境的工程应用,它允许工艺人员规划、评估、验证机械系统的装配工艺。
 
     Hari Srinivasan等在同一个拆卸框架下设计了多个模块,用于选择适当的拆卸方法、生成最优的拆卸序列、评定拆卸序列和提供修改建议。
 
     N. Shyamsundar和Rajit Gadh研究了基于网络的协同虚拟装配系统,提出一种新的几何体表示方法-AREP(装配体表示方法),AREP包含4类信息(1)有向图,表示装配体的层次关系,(2)关系图,(3)装配层次信息以及(4)与单个装配部件相关的信息。并且采用AREP方法实现了虚拟装配系统cPAD,该系统可以实现基于网络的协同装配设计。
 
     Bob K.等在20世纪90年代中期建立了一个用于装配规划与评价的系统IVY( inventor virtual assembly)。IVY旨在解决先前的自动化装配规划系统。在该系统中,可以直接使用几何模型以及分层的装配数据进行装配规划与评价,设计者使用虚拟环境设备如头盔显示器和六自由度跟踪设备等与系统进行交互,当设计者在CAD软件中设计新的零件时,IVY就可以用来交互地进行零件可装配性验证与评价。
 
     Gadh.R等提出一种虚拟装配系统。利用该系统可以实现用几种拆卸方法对产品的可拆卸性进行分析以及对产品的易拆卸性、拆卸顺序及拆卸和维护成本进行评估。
 
     Drews.P研究和设计了“虚拟工作台”,工艺员可以在虚拟现实技术构建的工作台上,借助各种虚拟外设,对产品的装配进行分析。
 
国内发展现状
 
     国内对虚拟装配系统的研究主要集中在浙江大学CAD&CG国家重点实验室,华中科技大学、清华大学、北京理工大学、北京航空航天大学以及上海交通大学等,并取得了不俗的成绩。
 
     浙江大学CAD&CG国家重点实验室的万华根等开发出一个叫做VDVAS的虚拟装配集成系统,利用该系统,设计人员可以通过三维操作对零件进行交互拆装,由此形成零件的装配顺序和装配轨迹等信息。
 
     清华大学的自动化系CIMS中心的曾理等在PRO-ENGINEER的基础上开发出VASS(Virtual Assembly Supported System)的虚拟装配支持系统,该系统实现了装配工艺的半自动化工艺规划。
 
     华中科技大学的管强等人开发了人机协同装配综合规划系统VirDFA,利用该系统可以对装配序列和路径进行装配复杂度和装配成本进行定量分析,以产生最优装配方案。
 
商业化虚拟装配系统发展现状
 
     随着虚拟装配技术的发展,出现了许多虚拟装配仿真系统,其中DELMIA解决方案和Tecnomatix解决方案已经得到了广泛应用。
 
     DELMIA解决方案
 
     DELMIA是Dassault Systemes(达索系统公司)旗下的品牌,DELMIA是由整合Deneb,Delta和Safework三家软件公司的解决方案而组成的e-Manufacturing解决方案。DELMIA名称取自DIGITAL ENTERPRISE LEAN MANUFACTURING INTERACTIVE APPLICATION,寓意数字企业精益制造交互式应用,提供以生产工艺过程为中心的最全面的数字制造方式与解决方案。可全面满足制造业中按订单生产和精益生产等分布式敏捷制造系统的数字工业仿真需求。DELMIA主要依靠DELMIA DPM模块实现虚拟装配。
 
     DELMIA DPM装配流程规划器使流程规划人员能够将来自工程物料清单的零件分配到流程计划中要求的位置,然后依次创建那些在这个位置中连接起来的零件的制造装配件。这些制造装配件成为某一位置的输出,然后与其它零件或装配件一起,作为另一位置的输出进行使用。可以手动或者通过自动分配助手功能来分配零件、装配件或紧固件。另外,DPM 装配流程规划器通过确定已经分配哪些装配件到线上的工作站以及还没有规划哪些装配件,帮助了规划人员。DPM Assembly是DELMIA系统中一个独特的软件模块,它利用“数字样机”的三维数据,实现在三维基础上的3D工艺规划,对零件加工过程、产品装配过程、生产规划进行3D模拟并验证。利用模块可以:
 
      (1)直观分析产品的可拆卸性、可达性、可制性以及可维护性,并允许工艺设计人员在计算机中随意调整工艺,配备加工设备,并对不同的加工工艺做出比较。
 
     (2)建立人体模型,并添加到虚拟生产环境中,从而对人体操作可达性、可维护性、人体工学、安全性进行仿真,对人体的视野、工效和姿态进行分析。
 
     (3)对装配效率进行评估,DELMIA提供MTM、UAS、MEK等时间分析方法,将企业标准工序分解成一系列动作,并利用MTM ,UAS等方法给每个动作赋予时间值,创建成卡片格式,作为工时计划的依据,并提供了 PERT图和甘特图可以方便的规划和展示各个装配操作的先后顺序,以及装配操作间的逻辑关系及总装配时间。

 
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