虚拟装配关键技术及其发展

虚拟装配技术是虚拟制造技术的关键部分,它主要实现两个层次的映射,即底层用产品虚拟模型映射了产品物理模型,顶层的虚拟装配仿真过程映射了真实的物理装配过程。虚拟装配关键技术主要包括:碰撞检测、零部件建模以及数据交换与集成、装配规划、基于约束的运动导航与精确定位、线缆管路等可变形体零件装配技术、知识的提取与应用和装配评估与验证等。文中对这些关键技术的研究现状进行了综述,并根据研究现状分析了虚拟装配技术中存在的问题以及发展趋势。     

基于装配任务的虚拟装配工艺模型研究

面向过程的虚拟装配工艺规划系统对装配工艺模型提出了新的要求。在对虚拟装配工艺规划过程中的工艺数据进行分析的基础上，提出了产品层次装配任务链模型，该模型能有效表达虚拟装配工艺规划过程中的工艺数据，同时给出了由产品层次装配任务链模型向虚拟装配工艺模型转化方法，建立了虚拟装配工艺模型。开发了虚拟装配工艺规划系统VAPP，对研究结果进行了验证。     

J2EE平台上的PDM系统构件设计

针对虚拟企业对产品数据管理及信息共享的需求，提出一种利用新的分布式构件开发及部署平台——J2EE(Java 2 enterprise edition)建立面向虚拟企业的柔性PDM(product data management)系统构件的方法．结合柔性PDM系统的体系结构，分析了构件的设计模式，并详细介绍了柔性PDM系统构件的设计方案和部署步骤，利用J2EE技术可以实现PDM功能的柔性扩充及系统的柔性集成特点．     

面向超精密元件柔性生产线重构的虚拟环境

对支持超精密元件柔性生产线重构的虚拟车间环境构建技术进行了研究和探讨.针对超精密元件柔性生产线(UPCFML)的特点建立了其形式化模型和面向超精加工虚拟环境的基本构架;针对物理重构和逻辑重构分别建立了相应的对象模型,即实体模型和基于OOTPN的流程控制模型,在此基础上实现了虚拟环境和重构系统的构建.经仿真证明,该技术为超精密元件柔性生产线的重构方案进行建模和分析提供了有效的手段和工具.     

数据驱动与模块化控制模型相结合的生产系统快速建模方法

为了快速建立面向离散型生产系统的仿真模型以及提高模型的可维护性、可扩展性,提出了数据驱动与模块化控制模型相结合的仿真建模方法.该方法将仿真建模过程划分为设计阶段和开发阶段,在设计阶段,利用IDEF0和IDEF1X建模方法构建模型的底层数据结构;在开发阶段,建立各种模块化模型模板,并构建模型生成器,模型生成器利用底层数据结构提供的属性信息,自动对模型化模型模板进行实例化,快速构建面向具体应用对象的仿真模型.最后以某研究所的机加车间为例,验证了该方法的有效性.     

虚拟环境下的管路布局与装配仿真系统关键技术

针对航空、航天、船舶、汽车等行业广泛存在的管路系统,为了解决管路布局数据繁琐、布局复杂的特点,提出了一种在虚拟环境下基于可控模型的管路布局与装配仿真方法.为了实现导管模型的可控性,建立了基于控制点描述的导管模型,该模型数据量小,操作快速方便,拟实性高,易于重复修改.提出了普通管和悬置管两种布局方式,以满足不同的布局要求,并将布局工作与装配过程仿真紧密结合,提高了布局方案的可实施性.开发了原型系统并对提出的方法进行了验证.     

面向虚拟装配的复杂产品装配路径规划技术研究

在对虚拟装配中的装配路径规划基本流程进行分析的基础上,指出了虚拟环境下进行装配路径规划的关键技术,并提出了基于有效采样点的装配路径优化方法,虚拟环境下基于几何约束的零件三维空间运动方法,集几何约束自动识别、交互式约束定义和位置约束为一体的混合模式的零部件精确定位方法。相关算法在自主开发的虚拟装配工艺规划软件VAPP中得到实施,并应用到航天产品的装配工艺设计中。     

数据驱动的制造系统快速建模技术

建模是制约复杂制造系统仿真快速实施的瓶颈,当前广泛实施的集成制造系统建模效率更是有待提高。针对该问题,从数据驱动的角度展开研究,从数据模型、控制模型和自动化模型构建3个层次说明数据驱动的快速建模方法:1)面向集成制造系统,提出了以公共数据区为核心的统一数据结构和数据驱动机制;2)划分了车间、单元和设备3层次递阶控制结构,说明了它们对应的控制器机制及其对应的仿真控制规则;3)基于公共数据区,开发数据存取接口以及自动模型生成器,实现了数据驱动的自动模型生成。在eM-Plant仿真软件中通过二次开发实现了该模型,并以某企业多型号产品为例对模型进行了应用研究,验证了模型不仅具有快速构建的特点,而且具有很高的适应性,有推广应用价值。     

基于仿真的调度规则组合决策研究

针对车间调度规则组合的多目标优化问题,提出了一种基于仿真的评估决策模型. 通过仿真获得不同调度规则组合下的方案集合,在利用层次分析法获得性能指标权重的基础上,采用灰关联理论计算各结果方案对于单项指标的关联系数,实现了基于灰色关联度的方案评估,并导出了最优的调度规则组合. 调度规则组合决策体现了用户对系统性能指标的要求,解决了传统依靠经验进行调度规则选取的问题,优化了制造系统的运行.     

支持产品数据动态管理的数据-过程互动模型

根据产品设计过程的实际特点,提出一个数据－过程互动模型（DPIM,dsata and pocess interplayed model）,该模型能有效地描述产品数据和设计过程间的动态交互行为,基于该动态模型,设计过程的描述和执行能适应设计数据的动态变化,设计数据和设计过程的管理紧密地集成一起,由于设计数据的变化和过程的定义执行是互动的方式交织进行的,所以该模型能较好地描述产品设计过程的动态性。