虚拟环境中线缆建模及布线的研究与实现

针对虚拟环境中因线缆柔性可变特性而引起的难以表达及操作不便的问题，提出线缆的离散控制点建模方法以及基于离散控制点线缆模型的单控制点局部布线、多控制点局部布线和整体布线方法，达到了在虚拟环境中对线缆进行快速布线的目的；通过实时跟踪和记录线缆控制点的空间位姿，实现了布线过程及结果数据的存储，为后续的布线工艺规划奠定了基础。     

面向生产现场的虚拟装配工艺规划技术

针对生产现场的需求和虚拟装配技术的发展,阐述了虚拟装配技术在装配工艺规划、装配精度预分析、管路与线缆装配及装配现场管理等方面的应用和发展.提出了半沉浸式虚拟装配工艺规划系统的整体思路及实现方法;虚拟环境下的线缆和管路的离散控制点建模及动态布局技术;虚拟环境下的带公差的产品建模方法和装配精度预分析技术.指出虚拟装配工艺规划技术能充分利用人的经验和感知,通过模拟真实装配过程,不仅可实现产品的装配顺序和路径规划,而且也是提高装配精度和装配可靠性问题的有效手段,为提高装配现场现代化管理水平提供了有效途径.     

虚拟环境下线缆和管路装配规划系统体系结构研究

首先分析了复杂产品中线缆和管路在设计和装配环节存在的问题,指出虚拟现实技术为解决线缆和管路的优化布局及可靠性装配提供了一种可行的技术途径,并分析了借助虚拟现实技术进行线缆和管路装配规划的优点.其后,分析了虚拟环境下线缆和管路装配规划的特点与内涵,提出了虚拟环境下线缆和管路装配规划系统的总体业务流程,并以功能模型和数据流模型进一步阐述了该业务流程.最后,提出了虚拟环境下线缆和管路装配规划系统的体系结构,原型系统的实现表明,该体系结构具有较好的开放性和可扩展性.     

线缆虚拟布线与敷设过程仿真技术

为提高复杂机电产品中线缆布线的质量和装配可靠性,结合机电产品中的线缆研制流程,提出一种虚拟环境下的线缆布线设计、装配工艺规划和安装仿真集成方法,重点对虚拟环境下基于图论的线缆数字化模型建立、交互式线缆布线与敷设过程仿真、基于逆运动学和能量优化法的线缆运动仿真方法等关键技术进行阐述。所开发的线缆虚拟布线与敷设仿真系统已在航天产品的研制中得到局部应用,初步实现了线缆的数字取样和敷设过程仿真。     

面向交叉装配的线缆虚拟装配规划信息管理技术

在分析线缆虚拟装配规划过程中需管理的信息的基础上,以装配任务和布线任务为基本信息载体,提出了面向交叉装配的线缆虚拟装配规划过程描述模型,实现了装配规划历史信息的记录。研究了线缆虚拟装配规划结果信息后处理技术,将结果信息处理后以装配动画、报表清单、初始装配工艺文档等形式输出,可达到用虚拟环境下的规划结果指导生产实际的目的。在自主开发的虚拟装配原型系统VAPP上对上述技术和方法进行了实例验证。     

虚拟装配工艺规划实现技术研究

对虚拟环境下的产品装配工艺规划进行了研究,分析虚拟环境下面向集成的装配工艺规划系统结构。对虚拟装配工艺规划的三个核心问题(装配模型、装配序列规划和装配路径规划)进行描述,提出虚拟环境下面向工艺设计的产品装配模型总体结构。给出虚拟环境下装配约束关系的识别方法,实现了零部件基于约束的三维空间导航运动。建立原型系统,能够为虚拟环境下的装配工艺规划奠定基础。     

基于精度和物性的虚拟装配技术

针对生产现场的需求和虚拟装配技术的发展趋势,提出了一种集精度、物理属性以及结构件与线缆管路仿真分析一体化的虚拟装配技术,从过程、精度和物理属性的角度实时地模拟装配现场和装配过程中可能出现的各种问题和现象,为实现产品的科学装配和装配质量预测提供r有效途径.给出了一体化的虚拟装配技术总体工作流程,并对虚拟环境下的装配精度预分析、基于物理属性的虚拟装配、线缆和管路布局与装配仿真等关键技术进行了阐述.通过仿真实验验证了该技术的有效性.     

虚拟现实环境下交互式船舶装配序列规划研究

针对传统装配序列规划方法解空间大、模型简单的问题,提出了应用虚拟现实技术解决船舶装配序列规划问题的方法。该方法分为虚拟拆卸和方案评价两个阶段,分析了虚拟装配平台上进行虚拟拆卸的基本流程和关键技术——虚拟环境下的实体模型表达和基于装配约束的运动导航。建立了船舶装配序列评价模型,确定了零件重量、装配时间、装配稳定性和装配过程难度等面向手工装配的评价指标。最后,用某船舶机舱区域的规划实例进行了验证,结果表明该方法生成的装配序列对实际船舶装配生产具有指导作用。     

虚拟环境下复杂线缆的集成信息模型

针对复杂线缆研制过程中布线信息分散、部分工程信息表达不完整的问题,提出虚拟环境下复杂线缆的集成信息模型.该模型以线缆的几何模型信息与线束模型信息为核心,采用B样条曲线拟合线缆的几何形态,利用线缆的连接关系信息和拓扑结构信息建立线缆各接口间的线束连通关系,在此基础上将线缆的基本属性信息、连接关系信息、附件信息、拓扑结构信息、几何模型信息及线束模型信息进行集成,服务于线缆虚拟布线设计和装配过程仿真.利用该模型进行线缆虚拟布线设计与装配过程仿真应用,输出了线缆制作部门和装配部门所需的工艺文件,通过工程实例验证了该集成信息模型的正确性.     

坐标系导引下的线缆布线点位对应关系自动提取方法

针对复杂机电产品人工寻找线缆端点与电连接器各接线位置之间的点位对应关系效率低、易出错等问题,提出了一种坐标系导引下的线缆布线点位对应关系自动提取方法。建立了基于线缆布线工艺规划的线缆信息模型和电连接器信息模型,采用特征提取技术提取线缆信息和电连接器信息;分别建立了线缆端点坐标系和电连接器各点位坐标系,运用坐标转换将两坐标系变换到装配坐标系下并分析各坐标系之间的关系,在坐标系导引下自动提取线缆与电连接器之间的点位对应关系。将该方法应用于某型相控阵雷达装配体的线缆布线中,实例证明,该方法能快速且准确地提取线缆端点与电连接器各接线位置之间的点位对应关系。     

电缆虚拟装配的关键技术及其发展

电缆的装配质量是影响产品质量的重要因素之一。对电缆装配过程进行基于虚拟现实的仿真,可以减少电缆实际装配过程中错装、漏装等现象的发生,缩短产品装配周期、降低装配成本、提高装配质量及效率。笔者对电缆虚拟装配关键技术即电缆布线,装配对象与装配环境之间的碰撞干涉检验、电缆的几何形状仿真、虚拟装配过程的评估及验证、装配工艺规划的现状进行了综述,并在此基础上对电缆虚拟装配技术的发展趋势做了进一步探讨。     

面向过程的虚拟环境中产品装配建模研究

提出了面向过程的虚拟装配建模方法,在虚拟环境中将装配建模与装配仿真相结合,建立装配关系模型的同时,实现了对装配过程的创建与仿真,从而,在虚拟环境中将面向结果的装配建模发展为面向过程的装配建模.设计者采用直接三维交互进行装配建模操作的同时,系统通过装配关系识别自动捕捉设计者的装配设计意图,通过装配约束运动确定零件的装配路径,通过虚拟装配建模过程信息重用为装配规划提供有效的支持.开发了面向过程的虚拟装配建模原型系统.实践表明,面向过程的虚拟环境中产品装配建模方法有效地提高了产品装配设计的质量与效率.     

基于虚拟现实的装配工艺规划研究

对虚拟现实(Virtual reality, VR)环境下的产品装配规划进行了研究,分析了系统的功能结构,建立了系统的面向对象的UML(Unified modeling language,统一建模语言)模型,给出了虚拟环境下装配约束关系的识别方法,实现了零部件基于约束的三维空间运动,建立了原型系统,为虚拟环境下的装配工艺规划奠定了基础。     

基于改进粒子群算法的多分支电缆自动布线技术

以多分支电缆的总质量作为优化目标,考虑电缆敷设相关的工艺约束,基于Steiner最小树建立多分支电缆自动布线的优化数学模型.提出了电缆布局优化的改进粒子群优化算法,采用一维定长度数组对多分支电缆布局进行粒子编码,在电缆分支点处引入引力算子,指导粒子的运动方向,并通过飞机舱段布线实例验证了所提方法的有效性.     

基于虚拟装配特征的虚拟装配研究

主要研究虚拟环境中产品的虚拟装配问题。在研究以往学者对装配特征定义的基础上 ,结合虚拟装配的特点 ,提出了虚拟装配特征的概念 ,虚拟装配特征不仅描述了产品中零件间的约束关系 ,而且描述了产品的公差。在充分考虑了公差对产品装配工艺计划和产品可装配性影响的情况下 ,提出了装配工艺计划算法。     

基于虚拟现实和仿生算法的装配序列优化

针对自动装配规划和交互式规划都存在不足,将虚拟现实和仿生算法结合起来,提出一种生成优化装配序列的新方法.建立基于几何约束的虚拟装配环境,在该环境中根据经验和知识进行交互式拆卸,定义优先约束表来表达零件间的优先约束关系.应用蚁群算法规划出初始优化的装配顺序,再在虚拟环境下进行仿真、评价和优化,考虑装配位置可达性和工具操作等因素,识别新的优先约束和评价准则,重新规划出更优的装配顺序,不断反复和完善,直到得到满意的最佳装配顺序为止.通过实例验证该方法有效性.