基于分布式虚拟环境的装配约束语义模型

装配约束是用来支持分布式虚拟环境中装配交互操作的关键信息．装配约束信息的抽象性关系到对装配单元行为的支持力度，装配约束信息的组织机制决定了分布式虚拟装配计算机实现的效率．针对目前装配约束的抽象和使用方面存在的问题，首先研究装配约束的语义抽象与表达，从产品装配应用域中捕获知识，提取共性，归纳装配约束基本语义并形式化表达；然后提出一种扩展对象语义建模方法，通过该方法对装配约束语义进行组织，赋予其功能行为特性，构建装配约束语义模型．通过VEADAM系统实例，装配约束语义模型能够有效地支持分布式虚拟装配的实现，并能很好地适应应用的变化和扩展．     

虚拟环境中装配设计语义的表达、传递与转化研究

研究了虚拟环境产品装配建模过程中装配语义的表达、装配语义与装配约束的转化技术,提出了采用语义－约束图对装配设计语义与约束进行维护。通过语义－约束图可以从语义层次和约束层次对产品装配模型进行编辑和维护。提出了采用模糊参量表达和处理产品装配设计中的模糊语义。基于模糊参量的语义表达不仅为设计信息输入提供了更大的自由度,而且扩展了计算机对模糊信息的处理能力,有利于产品设计意图的维护。通过产品装配信息从抽象到具体、从模糊到精确的转化,实现了虚拟装配设计系统对抽象、模糊设计信息的表达、传递与处理。     

基于符号的装配建模方法研究

在以装配符号的定义实现产品装配设计语义抽象表达的基础上，对产品装配建模过程中装配语义的表达、装配语义与装配约束的转化及维护技术进行研究．提出基于装配符号的约束规则集描述，实现产品装配设计信息的传递，并采用装配符号关系图对产品装配设计语义与约束进行动态维护．通过产品装配信息从抽象到具体、从模糊到精确的转化，实现产品装配设计系统对抽象、模糊、动态关联的产品装配设计信息的表达、传递和维护．     

面向虚拟环境的装配体模型研究

人机交互是虚拟装配的本质特性和技术瓶颈，能反映交互过程的装配体模型构造，是虚拟装配领域的一个关键问题，给出一种时序的装配体模型，对时序的聚合关系、时序的约束关系以及时序的行为结构给出定义和分析，为实现该模型，还给出了零件的中间模型和对象复杂行为构造，同时对虚拟装配直接操作的交互过程、交互模式及装配工艺知识给出了时序的形式描述，这是连接人机交互与装配体模型以及模型与工艺生成的桥梁．一致的表示模型减少了交互装配信息的冗余性，有利于提高交互信息的复用，为交互生成工艺提出了新方法。     

基于RDF/XML的装配语义建模研究

为解决异构CAD系统集成及协同装配设计过程中的信息共享问题，在分析装配特征语义信息的基础上，提出了面向协同设计的三元装配语义模型，提出采用RDF／XML表达装配语义元模型，并讨论了基于XML的数据集成关键技术。在文章的最后通过具体的CAD系统实现协同设计过程实例，验证了该模型及实现方法的有效性和可行性。     

基于语义识别的虚拟装配运动引导研究

目前的虚拟现实交互方式尚难以保证用户在虚拟装配过程中对零件的运动进行精确控制.通过语义识别捕捉虚拟装配过程中用户交互意图,进行装配零部件的运动引导与精确定位,使得用户能够在虚拟环境中自如地、准确地进行装配定位.从装配语义元的空间位置属性匹配、空间方向属性匹配、类型属性匹配与参数属性匹配4个方面进行装配语义的识别.从装配语义的角度识别装配意图,将虚拟装配系统对装配关系的识别从几何体素层次提高到装配任务层次.相关方法在虚拟装配系统的研究与开发中得到实现,并应用到汽车发动机部分零部件的虚拟装配中.     

基于语义特征造型的虚拟装配

协同虚拟装配技术是虚拟样机技术与虚拟现实技术相结合所产生的一个新的研究热点。基于细胞元表示的语义特征造型技术,提出一种统一的协同虚拟装配框架,在该框架下能够有效支持异构CAD系统间零件及装配体的协同装配。网络传输以特征依赖图存储的操作信息,可降低网络负荷,提高响应速度。该思想初步应用在自主开发的HUST-CAIDS与UG间的异构协同设计中,证明了以上理论的可行性。     

基于装配顺序的飞机装配容差信息建模

论文提出了基于装配顺序的装配容差信息建模方法,以装配仿真路径规划 的装配顺序为基础,提取装配体中各零件的特征约束关系及相关的关键特征,进而获取组成 环容差信息,建立装配容差信息模型。该模型考虑了装配顺序对装配误差累积过程的影响, 减少了人工容差信息建模繁琐的交互操作,提高了装配容差信息的建模质量。基于DELMIA 平台开发了飞机装配仿真系统。该系统已在工程上成功应用,提高了飞机装配仿真的效率, 减少了飞机实际装配生产中的出错率。     

基于工程语义约束的线束预装配自动规划方法

线束预装配是线束生产的重要环节,论文通过总结线束工艺设计中的工程 语义约束信息,建立装配关联图模型,提出了一种线束预装配自动规划方法。该方法通过主 件选择、最大子装配体提取、工程语义约束检测来实现对预装配序列自动规划,而无需与用 户进行交互。最后的实例表明该方法是有效可行的,能较好的解决大线束图纸中装配序列规 划问题。     

用户关注度相关的装配模型动态可视化

为了方便地展示复杂模型各零件之间的三维结构,并清楚地揭示出它们之间的层次装配约束关系,提出一个面向用户交互的装配模型浏览系统.通过构造层次有向拆卸图来保存各零件的拆卸顺序,并采用递归法创建其干涉矩阵和拆卸有向图;装配约束图中的各顶点均用相应零件的图像来表示,以便于用户直观地选择所关注零件.由于采用了focus+context的方式来生成装配约束图,用户所关注零件的局部邻域被自动调整到视图的中心,并且放大显示.另外还提出了一种基于用户关注度的零件颜色自动选取算法,通过鲜明的颜色对比进一步突出用户所关注的装配关系.实验结果证明,该系统有效地提高了用户交互以及装配效率.     

虚拟装配仿真系统相关技术的研究

研究了一种等离子体增强化学气相沉积(PECVD)装备虚拟装配仿真系统,介绍了系统的装配模型以及装配顺序和路径的规划.建立了虚拟装配仿真场景结构图,并采用细节层次技术对仿真场景进行优化.为了能够实时、方便地修改装配序列和装配路径,准确地描述零部件在装配或拆卸过程中的位置姿态信息,提出了一种虚拟装配的描述语言代码(V代码)和虚拟装配函数(V函数).最后采用基于包围盒逐层分解的干涉检验方法,实现装配过程的干涉检验.该仿真系统有助于缩短产品开发周期、提高设计质量、降低装配成本.     

面向并行设计的装配顺序规划研究

该文根据先进制造发展的特点,结合现代设计理论提出了适合敏捷制造的面向并行设计的装配顺序规划系统结构.针对在自动装配顺序规划过程中没有实际接触零件之间相互干涉这一难点问题,应用了虚接触原理,并给出了相应的虚接触生成规则.为了使设计人员和用户更有效地获得装配信息,提出了信息反馈规则.文中结合例子讨论了虚接触和信息反馈在生成可行装配顺序推理过程中的应用,证明了其可行性和有效性.最后讨论了在虚拟现实环境中进行装配仿真的优势和意义.     

基于离散面片的层次化装配模型

提出了一个基于离散平面的层次化装配模型。通过将一般CAD模型进行零件曲面离散、信息转换等操作建立离散面片模型，并给出了曲面离散化的方法。离散面片模型大大提高了装配规划中干涉检查、碰撞检测及显示等方面的效率。     

Assembly unit partitioning for hull structure in shipbuilding

In order to solve the problem that low automatic degree to the block assembly process design will negatively influence construction cycle time and construction quality in shipbuilding, this paper presents a newly developed determination system of assembly units for the hull structure. Firstly, the assembly information model of a hull block which includes the part information and the linkage information between parts is proposed following the structural features and assembly process of the hull structure. Secondly, the assembly relation matrix is established on the basis of the fuzzy assessment rule and then the fuzzy clustering method to analyze partition of assembly units is given out. Thirdly, through analyzing the assembly ability of hull structures, the set of evaluating indexes is founded whose weights are decided by an analytic hierarchy process (AHP). Meanwhile, the model for the assessment is provided by fuzzy synthetic evaluation (FSE) and the comprehensive assessment values of assembly partition schemes can be computed to judge the final optimization scheme. A block assembly is taken as an example to verify the proposed method, and the results show that it is an effective method for solving the partition problem of hull structures.     

航空发动机教学实验系统的虚拟装配技术研究

航空发动机虚拟教学实验系统的建设是将VR(Virtual Reality)技术与实验相结合的一次综合性的实验探索与尝试.该系统是将虚拟装配及拆卸、模化实验、模型流场的动态显示及发动机试车等综合仿真实验系统,重点论述了教学实验系统开发中的虚拟装配技术,在对虚拟装配的研究现状分析和总结的基础上,对航空发动机虚拟装配的关键技术和虚拟装配系统的实现方法进行了分析和研究,包括基于数据手套的虚拟手操作、实时碰撞检测、装配路径和装配顺序规划等问题.最后还展示了利用航空发动机三维可视化虚拟装配系统完成虚拟装配操作的实例,并分析了虚拟装配系统与传统装配相比较的优势和特点.     

Robot-enabled tangible virtual assembly with coordinated midair object placement

The assembly in Virtual Reality (VR) enables users to fit virtual parts into existing 3D models immersively. However, users cannot physically feel the haptic feedback when connecting the parts with the virtual model. This work presents a robot-enabled tangible interface that dynamically moves a physical structure with a robotic arm to provide physical feedback for holding a handheld proxy in VR. This enables the system to provide force feedback during virtual assembly. The cooperation between the physical support and the handheld proxy produces realistic physical force feedback, providing a tangible experience for various virtual parts in virtual assembly scenarios. We developed a prototype system that allowed the operator to place a virtual part onto other models in VR by placing the proxy onto the matched structure attached to a robotic arm. We conducted a user evaluation to explore user performance and system usability in a virtual assembly task. The results indicated that the robot-enabled tangible support increased the task completion time but significantly improved the system usability and sense of presence with a more realistic haptic experience.     

Assembly features in modeling and planning

In recent years, features have been introduced in modeling and planning for manufacturing of parts. Such features combine geometric and functional information. Here it is shown that the feature concept is also useful in assembly modeling and planning. For modeling and planning of both single parts and assemblies, an integrated object-oriented product model is introduced. For specific assembly-related information, assembly features are used. Handling features contain information for handling components, connection features information on connections between components. A prototype modeling environment has been developed. The product model has been successfully verified within several analyses and planning modules, in particular stability analyses, grip planning, motion planning and assembly sequence planning. Altogether, feature-based product models for assembly can considerably help in both assembly modeling and planning, on the one hand by integrating single-part and assembly modeling, and on the other hand by integrating modeling and planning.     

虚拟装配环境支持下的产品可装配性评估

为了解决传统的产品可装配性评估研究需要结合实物模型或样机进行反复试验造成的评估周期长且成本高的问题,提出虚拟装配环境(VA)下的产品可装配性评估方法.从CAD模型及产品虚拟装配操作过程中分别得到产品装配中各零件的基本属性信息及主观属型信息,建立零件属性信息模型,通过Boothroyd-Dewhurst方法中的装配操作时间表计算得到产品装配效率,对产品可装配性进行评估.以减速箱产品装配为研究实例在虚拟环境下对产品可装配性进行了评估,验证了该方法的有效性和实用性.     

Methods and Algorithms for Constraint-based Virtual Assembly

Constraint-based simulation is a fundamental concept used for assembly in a virtual environment. The constraints (axial, planer, etc.) are extracted from the assembly models in the CAD system and are simulated during the virtual assembly operation to represent the real world operations. In this paper, we present the analysis of combinations and order of application of axial and planar constraints used in assembly. Methods and algorithms for checking and applying the constraints in the assembly operation are provided. An object-oriented model for managing these constraints in the assembly operation is discussed.