機電產品裝配過程虛擬仿真課件的研究與開發(fā)
虛擬裝配技術是一項全新的設計概念，是虛擬制造中的一項關鍵技術，可用于產品設計階段進行預裝、驗證裝配工藝的正確性等多個方面，是利用計算機三維建模技術模擬生成與實體零件相同的模型，并可以按照用戶需求進行動態(tài)裝配的一門新興的三維應用技術。以單級減速器裝配過程為例，介紹用Java3D構造虛擬場景，進行單級減速器裝配仿真和信息交互課件開發(fā)技術。
一、虛報零件裝配仿真技術的研究現狀
虛擬裝配(virtual—assembly VA)技術是虛擬制造技術中的一個重要分支，通過計算機對產品裝配過程和裝配結果進行分析和仿真，評價和預測產品模型，做出與裝配相關的工程決策。虛擬裝配的實現有助于對產品零部件進行虛擬分析和虛擬設計。有助于解決零部件從設計到生產所出現的技術問題，以達到縮短產品開發(fā)周期。
二、虛擬零件裝配仿真課件開發(fā)的應用前景
虛擬零件裝配仿真課件是真實虛擬軟件在教學中的一個范本。課件可以根據教學的需要，設定一個項目及對象，然后按其現場的情況進行模擬，同樣可以達到仿真的效果。利用3D建模技術，拉近了與真實零件的距離，并且可通過鼠標鍵盤進行實時互動操作，全方位觀察零件，使教學過程形象化。通過直觀教學，使學生建立起一個全新的現場指導員工進行裝配操作的可視化管理環(huán)境和理念。由此可見，虛擬裝配技術在教學活動中是一門很有前途的新興技術，將會越來越受到重視。
三、課件運行環(huán)境及主要開發(fā)工具
系統(tǒng)運行環(huán)境：本系統(tǒng)的開發(fā)采用Windows XP SP2中文版操作系統(tǒng)。
系統(tǒng)開發(fā)工具：Java：Jcreator Pro；3DS MAX。
四、課件開發(fā)主要技術
(一)裝配仿真技術。裝配仿真技術就是將現實中的零件裝配過程通過各個模型的三維運動虛擬演示出來，方便用戶進行觀察和調試。這項技術主要是利用形體的組合技術和動畫編程技術兩部分完成的。
(二)交互技術。零件的虛擬裝配如果只是演示的話，會給人感覺很死板，沒有牛命感。而交互實現技術使用戶可以真正的走入程序中，按自己的意愿操作程序?？梢愿玫匕l(fā)展軟件的延伸性。
(三)三維建模技術?，F在，計算機建模技術在制造業(yè)中已經大量應用，很多優(yōu)秀的三維軟件都在建模上有著各自的特點和方向．本課件主要采用的是Java 3D和Autodesk 3ds Max。
五、課件功能分析
課件的功能主要是表現虛擬裝配技術的實現，因此課件應只有三個功能：一是演示功能；二是操作功能；三是提示功能，以便于形象化教學。
六、操件開發(fā)主要內容
(一)主界面設計。“基于Java3D的虛擬零件的裝配仿真”系統(tǒng)的主界面是由三維動畫演示區(qū)和文本說明區(qū)兩部分組成。通過對動畫演示區(qū)的觀察和調配。達到對虛擬零件裝配仿真的目的，而文本[x]的說明也可以更好的詮釋每個部件或者裝配過程的具體含義，兩個區(qū)相輔相成，可以同時被用戶進行操作，以達到所需的技術要求。
《單級減速器裝配模擬仿真》課件中的主界面見圖1。主界面的區(qū)域構造見圖2。
圖1 主界面
圖2 主界面區(qū)域結構
(二)虛擬零件的建模實例。首先，對零件的各個部件進行劃分，將它們分為減速體上體、減速體下體、主動齒輪軸、從動齒輪軸、主動輪軸承和從動輪軸承。共六大部分8個零件，還有些緊固件。在對現實中各個部件進行測量后，按照一定的比例尺，將其繪制出各個視圖。
為了保證三維模型能真實的顯示現實中零件的原貌，課件開發(fā)中還采用了電子圖板軟件進行輔助設計，以便為在Autodesk、3ds Max中建立三維模型提供了詳細的數據。
七、裝配仿真過程的設計與實現
首先，在Java 3D環(huán)境下建立三維程序場景圖。之后在場景圖基礎上，建屯一個根節(jié)點(objRoot)，在下邊就可加入BranchGroup節(jié)點來進行三維坐標系的建立。并將總體的group節(jié)點作為所有零件部件的坐標系統(tǒng)，其它子坐標系都以它為父節(jié)點進行連接。 #p#page_title#e#
其次，建立時間軸。Java 3D是利用Alpha對象完成對時間軸的建立，并通過它來完成對動畫過程中的時間控制。Alpha通過適當的設置參數可以實現5種時段：起始延段、上升時段、高位時段、下降時段、低位時段，而其組合起來就是總體的時間周期。
此外要進行內插器的選擇。內插器是Java 3D專門提供用來對動畫實現所提供的一個抽象類，在它的子類或者孫類中，包括位移，轉動顏色、比例等多種三維操作。左側為裝配前的情況，右側為裝配后的情況。
八、結論和體會
本課件實現了虛擬零件在Java 3D環(huán)境中的虛擬建模和裝配仿真，將實體可視化，動態(tài)化，把以前死板的零件賦予了新的生命，即為此次課件開發(fā)所追求的最終目標。
