機(jī)電產(chǎn)品裝配過程虛擬仿真課件的研究與開發(fā)
虛擬裝配技術(shù)是一項(xiàng)全新的設(shè)計(jì)概念，是虛擬制造中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段進(jìn)行預(yù)裝、驗(yàn)證裝配工藝的正確性等多個(gè)方面，是利用計(jì)算機(jī)三維建模技術(shù)模擬生成與實(shí)體零件相同的模型，并可以按照用戶需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)裝配的一門新興的三維應(yīng)用技術(shù)。以單級(jí)減速器裝配過程為例，介紹用Java3D構(gòu)造虛擬場(chǎng)景，進(jìn)行單級(jí)減速器裝配仿真和信息交互課件開發(fā)技術(shù)。
一、虛報(bào)零件裝配仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀
虛擬裝配(virtual—assembly VA)技術(shù)是虛擬制造技術(shù)中的一個(gè)重要分支，通過計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品裝配過程和裝配結(jié)果進(jìn)行分析和仿真，評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)產(chǎn)品模型，做出與裝配相關(guān)的工程決策。虛擬裝配的實(shí)現(xiàn)有助于對(duì)產(chǎn)品零部件進(jìn)行虛擬分析和虛擬設(shè)計(jì)。有助于解決零部件從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)所出現(xiàn)的技術(shù)問題，以達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
二、虛擬零件裝配仿真課件開發(fā)的應(yīng)用前景
虛擬零件裝配仿真課件是真實(shí)虛擬軟件在教學(xué)中的一個(gè)范本。課件可以根據(jù)教學(xué)的需要，設(shè)定一個(gè)項(xiàng)目及對(duì)象，然后按其現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行模擬，同樣可以達(dá)到仿真的效果。利用3D建模技術(shù)，拉近了與真實(shí)零件的距離，并且可通過鼠標(biāo)鍵盤進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)操作，全方位觀察零件，使教學(xué)過程形象化。通過直觀教學(xué)，使學(xué)生建立起一個(gè)全新的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)員工進(jìn)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(shù)在教學(xué)活動(dòng)中是一門很有前途的新興技術(shù)，將會(huì)越來越受到重視。
三、課件運(yùn)行環(huán)境及主要開發(fā)工具
系統(tǒng)運(yùn)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(shù)
(一)裝配仿真技術(shù)。裝配仿真技術(shù)就是將現(xiàn)實(shí)中的零件裝配過程通過各個(gè)模型的三維運(yùn)動(dòng)虛擬演示出來，方便用戶進(jìn)行觀察和調(diào)試。這項(xiàng)技術(shù)主要是利用形體的組合技術(shù)和動(dòng)畫編程技術(shù)兩部分完成的。
(二)交互技術(shù)。零件的虛擬裝配如果只是演示的話，會(huì)給人感覺很死板，沒有牛命感。而交互實(shí)現(xiàn)技術(shù)使用戶可以真正的走入程序中，按自己的意愿操作程序。可以更好地發(fā)展軟件的延伸性。
(三)三維建模技術(shù)?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)建模技術(shù)在制造業(yè)中已經(jīng)大量應(yīng)用，很多優(yōu)秀的三維軟件都在建模上有著各自的特點(diǎn)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(xiàn)虛擬裝配技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，因此課件應(yīng)只有三個(gè)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(xué)。
六、操件開發(fā)主要內(nèi)容
(一)主界面設(shè)計(jì)。“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(dòng)畫演示區(qū)和文本說明區(qū)兩部分組成。通過對(duì)動(dòng)畫演示區(qū)的觀察和調(diào)配。達(dá)到對(duì)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(gè)部件或者裝配過程的具體含義，兩個(gè)區(qū)相輔相成，可以同時(shí)被用戶進(jìn)行操作，以達(dá)到所需的技術(shù)要求。
《單級(jí)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(gòu)造見圖2。
圖1 主界面
圖2 主界面區(qū)域結(jié)構(gòu)
(二)虛擬零件的建模實(shí)例。首先，對(duì)零件的各個(gè)部件進(jìn)行劃分，將它們分為減速體上體、減速體下體、主動(dòng)齒輪軸、從動(dòng)齒輪軸、主動(dòng)輪軸承和從動(dòng)輪軸承。共六大部分8個(gè)零件，還有些緊固件。在對(duì)現(xiàn)實(shí)中各個(gè)部件進(jìn)行測(cè)量后，按照一定的比例尺，將其繪制出各個(gè)視圖。
為了保證三維模型能真實(shí)的顯示現(xiàn)實(shí)中零件的原貌，課件開發(fā)中還采用了電子圖板軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，以便為在Autodesk、3ds Max中建立三維模型提供了詳細(xì)的數(shù)據(jù)。
七、裝配仿真過程的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
首先，在Java 3D環(huán)境下建立三維程序場(chǎng)景圖。之后在場(chǎng)景圖基礎(chǔ)上，建屯一個(gè)根節(jié)點(diǎn)(objRoot)，在下邊就可加入BranchGroup節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行三維坐標(biāo)系的建立。并將總體的group節(jié)點(diǎn)作為所有零件部件的坐標(biāo)系統(tǒng)，其它子坐標(biāo)系都以它為父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。 #p#page_title#e#
其次，建立時(shí)間軸。Java 3D是利用Alpha對(duì)象完成對(duì)時(shí)間軸的建立，并通過它來完成對(duì)動(dòng)畫過程中的時(shí)間控制。Alpha通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)置參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)5種時(shí)段：起始延段、上升時(shí)段、高位時(shí)段、下降時(shí)段、低位時(shí)段，而其組合起來就是總體的時(shí)間周期。
此外要進(jìn)行內(nèi)插器的選擇。內(nèi)插器是Java 3D專門提供用來對(duì)動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)所提供的一個(gè)抽象類，在它的子類或者孫類中，包括位移，轉(zhuǎn)動(dòng)顏色、比例等多種三維操作。左側(cè)為裝配前的情況，右側(cè)為裝配后的情況。
八、結(jié)論和體會(huì)
本課件實(shí)現(xiàn)了虛擬零件在Java 3D環(huán)境中的虛擬建模和裝配仿真，將實(shí)體可視化，動(dòng)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(biāo)。
