虚拟装配关键技术及其仿真应用的研究

1、分类号 UD C 密级 单位代码! Q 1 51 虚拟装配关键技术及其仿真应用的研究 魏巍 指导教师郭晨职称 学位授予单位 教授 大连海事大学 申请学位级别工学博士 学科( 专业)交通信息工程及控制 论文完成日期2 0 1 3 年9 月 答辩日期2 0 1 3 年1 2 月 答辩委员会主席 R e s e a r cho nt h eK e y T e ch n o lo g yo fV ir t u a lA s s e m b lya n d S im u la t io nA p p lica t io n s D is s e r t a f io nS u b m it t e dt

2、 o D a lia nM a r it im eU n iv e r s it y I np a r t ia lf u lf illm e n to ft h er e q u ir e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f D o ct o ro fE n g in e e r in g b y W e i W e i ( T r a f f ic I n f o r m a t io na n dC o n t r o lE n g in e e r in g ) D is s e r t a t io nS u p e r v is o r ：P r

3、o f e s s o rG u oC h e n S e p t e m b e r2 01 3 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博士学位论文= = 虐垫装醒羞毽堇丕区墓笾真廑旦鲤班窥： 。除论文中已 经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发 表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、

4、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密( 请在以上方框内打， 论文作者签名2

5、鹭b 勤导师签名： 日期：2 0 1 3 年1 2 月0 7 日 都 创新点摘要 创新点摘要 1 在虚拟装配系统零部件模型构建中，提出了带公差信息的模型数据提取和 重构方法。在传统模型层次结构基础上，提出了公差信息层和工程辅助信息层的 构建方法，给出了模型各层次间信息的提取和映射方法。仿真实验表明，所提出 的带公差信息模型构建方法能够满足系统模型实时渲染的需求；模型中提供的公 差等工程语义信息，可随模型几何面进行可视化的随动变换，并能够参与到系统 的后续计算中。 2 给出了基于公差约束的碰撞检测方法和碰撞响应策略：提出了对模型采取 基于体压缩的切分方法，将包围体与模型表面紧密包围，以此构建平衡

6、二叉树。 给出了空间剖分与压缩包围体相结合的碰撞检测方法，提高了检测效率。提出了 基于碰撞顶点估算的穿透深度的计算方法。提出了将碰撞最大穿透深度与零部件 公差信息进行比对来判断碰撞是否合理的响应策略：对于公差范围内的碰撞，认 为是合理的；对于超过公差范围的碰撞，需要进行碰撞响应，避免进一步的穿透 失真。仿真实验表明，所提算法的平均检测时间明显优于一般层次包围体算法； 最大穿透深度与公差范围比对的碰撞响应策略，可有效避免绝对尺寸不一致而造 成的无法装配情况。 3 提出了基于蚁群和遗传混合求解装配序列规划的方法。给出了控制两种算 法互相调度的最佳融合策略。在求解装配序列的过程中，提出了综合装配成本

7、的 概念，考虑了装配工具变更、方向改变以及自定义的其他装配准则对装配成本求 解所带来的影响。给出了智能优化算法与虚拟装配技术相结合的仿真策略：将求 得的最优装配序列在虚拟装配中进行仿真验证，并将验证中存在的问题以装配准 则的形式反馈给混合算法，以对后续计算产生影响。仿真实验表明，所提的混合 算法在执行效率上优于单独的蚁群算法和遗传算法；基于智能优化算法与虚拟装 配相结合的仿真策略，符合实际装配的要求。 中文摘要 摘要 虚拟装配基于虚拟现实技术，在虚拟空间中构建产品的虚拟样机，使操作者 身临其境的对产品设计的合理性和规范性、装配的可行性和难易度等因素开展可 感知的验证研究。这对提高产品的研发速度

8、，降低装配测试和培训成本，具有重 要意义。然而，当前大多虚拟装配系统中，缺少公差等工程语义信息和装配规划 辅助信息，造成系统普遍存在“仿而不真”和“装配无序”的现象，无法大规模 推广实用。本文针对虚拟装配中的关键技术进行研究，并以某型号船用发动机为 应用背景，仿真验证了所提的各项研究内容。 研究带公差信息的零部件模型构建与公差信息可视化的方法。在传统零部件 模型层次结构基础上，提出了公差信息层和工程辅助信息层结构定义，给出了模 型各层次间信息的提取和映射方法。论述了零部件静态公差和动态公差的表述方 式和应用范围，给出了静态公差与零部件的随动变换计算方法。研究带公差信息 的零部件模型间的碰撞检测

9、方法。提出了基于体分解的空间层次包围体表达方法， 给出了压缩包围体冗余空间的算法。结合空间剖分技术，对装配局部空间进行剖 分遍历，快速检测发生包围盒重叠区域。给出碰撞穿透深度的计算方法，依据此 深度值与零部件公差范围进行比对，从而产生不同的碰撞响应策略。研究了零部 件模型约束定位和多约束动态管理的方法。给出了模型间约束与几何元素的对应 关系，约束几何元素间的距离及角度计算方法，约束识别的准则，及自由度归约 与冗余约束检测的方法。给出了三类复合约束的定位方法，提出了约束动态管理 的方法。研究了智能装配序列规划与装配仿真相结合的方法。提出了基于蚁群和 遗传混合算法求解序列规划的方法。采用最佳融合策

10、略，动态的调度两种算法的 执行。提出了综合装配成本的概念，在计算中将装配中的工具变更，方向改变以 及白定义装配因素考虑在内。给出了最优序列与装配仿真系统相结合的方法，将 仿真装配中产生的问题作为装配准则，反馈给寻优算法，对其后续计算产生影响。 关键词：虚拟装配；公差约束；装配序列规划；仿真应用 英文摘要 A B S T R A C T V ir t u a l a s s e m b ly ，b a s e do nv ir t u a lr e a lit yt e ch n o lo g y ，co u ldm a k et h eo p e r a t o r ca r r yo nt

11、h ep e r ce iv e dv e r if ica t io nr e s e a r chd ia m e t r ica llya im e da tt h et h er a t io n a lit y a n ds p e cif ica t io no ft h ep r o d u ctd e s ig n ，a n df e a s ib ilit ya n de a s eo fa s s e m b lya n do t h e r f a ct o r sb yb u ild in gv ir t u a lp r o t o t y p e so fp r o

12、 d u ct sina nim m e r s iv ev ir t u a le n v ir o n m e n t I th a st h eim p o r t a n ts ig n if ica n cet o im p r o v ep r o d u ctd e v e lo p m e n ts p e e d ，lo w e r a s s e m b lyt e s t in ga n dt r a in in gco s t s A tp r e s e n t ，h o w e v e r ，t h e r ea r en oe n g in e e r in g

13、s e m a n t icin f o r m a t io ns u cha st o le r a n cea n da s s e m b lyp la n n in ga u x ilia r yin f o r m a t io nin m o s tv ir t u a l a s s e m b lys y s t e m ，w h ichr e s u lt sint h ep h e n o m e n o no f lik eb u td on o t r e a lly a n d a s s e m b lyd is o r d e r e x is t in gu

14、b iq u it o u s lya n dt h es y s t e mco u ldn o tb e la r g e - s ca lep r o m o t io na n dp r a ct ica la p p lica t io n I nt h isp a p e r ，t h ek e yt e ch n o lo g ie so f v ir t u a l a s s e m b lya r es t u d ie da n dv a r io u ss t u d yco n t e n t sp r o p o s e da r es im u la t e da

15、 n d t e s t e db a s e do na p p lica t io nb a ck g r o u n do fce r t a inm a r in ee n g in e T h eco n s t r u ct io nm e t h o do fp a r tm o d e lw it ht o le r a n cein f o r m a t io na n dt h e v is u a liz a t io nm e t h o do ft o le r a n ce sin f o r m a t io nh a v e b e e ns t u d ie

16、 d T h ela y e r so f t o le r a n cea n de n g in e e r in ga u x ilia r yin f o r m a t io na r ep r o p o s e db a s e do nt r a d it io n a lla y e r s t r u ct u r eo fp a r tm o d e la n dt h em e t h o d so fe x t r a ct in gin f o r m a t io na n de s t a b lis h in gm a p r e la t io n s h

17、ipa im e da te a chla y e ra r ee la b o r a t e d T h ee x p r e s s io nm o d ea n da p p lica t io n s co p eo fs t a t ic a n dd y n a m ict o le r a n cea r ed is cu s s e da n dt h ef o llo w e rt r a n s f o r m ca lcu la t io nm e t h o do ft h es t a t ict o le r a n cea n dp a r t sisg iv

18、e n T h eco llis io nd e t e ct io n m e t h o do fp a r tm o d e lw it ht o le r a n cein f o r m a t io nisd is cu s s e d T h ee x p r e s s io nm e t h o do f t h es p a ceh ie r a r ch ica lb o u n d in gv o lu m eb a s e do nt h ev o lu m ed e co m p o s it io nisp r o p o s e d a n dr e d u n

19、 d a n ts p a ceco m p r e s s in ga lg o r it h mo ft h eb o u n d in gv o lu m eisd e m o n s t r a t e d T h eo v e r la pr e g io no fb o u n d in gb o x e sisd e t e ct e dr a p id lyb yt r a v e r s in ga s s e m b lylo ca l s p a cep a r t it io nce ll w h ichisd iv id e db yt h et e ch n o l

20、o g yo fs p a ces u b d iv is io n T h e m e t h o do fca lcu la t in gco llis io n p e n e t r a t io nd e p t hisp r o v id e da n da cco r d in gt o co m p a r in gt h isd e p t hv a lu ew it ht h et o le r a n cer a n g eo ft h ep a r t ，d if f e r e n tco llis io n r e s p o n s es t r a t e g

21、ie sa r eo b t a in e d T h ep a r tp o s it io n in gm e t h o db a s e do nco n s t r a in ta n d m u lt i- co n s t r a in td y n a m ic m a n a g e m e n ta p p r o a cha r es t u d ie d T h eco r r e s p o n d e n ce 英文摘要 r e la t io n s h ipb e t w e e nt h eco n s t r a in ta n dg e o m e t r

22、 ica l e le m e n to fp a r t ，t h ed is t a n cea n d a n g e l ca lcu la t io nm e t h o db e t w e e ng e o m e t r ic e le m e n t sco n s t r a in e d ，t h ecr it e r iao f co n s t r a in tr e co g n it io n ，a n dt h em e t h o d so fd e g r e eo ff r e e d o mr e d u ct io na n dd e t e ct i

23、n g t h er e d u n d a n tco n s t r a in ta r ee la b o r a t e d T h ep o s it io n in gm e t h o d so ft h r e ek in d so f co m p o s it eco n s t r a in t s a r ee x p la in e da n dt h ed y n a m icm a n a g e m e n ta p p r o a cho f co n s t r a in tisp r o p o s e d T h eco m b in a t io nm

24、 e t h o do fin t e llig e n ta s s e m b lys e q u e n ce p la n n in ga n da s s e m b lys im u la t io niss t u d ie d T h eh y b 耐a lg o r it h mb a s e do na n tco lo n y a n dg e n e t ica lg o r it h m sisp r o p o s e dt os o lv et h ea s s e m b lys e q u e n cep la n n in g T h ea n t c0 1

25、 0 n va n dg e n e r a t ica lg o r it h m sa r es ch e d u le dd y n a m ica llyb yt h eb e s ta lg o r it h mf u s io n s t r a t e g y T h eco n ce p to fin t e g r a t e da s s e m b lyco s t sisp r o p o s e da n dt h ech a n g e so f t h e t o o la I ldt h ed ir e ct io n ，a n ds o m ecu s t o

26、 ma s s e m b lyf a ct o r sa r et a k e nin t oa cco u n tint h e ca lcu la t io no fin t e g r a t e da s s e m b lyco s t s T h em e t h o do fco m b in a t io nb e t w e e no p t im a l s e q u e n cea n da s s e m b lys im u la t io ns y s t e misillu s t r a t e da n dt h ep r o b le m sg e n

27、e r a t e din t h ea s s e m b lys im u la t io nco u ldb ea sa s s e m b lycr it e r io nt of e e d b a ckt ot h eo p t im iz in g a lg o r it h mf o rin f lu e n cin gt h ef o llo w - u pca lcu la t io n K e yW o r d s ：V ir t u a lA s s e m b ly ；T o le r a n ce C o n s t r a in t ；A s s e m b ly

28、S e q u e n ce H a n n in g ；S im u la t io nA p p lica t io n 目录 目录 第1 章绪论 1 1 1 题目来源及研究意义 1 1 1 1 题目来源 1 1 1 2 研究意义 1 1 2 虚拟装配技术概论 4 1 2 1 虚拟装配技术的提出 4 1 2 2 国内外研究概况 7 1 2 3 虚拟装配关键技术 1 2 1 2 4 本文研究的主要问题 2 0 1 3 本文章节安排 2 2 第2 章虚拟装配中基于公差表达的零部件建模方法 2 4 2 1 带公差信息的零部件建模要求 2 6 2 1 1 一般模型构建的基本要求 2 6 2 1 2

29、 带公差信息的模型构建基本要求 2 7 2 2 带公差信息的零部件建模方法 3 0 2 2 1 带公差信息的模型层次结构 3 0 2 2 2 带公差信息的模型建模优点 3 4 2 3 带公差信息的零部件模型实现方法 3 6 2 3 1 模型信息的提取 3 6 2 3 2 层次间的映射 4 2 2 3 3 公差信息的表述 4 5 2 3 4 模型层次构建算法 4 8 2 4 虚拟装配中带公差零部件模型构建实例 5 0 2 5 小结 5 2 第3 章虚拟装配中基于公差约束的碰撞检测方法 5 3 3 1 问题的描述 5 3 3 2 虚拟零部件模型表达 5 7 3 3 空间包围体的定义 5 8 3 3

30、 1 构建基于体分解的空间包围体层次 5 9 3 3 2 冗余面片的索引 6 0 3 3 3 包围体空间压缩算法 6 2 目录 3 3 4 碰撞模型的构建 6 4 3 3 5 静态空间环境的剖分 6 5 3 4 碰撞检测与碰撞深度的计算 6 5 3 4 1 碰撞检测 6 5 3 4 2 碰撞穿透深度和方向的计算 6 8 3 4 3 公差与穿透范围的比对 7 7 3 5 仿真效果与实验分析 7 9 3 6 小结 8 3 第4 章虚拟装配中约束装配的实现和约束动态管理的方法 8 4 4 1 约束装配实现的整体流程 8 5 4 2 约束类型与运动的自由度关系 8 7 4 2 1 约束中的几何元素与坐

31、标变换 8 7 4 2 2 约束几何元素间的距离和角度计算 9 1 4 2 3 约束识别的准则与运动自由度的归约 9 7 4 2 4 冗余约束的检测与约束的动态管理 1 0 5 4 2 5 复合约束的装配方法 1 1 0 4 2 6 约束的确认 1 1 5 4 3 零部件空间运动约束导航的方法 1 1 6 4 3 。1 虚拟手与零部件的位姿关系 1 1 6 4 3 2 装配意图的识别 1 1 7 4 3 3 装配的精确定位 1 l8 4 4 约束装配仿真实例 1 1 9 4 5 小结 1 2 1 第5 章虚拟装配中基于蚁群遗传混合算法的装配序列规划方法 一1 2 2 5 1 装配序列规划系统的

32、整体架构 1 2 3 5 2 装配规划模型信息的获取 1 2 5 5 2 1 装配有向图的定义 1 2 6 5 2 2 装配方向干涉矩阵 一1 2 8 5 2 3 装配优先约束表 一1 3 0 5 3 基于蚁群遗传混合算法的A S P 寻优 1 3 2 5 3 1 基于蚁群算法的A S P 求解 1 3 2 5 3 2 基于遗传算法的A S P 寻优 1 4 2 5 3 3 基于蚁群遗传混合算法的A S P 求解 1 4 6 目录 5 4 交互式规划与评价 1 4 8 5 4 1 交互式装配规划的流程 一1 4 8 5 4 2 装配知识评价与自定义装配准则 一1 5 0 5 5 装配序列规划实

33、例 1 5 1 5 6 _ 、结 15 7 结论 15 8 参考文献 1 6 1 攻读学位期间公开发表论文 17 4 致 射 17 5 作者简介 1 7 6 虚拟装配关键技术及其仿真应用的研究 1 1 题目来源及研究意义 第1 章绪论 1 1 1 题目来源 本课题来源于国家自然科学基金( 6 1 0 7 4 0 5 3 ) “船舶航向与主推进非线性耦合 M I M O 系统的智能自适应控制”和交通运输部应用基础研究项目( 2 0 11 - 3 2 9 2 2 5 3 9 0 ) “船舶安全航行操纵与主推进联合智能控制的研究”。本课题作为其中的一个子 项目开展研究。 1 1 2 研究意义 装配是

34、产品制造的重要环节。它是将一系列相关零部件通过一定的装配工具 和流程，按照明确的技术要求和精度标准组装在一起，形成最终产品。这个环节 的重要性在于，它是整个产品制造过程的最后一步，而这一步占据了产品制造环 节大量的人力和物力。W o m a ck 等 1 】曾在上世纪9 0 年代初对工业化国家的制造业 用工时间做了统计研究，结果表明：装配环节的用工量占据产品生产总工时的 2 0 3 0 ，约有三分之一的人力在产品的制造中从事与装配相关的工作，装配所 用成本约占产品生产总成本的4 0 。装配成功，将使产品研发、制造过程的全部 人力财力投入变成可以实现的价值。若失败，将使此前的全部努力毁于一旦，化

35、 作乌有。 装配问题，包括装配设计和装配实现两个方面。装配设计，是在设计阶段对 零部件组织的规划编制。装配实现，则是对零部件组织的最终完成。装配设计的 合理性，是装配实现的基础。装配实现的可行性，是装配设计的最终目标。这两 者在产品研制的全部过程中，往往需要反复的验证和修改。在产品的研发阶段， 如何加快设计验证的速度，降低验证的成本，是产品设计者必须面对的问题和追 求的目标。在产品定型后的制造阶段，如何减少培训成本，加快熟练装配工人的 培训，是产品制造商必须面对的问题和追求的目标。对于前者，传统的解决办法 是制造物理样机。对于后者，通用的方法是对定型产品样机的拆卸重装训练。这 第1 章绪论 种

36、基于物理样机的装配验证和装配培训方式，不可避免地延迟产品研发进度，增 加研发和培训成本。长期以来，寻找新办法，解决产品特别是对大型装备产品在 研发和制造过程中所遇到的装配问题，成为研究人员的探索目标。 虚拟现实( V r it u a lR e a lit y ，V R ) 技术的发展为研究人员探索解决工业制造领 域内产品的装配问题带来新的思路，虚拟装配( V ir t u a lA s s e m b ly ，V A ) 技术由此 产生。所谓虚拟装配，国内外研究机构对其有不同的定义和描述，J a y a r a m 2 】等将 其定义为：无需产品或支撑过程的物理实现，只需通过分析、先验模型、

37、可视化 和数据表达等手段，利用计算机工具来安排或辅助进行与装配有关的工程决策。 K im 等【3 】将虚拟装配描述为：使用三维沉浸设备、用户接口和自然人的动作来装配 C A D 零部件模型。该描述明确了虚拟装配系统中必须包括的基本要素：沉浸接口 及人机交互。北京理工大学的宁汝新教授【4 】对虚拟装配技术作了更清晰准确的表 述：利用虚拟现实技术建立一个拟实的多模式( 如视觉、听觉、触觉等) 仿真环 境，由装配工艺设计人员根据经验、知识和实际条件在虚拟环境中建立产品零部 件的装配序列和空间装配路径，选择工装、量具，确定装配操作方式，通过多种 传感装置分析装配过程中的各种人机工程问题，在可视化装配环

38、境中分析各种工 艺方法的优劣和实用性，最终得到一个合理、经济、符合实际生产需求的产品装 配工艺。典型的虚拟装配系统的基本构成如图1 1 所示。 虚拟现实系统具有“沉浸感”( I m m e r s iv e ) 禾N “交互性”( I n t e r a ct iv e ) 等特征，装 配者可以在虚拟的环境中，对存在于虚拟空间中的零部件进行装配操作。通过数 据手套、位姿跟踪器以及力反馈装置等人机交互设备，获取并操作现实中并不存 在的虚拟零部件，逐步完成产品的装配操作，并获得直接的装配感知和装配体验。 虚拟装配技术允许装配者在装配的过程中将已有的装配经验应用于当前的装配， 更直接的感知产品设计的

39、装配难易程度，以便提出更好的装配设计方案。运用虚 拟装配技术可以在产品的开发制造过程中对零部件进行装配仿真，对产品设计的 装配可行性进行分析验证，对零部件的工艺进行优化，对装配工人进行便捷有效 的培训，进而缩短产品开发周期，提高产品的生产效率，这对虚拟制造等先进制 虚拟装配关键技术及其仿真应用的研究 造模式的发展将产生深远的影响。 虚拟装配技术为解决产品，特别是大型复杂产品的装配设计与制造问题，提 供了一种新的、低成本的解决方法。深入研究虚拟装配技术，对于提高我国大型 装备研发制造能力，增强国家创新能力，加快提高我国工业现代化水平，都具有 重大而现实的意义。 C A D 软件律模 篷懋型型警缓

40、潮函盗掣 r 高笆冀笋影 屏幕 设备 ” 立体眼镜 半 9 一由口 睁移翊恚 警J 零 投影显不砹备 图1 1 虚拟装配系统构建原理图 F ig 1 1C o n s t it u t io no fv ir t u a la s s e m b lys y s t e m 1 9 9 5 年，美国华盛顿州立大学S a n k a rJ a y a r a m 等【5 击1 与美国国家标准技术研究 所联合研发了世界上第一个虚拟装配系统( V ir t u a lA s s e m b lyD e s ig nE n v ir o n m e n t ， V A t ) E ) 。随后，世界各国

41、的科研机构对虚拟装配技术均开展了一定的研究，并取 得了许多研究成果。我国对虚拟装配技术的研究工作可追溯至上世纪9 0 年代末， 浙江大学C A D & C G 国家重点实验室万华根等7 1 研发了V A D A S 系统，设计者通过 直接的三维操作和语音命令建立机械零部件的模型，通过拆装操作来验证零部件 一鬟 一 一 一像 位 摄 定 踪置 指置 跟装 手装 学 学 一光 光 第1 章绪论 的装配顺序设计的合理性并可获得装配的路径信息。这些系统虽然可以对零部件 的装配任务进行一定程度上的虚拟仿真，然而，系统大多基于理想的零部件模型 尺寸，对实际产品设计和制造过程中的工程语义信息并没有过多的考虑

42、，缺少装 配模型的公差信息，而在实际的装配中，公差信息对零部件是必不可少的。公差 信息等工程语义信息的缺失导致现阶段开发的虚拟装配系统无法对装配的有效性 和精确度开展验证和评估，同时，还造成原本在现实世界中可以装配的零部件， 在虚拟装配系统中却无法实现装配等“仿而不真”等现象频繁发生。因此，将公 差等工程语义信息构建在虚拟装配系统中，是突破虚拟装配系统无法实用化瓶颈 的重要技术环节，也是当前虚拟装配技术中重要的研究内容。 本课题对在虚拟装配系统中如何构建带公差等工程语义信息的装配模型的方 法，以及带公差信息装配模型之间的碰撞检测和碰撞响应等关键技术进行了深入 的研究；对装配系统中模型的约束定位

43、及多约束的动态管理，进行了较为全面的 探讨；对将智能优化算法求解的装配序列与虚拟环境下装配仿真有机结合的方法， 进行了深入的研究。课题以船用某型号发动机为应用背景，对所提的虚拟装配关 键技术进行了仿真验证，并取得了较好的效果。 1 2 虚拟装配技术概论 1 2 1 虚拟装配技术的提出 传统的装配工艺规划，通过人工编制的方法，对产品的零部件进行工艺装配 设计。这种方法要求设计人员具有高超的设计技术及丰富的装配经验。设计结果 的优劣通常因人而异，设计的规范性往往得不到保障。且人工编制的方法过程极 其繁琐，设计周期较长，优化困难，一旦发生错误，更改的成本极高。上世纪7 0 年代，以C A M I 公

44、司推出了以C A M I SA u t o m a t e dP r o ce s sP la n n in g 系统为代表的 计算机辅助工艺设S t ( C o m p u t e rA id e dP r o ce s sP la n n in g ，C A P P ) 技术】。该技术将 零部件的形状、尺寸等几何信息以及材料、批量等工艺信息一并输入计算机中， 由计算机自动输出零部件的工艺文件，包括工艺路线和工序内容等，极大的缓解 了产品零部件设计对人工技术的过度依赖问题，并规范了零部件产品设计的流程。 虚拟装配关键技术及其仿真应用的研究 C A P P 技术的成功，激励人们进一步研究零部件

45、的装配工艺规划问题。上世纪 8 0 年代，计算机辅助装配工艺规划( C o m p u t e rA id e dA s s e m b lyP r o ce s sP la n n in g ， C A A P P l1 1 0 - 1 5 1 的概念被提出。C A A P P 的核心问题是装配序列规划。设计人员在计 算机辅助下对装配的顺序进行编排规划，由计算机自动生成装配工艺文件。装配 序列规划的成功与否直接影响产品装配的总成本，包括装配的时间，装配使用的 工装夹具的数量，装配的难易程度，以及装配的劳动强度等【l6 1 。当前国内外的专 家学者在研究C A A P P 问题时，依然将重点集中在对装配序列规划的优化上。梳理 各类文献，可将典型C A A P P 方法分类如下： 1 ) 基于