机电产品装配过程虚拟仿真课件的研究与开发

虚拟装配技术是一项全新的设计概念，是虚拟制造中的一项关键技术，可用于产品设计阶段进行预装、验证装配工艺的正确性等多个方面，是利用计算机三维建模技术模拟生成与实体零件相同的模型，并可以按照用户需求进行动态装配的一门新兴的三维应用技术。以单级减速器装配过程为例，介绍用Java3D构造虚拟场景，进行单级减速器装配仿真和信息交互课件开发技术。

一、虚报零件装配仿真技术的研究现状

    虚拟装配(virtual—assembly VA)技术是虚拟制造技术中的一个重要分支，通过计算机对产品装配过程和装配结果进行分析和仿真，评价和预测产品模型，做出与装配相关的工程决策。虚拟装配的实现有助于对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计。有助于解决零部件从设计到生产所出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期。

二、虚拟零件装配仿真课件开发的应用前景

    虚拟零件装配仿真课件是真实虚拟软件在教学中的一个范本。课件可以根据教学的需要，设定一个项目及对象，然后按其现场的情况进行模拟，同样可以达到仿真的效果。利用3D建模技术，拉近了与真实零件的距离，并且可通过鼠标键盘进行实时互动操作，全方位观察零件，使教学过程形象化。通过直观教学，使学生建立起一个全新的现场指导员工进行装配操作的可视化管理环境和理念。由此可见，虚拟装配技术在教学活动中是一门很有前途的新兴技术，将会越来越受到重视。

三、课件运行环境及主要开发工具

    系统运行环境：本系统的开发采用Windows XP SP2中文版操作系统。

    系统开发工具：Java：Jcreator Pro；3DS MAX。

四、课件开发主要技术

    (一)装配仿真技术。装配仿真技术就是将现实中的零件装配过程通过各个模型的三维运动虚拟演示出来，方便用户进行观察和调试。这项技术主要是利用形体的组合技术和动画编程技术两部分完成的。

    (二)交互技术。零件的虚拟装配如果只是演示的话，会给人感觉很死板，没有牛命感。而交互实现技术使用户可以真正的走入程序中，按自己的意愿操作程序。可以更好地发展软件的延伸性。

    (三)三维建模技术。现在，计算机建模技术在制造业中已经大量应用，很多优秀的三维软件都在建模上有着各自的特点和方向．本课件主要采用的是Java 3D和Autodesk 3ds Max。

五、课件功能分析

    课件的功能主要是表现虚拟装配技术的实现，因此课件应只有三个功能：一是演示功能；二是操作功能；三是提示功能，以便于形象化教学。

六、操件开发主要内容

    (一)主界面设计。“基于Java3D的虚拟零件的装配仿真”系统的主界面是由三维动画演示区和文本说明区两部分组成。通过对动画演示区的观察和调配。达到对虚拟零件装配仿真的目的，而文本[x]的说明也可以更好的诠释每个部件或者装配过程的具体含义，两个区相辅相成，可以同时被用户进行操作，以达到所需的技术要求。

    《单级减速器装配模拟仿真》课件中的主界面见图1。主界面的区域构造见图2。

图1 主界面

图2 主界面区域结构

    (二)虚拟零件的建模实例。首先，对零件的各个部件进行划分，将它们分为减速体上体、减速体下体、主动齿轮轴、从动齿轮轴、主动轮轴承和从动轮轴承。共六大部分8个零件，还有些紧固件。在对现实中各个部件进行测量后，按照一定的比例尺，将其绘制出各个视图。
   
    为了保证三维模型能真实的显示现实中零件的原貌，课件开发中还采用了电子图板软件进行辅助设计，以便为在Autodesk、3ds Max中建立三维模型提供了详细的数据。

七、装配仿真过程的设计与实现

    首先，在Java 3D环境下建立三维程序场景图。之后在场景图基础上，建屯一个根节点(objRoot)，在下边就可加入BranchGroup节点来进行三维坐标系的建立。并将总体的group节点作为所有零件部件的坐标系统，其它子坐标系都以它为父节点进行连接。 #p#page_title#e#

    其次，建立时间轴。Java 3D是利用Alpha对象完成对时间轴的建立，并通过它来完成对动画过程中的时间控制。Alpha通过适当的设置参数可以实现5种时段：起始延段、上升时段、高位时段、下降时段、低位时段，而其组合起来就是总体的时间周期。

    此外要进行内插器的选择。内插器是Java 3D专门提供用来对动画实现所提供的一个抽象类，在它的子类或者孙类中，包括位移，转动颜色、比例等多种三维操作。左侧为装配前的情况，右侧为装配后的情况。

八、结论和体会

    本课件实现了虚拟零件在Java 3D环境中的虚拟建模和装配仿真，将实体可视化，动态化，把以前死板的零件赋予了新的生命，即为此次课件开发所追求的最终目标。