虚拟装配及仿真实验解决方案

    虚拟装配是虚拟制造的重要组成部分，利用虚拟装配，可以验证装配设计和操作的正确与否，以便及早的发现装配中的问题，对模型进行修改，并通过可视化显示装配过程。虚拟装配系统允许设计人员考虑可行的装配序列，自动生成装配规划，它包括数值计算、装配工艺规划、工作面布局、装配操作所模拟等。现在产品的制造正在向着自动化、数字化的反向发展，虚拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节。

　  虚拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。通常有2种定义：

　　1.虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产品设计合理性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型重新进行定位、分析过程。

　　2.虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。

       为保证虚拟装配的准确性，华创同行通过对实景进行三维数据进行获取。

      1.大型建筑采用中距三维激光扫描仪及无人空倾斜摄影测量获取厂区、厂房、建筑等大尺寸空间数字资料。

      2. 厂房内的大、中型设备采用中距三维激光扫描仪、复杂异性的设备采用手持型三维激光扫描仪及多视角近景摄影测量技术进行数字采集。

     成果数据：

•      厘米级的三维实景模型、建筑厂房三维点云数据、三维模型数据。

•      毫米级的设备类高精度三角网模型以及三维彩色设备模型。

     基于虚拟现实技术的虚拟装配仿真验证系统是将CAD建模技术、虚拟现实协同技术、用户界面应用、设计过程和虚拟仿真验证结合起来，形成一个基于沉浸式虚拟现实显示与实时交互环境的产品设计和仿真验证系统。

  虚拟装配的一般过程虚拟装配不是三维模型的简单堆砌，虚拟装配过程要求在产品零部件三维模型完成后，根据零部件之间的约束条件、层次关系与装配关系，在虚拟现实环境中进行一系列的设计组装；这一过程必须包含足够的信息来支持装配决策，以判断零部件之间的可装配性。通过公差分析确定各零部件对象之间的公差分配，选择出最佳的装配顺序，并在此基础上进行相应的装配检验，从而对不合理的装配进行修改，达到优化设计的目的。

　虚拟装配是在交互式虚拟装配环境中，用户使用各类交互设备（数据手套/位置跟踪器、鼠标/键盘、力反馈操作设备等） 像在真实环境中一样对产品的零部件进行各类装配操作，从而使得用户能够对产品的可装配性进行分析、对产品零部件装配序列进行验证和规划、对装配操作人员进行培训等。虚拟装配技术是多门技术的融合。从本质上讲它主要实现了两个层次的映射，即底层用产品数字化模型映射了产品物理模型，顶层用虚拟的装配仿真过程映射了真实的装配过程。

　　虚拟装配的分类按照实现功能和目的的不同，可以分为如下三类：

　　1、以产品设计为中心的虚拟装配：虚拟装配是在产品设计过程中，为了更好地帮助进行与装配有关的设计决策，在虚拟环境下对计算机数据模型进行装配关系分析的一项计算机辅助设计技术。基本任务就是从设计原理方案出发在各种因素制约下寻求装配结构的最优解，由此拟定装配草图。

　　2、以工艺规划为中心的虚拟装配：针对产品的装配工艺设计问题，基于产品信息模型和装配资源模型，采用计算机仿真和虚拟现实技术进行产品的装配工艺设计，从而获得可行且较优的装配工艺方案，指导实际装配生产。

　　3、以虚拟原型为中心的虚拟装配：虚拟原型是利用计算机仿真系统在一定程度上实现产品的外形、功能和性能模拟，以产生与物理样机具有可比性的效果来检验和评价产品特性。

设备操作培训

面对大型和昂贵的工业设备，其占地面积广，流程复杂，管制严格，学生很难有机会反复学习和参观工厂的设备和设施，更没机会学习各类设备的操作培训。通过VR技术，可以在虚拟场景中，对各种工业设备的结构进行拆装、模拟工作原理和操作流程进行无线反复练习。

仿真教学课件

区别于传统纸质教材和电子教材，仿真教学课件更立体直观、更清晰课件、更触手可得、更充满想象和真实，完美的融合文字、图片、音频、视频、动画、3D等教学素材。利用其沉浸感和互动性强的特点不但能够给学生带来强烈、逼真的多感官冲击，获得身临其境的体验，更好的理解和学习抽象知识的原理。我们为天津大学建筑系开发的《建筑遗产测绘基本技能虚拟仿真实验》课程获评教育部国家级一流本科课程。建筑遗产测绘在学术研究、建筑创作、遗产保护、文化传播与传承、人才培养等方面都有重要的社会意义。在建筑教育中，对知识结构优化、专业技能提高、创新能力培养、综合素质养成有举足轻重的作用。