隨著世界大生產(chǎn)的發(fā)展和全球一體化的加速，制造業(yè)的競爭越發(fā)的激烈。能否快速適應(yīng)市場需求，提高核心競爭力成為一個(gè)企業(yè)生死存亡的關(guān)鍵。因此，企業(yè)必須解決好TQCSEF難題。所謂的TQCSEF問題就是用最短的產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間周期，開發(fā)出質(zhì)量最好、成本最低的產(chǎn)品，同時(shí)企業(yè)及產(chǎn)品還應(yīng)該有最優(yōu)的服務(wù)、最好的環(huán)保效果和快速的市場適應(yīng)能力來滿足顧客需求。 在產(chǎn)品的生命周期中，裝配是個(gè)重要的環(huán)節(jié)。裝配工藝的好壞，對產(chǎn)品的制造周期和最終的生產(chǎn)質(zhì)量有著極大的影響。據(jù)相關(guān)資料，設(shè)計(jì)過程用決定產(chǎn)品加工費(fèi)用的70%-80%，其中裝配費(fèi)用占到總的加工費(fèi)用的40%-50%。但目前的裝配工藝設(shè)計(jì)手段仍然比較落后，大部分企業(yè)依舊依靠技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師、工藝師完成裝配工藝設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)周期長、受設(shè)計(jì)者的知識局限性和主觀性影響較大，尤其是復(fù)雜產(chǎn)品不支持工藝的優(yōu)化求解，難以獲得最優(yōu)的裝配工藝。產(chǎn)品裝配方案好壞很大程度上取決于工藝人員的裝配知識和經(jīng)驗(yàn)，由于各人能力與水平不盡相同，導(dǎo)致手工生成的裝配規(guī)劃具有不確定因素，影響了裝配工藝的規(guī)范化。另外，隨著高速加工技術(shù)的發(fā)展、數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，使得加工效率和加工精度不斷提高。裝配和其在產(chǎn)品生命周期中的重要地位越來越不相稱，并演變成了產(chǎn)品制造中的一個(gè)瓶頸，裝配技術(shù)的提高已經(jīng)迫在眉睫。
國外發(fā)展現(xiàn)狀
由華盛頓州立大學(xué)和美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所NIST聯(lián)合開發(fā)的VADE系統(tǒng)是基于虛擬環(huán)境的工程應(yīng)用，它允許工藝人員規(guī)劃、評估、驗(yàn)證機(jī)械系統(tǒng)的裝配工藝。
Hari Srinivasan等在同一個(gè)拆卸框架下設(shè)計(jì)了多個(gè)模塊，用于選擇適當(dāng)?shù)牟鹦斗椒?、生成最?yōu)的拆卸序列、評定拆卸序列和提供修改建議。
N. Shyamsundar和Rajit Gadh研究了基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同虛擬裝配系統(tǒng)，提出一種新的幾何體表示方法-AREP(裝配體表示方法)，AREP包含4類信息(1)有向圖，表示裝配體的層次關(guān)系，(2)關(guān)系圖，(3)裝配層次信息以及(4)與單個(gè)裝配部件相關(guān)的信息。并且采用AREP方法實(shí)現(xiàn)了虛擬裝配系統(tǒng)cPAD，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同裝配設(shè)計(jì)。
Bob K.等在20世紀(jì)90年代中期建立了一個(gè)用于裝配規(guī)劃與評價(jià)的系統(tǒng)IVY( inventor virtual assembly)。IVY旨在解決先前的自動化裝配規(guī)劃系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，可以直接使用幾何模型以及分層的裝配數(shù)據(jù)進(jìn)行裝配規(guī)劃與評價(jià)，設(shè)計(jì)者使用虛擬環(huán)境設(shè)備如頭盔顯示器和六自由度跟蹤設(shè)備等與系統(tǒng)進(jìn)行交互，當(dāng)設(shè)計(jì)者在CAD軟件中設(shè)計(jì)新的零件時(shí)，IVY就可以用來交互地進(jìn)行零件可裝配性驗(yàn)證與評價(jià)。
Gadh.R等提出一種虛擬裝配系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)用幾種拆卸方法對產(chǎn)品的可拆卸性進(jìn)行分析以及對產(chǎn)品的易拆卸性、拆卸順序及拆卸和維護(hù)成本進(jìn)行評估。
Drews.P研究和設(shè)計(jì)了“虛擬工作臺”，工藝員可以在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的工作臺上，借助各種虛擬外設(shè)，對產(chǎn)品的裝配進(jìn)行分析。
國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)對虛擬裝配系統(tǒng)的研究主要集中在浙江大學(xué)CAD&CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)以及上海交通大學(xué)等，并取得了不俗的成績。
浙江大學(xué)CAD&CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的萬華根等開發(fā)出一個(gè)叫做VDVAS的虛擬裝配集成系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員可以通過三維操作對零件進(jìn)行交互拆裝，由此形成零件的裝配順序和裝配軌跡等信息。
清華大學(xué)的自動化系CIMS中心的曾理等在PRO-ENGINEER的基礎(chǔ)上開發(fā)出VASS(Virtual Assembly Supported System)的虛擬裝配支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了裝配工藝的半自動化工藝規(guī)劃。
華中科技大學(xué)的管強(qiáng)等人開發(fā)了人機(jī)協(xié)同裝配綜合規(guī)劃系統(tǒng)VirDFA，利用該系統(tǒng)可以對裝配序列和路徑進(jìn)行裝配復(fù)雜度和裝配成本進(jìn)行定量分析，以產(chǎn)生最優(yōu)裝配方案。
商業(yè)化虛擬裝配系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
隨著虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多虛擬裝配仿真系統(tǒng)，其中DELMIA解決方案和Tecnomatix解決方案已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。
DELMIA解決方案
DELMIA是Dassault Systemes(達(dá)索系統(tǒng)公司)旗下的品牌，DELMIA是由整合Deneb，Delta和Safework三家軟件公司的解決方案而組成的e-Manufacturing解決方案。DELMIA名稱取自DIGITAL ENTERPRISE LEAN MANUFACTURING INTERACTIVE APPLICATION，寓意數(shù)字企業(yè)精益制造交互式應(yīng)用，提供以生產(chǎn)工藝過程為中心的最全面的數(shù)字制造方式與解決方案?？扇鏉M足制造業(yè)中按訂單生產(chǎn)和精益生產(chǎn)等分布式敏捷制造系統(tǒng)的數(shù)字工業(yè)仿真需求。DELMIA主要依靠DELMIA DPM模塊實(shí)現(xiàn)虛擬裝配。
DELMIA DPM裝配流程規(guī)劃器使流程規(guī)劃人員能夠?qū)碜怨こ涛锪锨鍐蔚牧慵峙涞搅鞒逃?jì)劃中要求的位置，然后依次創(chuàng)建那些在這個(gè)位置中連接起來的零件的制造裝配件。這些制造裝配件成為某一位置的輸出，然后與其它零件或裝配件一起，作為另一位置的輸出進(jìn)行使用?？梢允謩踊蛘咄ㄟ^自動分配助手功能來分配零件、裝配件或緊固件。另外，DPM 裝配流程規(guī)劃器通過確定已經(jīng)分配哪些裝配件到線上的工作站以及還沒有規(guī)劃哪些裝配件，幫助了規(guī)劃人員。DPM Assembly是DELMIA系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)特的軟件模塊，它利用“數(shù)字樣機(jī)”的三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在三維基礎(chǔ)上的3D工藝規(guī)劃，對零件加工過程、產(chǎn)品裝配過程、生產(chǎn)規(guī)劃進(jìn)行3D模擬并驗(yàn)證。利用模塊可以：
（1）直觀分析產(chǎn)品的可拆卸性、可達(dá)性、可制性以及可維護(hù)性，并允許工藝設(shè)計(jì)人員在計(jì)算機(jī)中隨意調(diào)整工藝，配備加工設(shè)備，并對不同的加工工藝做出比較。
（2）建立人體模型，并添加到虛擬生產(chǎn)環(huán)境中，從而對人體操作可達(dá)性、可維護(hù)性、人體工學(xué)、安全性進(jìn)行仿真，對人體的視野、工效和姿態(tài)進(jìn)行分析。
（3）對裝配效率進(jìn)行評估，DELMIA提供MTM、UAS、MEK等時(shí)間分析方法，將企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工序分解成一系列動作，并利用MTM ，UAS等方法給每個(gè)動作賦予時(shí)間值，創(chuàng)建成卡片格式，作為工時(shí)計(jì)劃的依據(jù)，并提供了 PERT圖和甘特圖可以方便的規(guī)劃和展示各個(gè)裝配操作的先后順序，以及裝配操作間的邏輯關(guān)系及總裝配時(shí)間。
