2024年5月29日发(作者：)

虚拟装配

1定义和分类

1.1虚拟装配的定义

虚拟装配一般定义为:无需产品或支撑过程的物理实现,只需通过分析、先验

模型、可视化和数据表达等手段,利用计算机工具来安排或辅助与装配有关的工

程决策。虚拟装配是一种将CAD 技术、可视化技术、仿真技术、决策理论及装

配和制造过程研究、虚拟现实技术等多种技术加以综合运用的技术。

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。

虚拟装配技术的发展是虚拟制造技术的一个关键部分，但相对于虚拟制造的

其它部分而言，它又是最薄弱的环节。虚拟装配技术发展滞后，使得虚拟制造技

术的应用性大大减弱，因此对虚拟装配技术的发展也就成为目前虚拟制造技术领

域内研究的主要对象，这一问题的解决将使虚拟制造技术形成一个完善的理论体

系，使生产真正在高效、高质量、短时间、低成本的环境下完成，同时又具备了

良好的服务。虚拟装配从模型重新定位、分析方面来讲，它是一种零件模型按约

束关系进行重新定位的过程，是有效的分析产品设计合理性的一种手段;从产品

装配过程来讲，它是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实的模拟产品三维

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。

1.2虚拟装配的分类

根据虚拟装配过程中出现的不同侧重点,可以将虚拟装配归纳成三种主要的

类别。

(1)以设计为中心的虚拟装配以设计为中心的虚拟装配是指在产品三维数字化定

义应用于产品研制过程中,结合产品研制的具体情况,突出以设计为核心的应用思

想,这表现在以下三个方面：

1）面向装配设计:在设计初期把产品设计过程与制造装配过程有机结合,从设

计的角度来保证产品的可装配性。引入面向产品装配过程的设计思想,使设计的

产品具有良好的结构,能高效地进行物理装配,能在产品研制初期使设计部门与制

造部门之间更有效地协同工作。

2）自顶向下的并行产品设计:基于并行产品设计的装配技术支持自顶向下的

设计方法,通过自顶向下的并行产品设计可以分层次地建立统一的产品动态数字

样机。并行产品设计是对产品及其相关过程集成并行地进行设计,从一开始就考

虑产品从概念设计直至消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响,把一切可

能产生的错误和矛盾尽可能及早发现,以缩短产品开发周期,降低产品成本,提高

产品质量。

3）与主模型(Mater Model) 相关的可制造性设计和可装配性设计:产品研制

不同阶段的主模型提供了一个面向设计群体的装配设计环境,使得设计群体中每

个成员的设计从产品设计的开始就被有效地控制在最终产品可装配的范围之内,

并且实现突出以产品为核心的设计思想,保证产品设计工程师的工作与整个产品

的进展过程相关联,部件模型的变化将只反映到相应的装配部件上,从而保证了模

型数据的集成性,避免了设计工作的重复。以不同阶段的主模型为核心,可以保证

产品研制的不同阶段数据结构完整一致,保证产品研制的各个部门协同工作,实现

CAD/ CAM/ CAE 系统的高度集成,有效地提高产品可制造性和可装配性。

(2)以过程控制为中心的虚拟装配

以过程控制为中心的虚拟装配主要包含以下两方面内容：

1）实现对产品总体设计进程的控制:在产品数字化定义过程中,结合产品研制

特点,我们人为地将虚拟装配技术应用于产品设计过程划分为三个阶段:总体设计

阶段、装配设计阶段、详细设计阶段。通过对三个设计阶段的控制,实现对产品

总体设计进程的控制,虚拟装配设计流程。

2）过程控制管理:过程模型包含了产品开发的过程描述、过程内部相互关系

和过程间的协作等方面内容。希望通过对过程模型的有效管理,实现对工程研制

过程中各种产品设计结果和加工工艺等产品相关信息的管理,从而实现优化产品

开发过程的目的。

(3)以仿真为中心的虚拟装配

以仿真为中心的虚拟装配是在产品装配设计模型中溶入仿真技术,并以此来

评估和优化装配过程。其主要目标是评价产品可装配性。

1）优化装配过程:目的是使产品能适应当地具体情况,合理划分成装配单元,

使装配单元能并行地进行装配。