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VEDAM：虚拟环境中的机械设计与制造斯科特Angster，研究生 助理 大学机械与材料工程 华盛顿州立大学 普尔曼，西澳99164-2920 桑卡尔贾亚拉姆，助理教授大学机械与材料工程华盛顿州立大学普尔曼，西澳99164-2920摘要当前的需求，以减少时间和成本，采取从概念到生产的产品涉及迫使企业转向在设计和制造.其中该技术领域的新技术和新兴技术是虚拟现实技术.当前计算机辅助设计，计算机计算机辅助制造，装配设计，制造及制造仿真工具的设计提供有价值的信息用户，但秋天提供的信息，虚拟现实技术可以提供短。本文介绍所谓VEDAM，虚拟设计和制造环境的系统，已设计和部分实施，以支持虚拟设计，虚拟制造，虚拟大会.VEDAM旨在扩大现有的参数化CAD / CAM系统的功能为目的。本文介绍了VEDAM整体描述和初步实现。关键词：虚拟制造，虚拟设计，虚拟装配，虚拟现实，虚拟样机简介目前市场已经要求企业降低时间和成本，采取一个产品从概念设计到生产工作。为计算机辅助设计，计算机辅助制造，装配设计（DFA中），制造（DFM）和制造仿真设计软件已协助在这段时间和降低成本。集成化CAD / CAM技术，实体造型，参数化设计和特征识别是所有已开发的软件产品，这些宝贵的工具。的CAD与CAM集成使得设计工程师无需重新创建模型的几倍至几十倍之间传输软件系统模型的制造过程中使用一个统一的一些模型表示。成型及焊接计划和数控铣床和车床的刀具路径可以通过使用实体模型。如果加工业务的发展被证明是目前设计困难，现代软件的参数化设计能力可方便快捷的设计修改。这可犯前进行实际设计制造。特征识别允许软件分析系统设计及各种功能之间的区别的组成部分。这些相关联的各种功能与制造业务，自动生成的生产计划可以完成。在对的时间花在这将导致一些消除由设计师在这个产品的设计阶段。这些计划的分析可以通过使用制造仿真软件.通过的制造工厂三维图形表示的创造，设计师现在可以去工厂计划通过一个模拟的零件制造运动系列。同样，如果在这个阶段出现的问题，设计可以被修改之前提交的实际生产时间。这些软件系统提供了时间和成本大大节省，但仍然没有能够提供mengineers需要满足现代产品开发周期的需求的支持。这就迫使企业寻找到其他新兴技术来更好地装备的设计和制造等领域的工程师。这样一种技术是虚拟现实技术.近期快速的计算机硬件虚拟现实已为工程应用的可行技术的进步。虚拟现实是被用在当今的设计环境，走产多年来潜在的建筑装修，汽车仪表板布局坐下来分析，然后步行到制造模拟，视图的布局和空间要求。接下来的步骤是虚拟现实技术进入早期设计和制造的产品规划结合。文献回顾一些团体已经认识到通过虚拟相结合的设计，虚拟组装和制造模拟.Jayaram等人早期的设计决策虚拟现实的好处。制定了一个虚拟制造环境下的初始要求（VME总线）作为一个应用开发环境的一部分9,10。华盛顿州立大学已经发展为汽车内饰早期设计的评价体系。该系统利用Pro / Engineer的被带进一个虚拟设计环境直接模式。一旦沉浸在虚拟环境中，用户可以评估的设计，评估替代设计符合人体工程学的研究，并进行充分利用人体跟踪。 2。通过在伊利诺伊，芝加哥，美国普渡大学，大学的联合工作原型虚拟现实技术的计算机辅助设计系统的设计和实施。这项工作的重点是让设计通过虚拟现实技术的使用复杂的机械零件的简化方法12。在佐治亚理工学院工作的重点是早期的设计上的制造和服务标准为基础的变化。虚拟设计工作室正在开发使设计者能够回收和交互工具在虚拟环境中的专家。正在设计的零件将被拆卸与虚拟环境，以发现和纠正的制造和服务问题11。巴斯大学在英国巴斯已经设计了一个互动的虚拟制造环境.这个系统模型车间的机器包含一个三轴数控铣床及绘画的五轴机器人。用户可以安装在铣床工件，选择一个工具，进行直接加工操作，如轴向运动或预定义的序列，或加载部分从内存4程序。该软件不提供能够创建自己的机器或与他们互动的一种自然方式的用户。机械设计一个虚拟车间是发达国家在美国麻省理工3学院。该项目的目标是制定一个设计师做，而不必考虑到制造过程的概念设计工作模拟车间。模拟车间一个乐队由锯，钻床，铣床机，摇臂锯和一台锯。该软件只提供一个二维的界面给用户。有没有一个综合的，参数化CAD / CAM系统的链接。天津四机器人已用于商业生产仿真，虚拟加工，喷漆用的虚拟软件，虚拟弧焊和遥操作机器人系统.许多的这些系统编译的软件工具，所有工作都是成立的生产用屏幕上垒的图形用户界面厂等，以及所有后续的互动也在通过鼠标和键盘屏幕完成。 在本文所讨论的研究不同于现有的工作正在开展这方面的几个方法.最重要的区别的方式，让使用者与环境互动的。比的图形用户界面，将用于启动的虚拟环境之一或它们之间进行切换，而参数化CAD / CAM的基于机器的开发环境外，在用户交互的身临其境的三维环境中使用先进的输入与系统和输出之间的其他本上运行起来研究和其他相关工作的关键区别是用参数化CAD / CAM系统提出的系统集成。问题定义为计算机辅助设计，计算机辅助制造，设计组装，设计制造，制造仿真软件公司缩短设计时间，设计成本和制造成本。但是，仍然经常需要产生物理实物模型，以测试组装要求，生产计划或人机工程的功能。在减少设计时间和成本的下一步是将虚拟现实技术的概念设计和工艺规划阶段5整合。目前CAD / CAM技术，DFA中，DFM和制造仿真工具提供了有价值的信息，设计师，但可能属于提供的信息，利用虚拟现实技术的新技术，可提供短。目前CAD / CAM的，如Pro / E和I - DEAS的大师系列软件，提供强大的设计环境中使用参数化设计方法和实体建模.其中的一个的缺点是，设计师是仅限于显示器的可视范围的大小被使用。大型零件或装配体必须被视为在任何一个按比例缩小以分析整个设计或真正规模有限的看法。 当前DFA的软件试图减少几个部分合并成一个在生产过程中减少组装程序要求.这些数量可能，事实上，造成处理困难，无论是机器相关或人类有关的，后来零件数量。当前DFM软件可能表明该部分可以使用不带产生的实际生产厂的能力，知识的生产等一系列流程。目前的制造仿真软件往往仅限于预定义的两台机器和人体模型的功能。如果由于制造计划的一部分，预计涉及人工操作或处理程序，预定人体模型不能回馈“真正的人反馈”关于适应自如，易于处理等上述问题可以解决许多与虚拟现实技术的使用。通过使用新技术和新兴立体输入和输出设备，设计人员可以沉浸在虚拟环境中的几种之一。真正的规模，三维模型可以查看并在虚拟设计环境的设计修改。部件可以被拾起，并在虚拟装配环境装配6,7。制造工厂可以复制，测试，让工程师在虚拟制造环境中的数字代码，装置或整个组装生产线3，4，5，8。这是本研究的目的设计和实施所谓VEDAM系统，虚拟环境的设计和制造，允许设计人员纳入设计和产品工艺规划阶段，这些虚拟现实技术。建议解决方案如前所述，有几个领域中，虚拟现实可以协助产品设计及生产规划。这些措施包括在虚拟设计环境的变化参数化设计，虚拟装配，虚拟制造，人力集成design.A系统，以支持这些将被链接到现有的参数化设计软件系统，如Pro / Engineer的，如在图1可见，概念。这个数字显示了建议的制度，VEDAM，它的组成部分，本机建模环境（夫人），虚拟设计环境（VDE认证），虚拟装配环境（VAE乳液），虚拟制造环境（VME）的1。在一次设计会议上，通过用户将进入主界面的虚拟环境，测试设计或制造的想法。从CAD / CAM系统所需的所有数据将被传递到虚拟环境。在退出虚拟环境中的用户将有传递到了CAD / CAM系统的数据备份方案。 VEDAM，用参数化CAD / CAM系统相结合，将提供一个评估潜在的工程师设计和工艺方案的完整体系。任何虚拟现实软件系统的最一般的要求是一个为用户，虚拟环境的存在，使得用户感觉好像他/她是环境的一部分，可以很容易地与这个环境互动。为了发展这种自然的互动类型，包括图形化骨干的若干问题，输入设备和输出设备需要加以解决。 朗读虚拟制造环境虚拟制造环境（VME）的将使设计师在一个虚拟的测试工厂数控代码，夹具，生产线等，以确保建议的工艺方案可以在真正的工厂实现3，4，5，8 。这一进程将加快通过考虑在设计阶段的实际出厂全过程的能力的计划生成。重新设计部分，例如，他们可以更容易处理或加工容易，可昂贵的当你在设计过程的后期进行。在VME将允许用户使用虚拟工厂在MME的创建。用户将能够拿起，放在任何一个工厂的机器零件。用来操作机器的用户将能够把拨号，翻转交换机，移动杆或任何特定的机器需要。工厂周围的运动可实现多种方式，如用手势，或只是简单的语音指令操作行走当机器，装置和夹具将用来举行每个机器.位，叶片工件及其他切削工具是可变的，只适合那些他们是供机器。实际加工操作会物理模型。这意味着势力造成刀具磨损，表面质量等，将计算，并提供给用户。在每个加工过程完成后，用户将有拯救正在生产的部分股权。每个过程将创建一个过程中的每一步画一步计划.这些可用于储存过程中的虚拟制造环境生产.功能要求的质量控制问题引用包括以下内容：用户/环境相互作用，与用户之间的机器和用户之间的互动和相互作用的部分。 环境的相互作用 - 环境之间的相互作用的各个组成部分之间的本身，如机械和刀具以及刀具和零件的互动。 物理模型 - 物理模型，如切削力，刀具磨损，表面质量和加工过程的功率要求。人类集成设计用分析的设计和制造计划虚拟环境的优点之一是人类一体化的设计理念。一旦用户进入虚拟环境之中，他/她将得到一个更好的感觉组装工艺，制造流程或处理流程与正在评估的一部分工作。这是因为它是用户谁是执行这些任务，而不是一个模拟人。重复运动伤害，空间或运动的要求和生产时间需求分析都将是可能的，因为将有实际的人类反馈.这些将提供一个新进入设计和工艺规划阶段人为因素的直接反馈。一个全面地融入VEDAM人体模型系统纳入涉及以下内容： 用户/人体模型的位置关系 - 全三维用户准确匹配的人体模型与用户的位置跟踪。用户/人体模型的尺寸相关性 - 一个可伸缩的人体模型为软件承担系统要与各种不同大小的用户兼容。建筑对上述规定的功能要求的基础上，一对VEDAM系统架构，面向对象的分析进行。决定使用一种面向对象的方法是对未来的修改，扩展和灵活性的系统.这个分析提供了一个方便的类的列表，这将使VEDAM系统处于步骤，每个步骤产生更多的功能，创造可以添加到系统中。面向对象的分析可以看出，在图2。 这个数字显示了被设计为系统的一部分的VEDAM类最多。该班相互作用也表现出的使用说明哪些类其他类箭头。在该系统的核心是互动的经理。这个类之间的所有用户和系统，以及之间的系统.A模型管理的各个部分之间的相互作用提供给处理好了CAD / CAM系统和VEDAM所有数据传输。人体模型提供的功能纳入到系统中一个完整的人体模型所需的全部。输入和输出经理经理提供与各种虚拟现实硬件.各阶层的所有通信的实用工具组成的机器，零件，加工，工件等，提供所有的方法在虚拟实际加工需要生产环境以及对环境的虚拟装配的装配过程。初步实施在完成了系统的VEDAM面向对象的分析，这个系统的初步实施完成。该系统是建立在硅图形深红与现实引擎图形工作站。所有课程均用C + +开发的图形的创建和使用虚拟现实硬件表演2.0.在这个实现中使用一个虚拟研究VR4包括头盔，虚拟技术22传感器网络手套，阿森松岛和羊群的鸟类与ERT和跟踪系统六鸟。 该系统采用的大部分是在分析阶段是确定类别。一个无论在虚拟制造环境和虚拟样机设计环境已实施.机类是在建模过程中创建一个台式铣床，在图3的铣床模型显示了在Pro完成/工程师，通过模型管理器的使用，带来的VEDAM系统。一旦机器类的创建，还有一些其他的机器被创造和体制带来的VEDAM。这些措施包括台式车床和水射流。该车床可以看出，在图4。与用户交互为用同样的方式在真实机器的机器。创建一个通用控制器提供XYZ轴控制功能，支持浮动零，负载和运行NC码。这些机器的运动是捆绑到当前的图形显示帧速率，以准确地描绘适当进给率。 虚拟设计环境是建立在一个三维图形用户界面的使用。此接口提供了一个菜单系统用户与用户交互的一个选择的手指.当用户选择了一个模型来进行分析，触摸菜单项，模型管理器提取从CAD / CAM的数据库所需参数数据。该模型，然后显示给用户.用户可以修改通过图形用户界面使用的参数。修改后，模型管理器发送的信息反馈到CAD / CAM系统的模型，其中再生。该模型，然后重新显示给用户反映修改参数。图5显示了该模型的参数被显示给用户，以及一个用于在一个参数使用键盘输入新的值。结论本文描述了一个虚拟现实系统，将有助于在概念设计和制造工艺工程师，产品规划阶段的系统要求。通过将这样的系统，以现有的参数化CAD / CAM系统，工程师可以立即获得使用虚拟现实系统的好处。在一个真正的，三维的环境设计分析，制造他在工厂的实际复制和配合零件装配部分是一个产品的设计周期的早期阶段，一切有价值的任务。这项制度的实施，初步形成了一个系统的VEDAM全面实施的基础。参考文献1 Angster，锶，VEDAM：设计和制造虚拟环境，博士论文，华盛顿州立大学，1996年12月。 2 Angster，锶，高达，南，贾亚拉姆，美国，虚拟现实的可行性研究人体工程学设计，5.0研讨会上发表演说虚拟样机，1994年9月。 3巴勒斯，贾文，虚拟车间：机械设计一个模拟环境，博士论文，麻省理工学院，1993年9月学院。 4拜利斯，通用汽车，鲍尔，答，泰勒，国际扶轮和威利斯，pj的，虚拟制造，在南玻94集的理