第 十八 章 装配体三维表达

1、Engineering Graphics工程图学18.1 18.1 现代制造业的特征现代制造业的特征18.2 18.2 机器或部件的数字化装配机器或部件的数字化装配18.3 18.3 数字化装配的方式数字化装配的方式18.4 18.4 装配体中零件的几何对象之间的配对条件装配体中零件的几何对象之间的配对条件18.5 18.5 装配干涉检查装配干涉检查第十八讲第十八讲 装配体的三维表达装配体的三维表达全球化、网络化和虚拟化已成为制全球化、网络化和虚拟化已成为制造造业发展的重要特征，企业的生业发展的重要特征，企业的生产产 因为有关技术的应用而具有高度因为有关技术的应用而具有高度的的柔性化和快速响应

2、市场的能力。柔性化和快速响应市场的能力。基于网络的虚拟产品开发技术作为基于网络的虚拟产品开发技术作为一一种先进的产品开发模式，其应种先进的产品开发模式，其应用用 范围必然会不断扩大，给更多的企业带来更大的收益。范围必然会不断扩大，给更多的企业带来更大的收益。Network-based Virtual Product Development18.1 18.1 现代制造业的特征现代制造业的特征管理数字化管理数字化设计数字化设计数字化生产过程数字化生产过程数字化制造装备数字化制造装备数字化企业数字化企业数字化18.2 18.2 机器或部件的数字化装配机器或部件的数字化装配数字化装配数字化装配：无需产

3、品或支持过程的物：无需产品或支持过程的物理理实现，利用计算机工具通过分析、实现，利用计算机工具通过分析、 先先先先验验验验模模模模型型型型、可可可可视视视视化化化化和和和和数数数数据据据据呈呈呈呈现现现现来来来来做做做做出或辅助做出与装配有关的。出或辅助做出与装配有关的。包括：包括：DADA : : DigitDigital al Assembly.Assembly.VRAVRA : : VirtualVirtual RealityReality basebased d- - A Assembly.ssembly.ADAADA : : AugmentedAugmented RealitReal

4、ity y- - BasedBased AssemblAssembly y）. .1 1、概念、概念Helicopter engine assembly，VRAADRADR关键技术关键技术: :装配建模、装配建模、 装装配规划、配规划、 装配评装配评估、估、 实时图形处实时图形处理、理、 干涉检验等干涉检验等. .数字化装配在产品生命周期各阶段的作用数字化装配在产品生命周期各阶段的作用可装配性和可拆卸性检可装配性和可拆卸性检验验, ,装配效率分装配效率分 析、设计方案比较。析、设计方案比较。装配规划制定、规划方案比较、装配任务培装配规划制定、规划方案比较、装配任务培 训、装配过程引导。训、装配

5、过程引导。维护培训、维护过程引导维护培训、维护过程引导拆卸任务培训、拆卸过程引导拆卸任务培训、拆卸过程引导虚拟原型、干涉分析、数据测量、装配后虚拟原型、干涉分析、数据测量、装配后 特性检查特性检查产品研究产品研究产品规划产品规划产品设计产品设计产品试验产品试验产品制造产品制造产品销售产品销售产品使用产品使用产品报废产品报废(1) (1) 设计意图难以捕捉，部门之间设计意图难以捕捉，部门之间由由于性质不同存在沟通的困难。于性质不同存在沟通的困难。(2) (2) 工程师的主要工作集中在工程师的主要工作集中在CACADD绘图上，而不是设计的思考与优化，工绘图上，而不是设计的思考与优化，工 程师之间的

6、协作共享难以实现，设计意图也难以沟通程师之间的协作共享难以实现，设计意图也难以沟通(3) (3) 设计错误不能及时发现，修改困难。设计错误不能及时发现，修改困难。(4) (4) 难以建立中央数据库系统。难以建立中央数据库系统。(5) (5) 工艺设计直观性差，工艺设计比结构工艺设计直观性差，工艺设计比结构设设计滞后，难以实现并行工程。计滞后，难以实现并行工程。(6) (6) 造型设计与结构设计脱节，不能实现造型设计与结构设计脱节，不能实现造造型与结构的一体化设计流程。型与结构的一体化设计流程。2 2、传统设计、制造模式的缺点、传统设计、制造模式的缺点3 3、现代设计、制造模式、现代设计、制造模

7、式基于网络的虚拟产品开发特基于网络的虚拟产品开发特点点:(1)数字数字化化: 虚拟环境下开发的产品是全数字化的产虚拟环境下开发的产品是全数字化的产品品；产品的开发过程、测试过程、；产品的开发过程、测试过程、 检检检检验验验验过过过过程程程程、制制制制造造造造过过过过程程程程、销销销销售售售售过过过过程程程程等等等等将将将将告告告告别别别别现现现现在在在在的的的的纸制介质，并与数字化产品信息紧密纸制介质，并与数字化产品信息紧密 结结合；数字化将是虚拟产品开发技术的重要发合；数字化将是虚拟产品开发技术的重要发展展方向，基于数字化虚拟产品技术的各方向，基于数字化虚拟产品技术的各 个个分支将得到全面的

8、发展。分支将得到全面的发展。(2) 集成集成化化: 虚拟产品的集成建模技术、虚拟产品开虚拟产品的集成建模技术、虚拟产品开发发系统的集成化、虚拟产品设计、系统的集成化、虚拟产品设计、 测试和制造的集成化等。测试和制造的集成化等。(3) 智能智能化化: 将人的知识和智能融入到虚拟产品开将人的知识和智能融入到虚拟产品开发发技术中，使新产品开发过程实现自技术中，使新产品开发过程实现自 动化，将智能化的知识和的数字产品结合起来动化，将智能化的知识和的数字产品结合起来，使其具有自律、分布、智能、仿生和使其具有自律、分布、智能、仿生和 分形等特点。分形等特点。(4)(4)协同化协同化: :分布式异地协同虚拟

9、开发将分布式异地协同虚拟开发将是是CADCAD支撑层的重要发展趋势。支撑层的重要发展趋势。(5) (5) 虚拟虚拟化化: :虚拟化包括虚拟环境的建立，还包括虚拟化包括虚拟环境的建立，还包括虚虚拟环境下产品的表达、虚拟产品装拟环境下产品的表达、虚拟产品装 配模型和虚拟产品模型分析，进而发展到产品的虚拟制配模型和虚拟产品模型分析，进而发展到产品的虚拟制造造( (VMVM) )和虚拟企和虚拟企业业(VE(VE) )等。等。 协同虚拟制造（协同虚拟制造（CVMCVM，CollColla ab bo or rativeative VirVirtutualal MaMan nufufacactutur r

10、ining g）: :基于网络技术、数基于网络技术、数 据库技术和分布式计算技术，由制造商、供应据库技术和分布式计算技术，由制造商、供应商商、合作伙伴和客户协同参与的，支持、合作伙伴和客户协同参与的，支持 供应链管理和个性化服务的虚拟制造。供应链管理和个性化服务的虚拟制造。4、并行工程（、并行工程（CEConcurrent Engineering）1988年美国国家防御分析研究所（年美国国家防御分析研究所（IDAInstitute of Defense Analyze）完整地提出了并行完整地提出了并行 工程（工程（CEConcurrent Engineering）的概念：的概念：“并行工程是集

11、成地、并行地设计产品及其并行工程是集成地、并行地设计产品及其相相关过程（包括制造过程和支持过程）的关过程（包括制造过程和支持过程）的系系 统方法。这种方法要求产品开发人员在一开始统方法。这种方法要求产品开发人员在一开始就就考虑产品整个生命周期中从概念形成到考虑产品整个生命周期中从概念形成到产产 品报废的所有因素，包括质量、品报废的所有因素，包括质量、成成本、进度计划和用户要求本、进度计划和用户要求。”并行工程的目标为提高质量、降低成本、并行工程的目标为提高质量、降低成本、缩缩短产品开发周期和产品上市时短产品开发周期和产品上市时间间1 1）基于人员协同和集成的并行）基于人员协同和集成的并行化化:

12、 :把组成与产品方面有关的针对给定设计任务的把组成与产品方面有关的针对给定设计任务的专专 门的、综合性的设计团体（企业）。这门的、综合性的设计团体（企业）。这要要求团队（企业）成员必须是跨领域的求团队（企业）成员必须是跨领域的善于善于 理解他人观点的能协同的人员，所有成员都能相互交流。理解他人观点的能协同的人员，所有成员都能相互交流。2 2）基于信息、知识协同和集成的并行）基于信息、知识协同和集成的并行化化; ;设计机电产品各零部件的设计人员，通设计机电产品各零部件的设计人员，通过过 计算机网络对机电产品进行设计，并进计算机网络对机电产品进行设计，并进行行可制造性、经济性、可靠性、可装配可制造

13、性、经济性、可靠性、可装配性等性等 内容的分析，来及时的反馈信息，并按内容的分析，来及时的反馈信息，并按要要求修改各零部件的设计模型，直至求修改各零部件的设计模型，直至整个机整个机 电产品完成为止。电产品完成为止。传统的产品开发过程是传统的产品开发过程是“设计一样机制设计一样机制作作修改设计修改设计”3 35 5 17177 7 36368 8 590059000 0 0 0100010000 0 200020000 0 300030000 0 400040000 0 500050000 0 600060000 0 纠正某产品设计错误的费用（美元）纠正某产品设计错误的费用（美元）加加 工工 之

14、之 前前设设 计计 阶阶 段段成成 批批 生生 产产 之之 前前投投 放放 市市 场场 后后国外一份调查表明：国外一份调查表明：为了纠正某一为了纠正某一 产产品设计中的错误；品设计中的错误； 需增加的花费情况需增加的花费情况 如下：如下：在设计阶段加在设计阶段加 以以纠正，仅需花费纠正，仅需花费 3535美元；美元；在零件加工之在零件加工之 前前加以纠正，需花加以纠正，需花 费费17177 7美元；美元；在成批生产之在成批生产之 前前加以纠正，需花加以纠正，需花 费费36368 8美元；美元；如等到产品投如等到产品投 放放市场后才加以纠市场后才加以纠 正，正，加以则需花费加以则需花费 5900

15、59000 0美元；美元；美国佛杰尼亚大学并行工程研究中美国佛杰尼亚大学并行工程研究中心心应用并行工程开发新型飞机，应用并行工程开发新型飞机， 使机翼的开发周期缩短了使机翼的开发周期缩短了60（由以往的（由以往的18个月减至个月减至7个月个月美国波音公司在美国波音公司在1994年向全世界宣布，波音年向全世界宣布，波音777飞机采用并行工飞机采用并行工 程程的方法，大量使用的方法，大量使用CAD/CAM技术，实现了无纸化生产，试飞一次技术，实现了无纸化生产，试飞一次 成成功，并且比按传统方法生产：功，并且比按传统方法生产：节约时间近节约时间近50； 出错返工率减出错返工率减少少 7575% %

16、；成本降低成本降低 2525% % ； 成为数字化设计制造技术在飞机研制中应用的成为数字化设计制造技术在飞机研制中应用的标标志志和和里程里程碑碑。数字化装配是其中重要环数字化装配是其中重要环节节。装配体装配体子装配体集（子装子装配体集（子装配配1，子装子装配配2）零件集（零零件集（零件件1，零，零件件2）表达装配体组成零、部件，同时表达各件之间的装配关系和相表达装配体组成零、部件，同时表达各件之间的装配关系和相 对位置。对位置。5 5、数字化装配体、数字化装配体 将零件三维模型按照装配要求装入将零件三维模型按照装配要求装入三维装配体中。三维装配体中。. ）t； 6、装配爆炸视图：、装配爆炸视图

17、： 在装配模型中将在装配模型中将各组件按装配关系各组件按装配关系 偏离原位置。偏离原位置。能更清楚地观察能更清楚地观察 各个零件。但没有各个零件。但没有 装配关系信息。装配关系信息。自顶向下装配自顶向下装配( (ToTop p- -Down AssemblyDown Assembly) )：在装配体中开始设计工作。设计过程中，可以使用一在装配体中开始设计工作。设计过程中，可以使用一 个零件的几何体来帮助定义另一个零件。（应用于装配关系复杂的零部件设计，或进行夹个零件的几何体来帮助定义另一个零件。（应用于装配关系复杂的零部件设计，或进行夹具具 设计）设计）自下而上装配自下而上装配( (Botto

18、Bottom m- -Up Assembly)Up Assembly)：先建各零件模型，组合成子装配，再组装成装配体先建各零件模型，组合成子装配，再组装成装配体（传统，应用于相互结构关系及重建行（传统，应用于相互结构关系及重建行为为较为简单的零部件的独立设计较为简单的零部件的独立设计）混合装配混合装配（MixinMixing g AssemblyAssembly）：混合运用以上二种方法。混合运用以上二种方法。18.3 18.3 数字化装配的方式数字化装配的方式DowDown-Topn-Top设计方法设计方法a1.prta2.prtb1.prtb2.prta.asmb.asmab.asmToTo

19、p p- -dowdown n设计方法设计方法ab.asmxxx.prta.asmb.asma_skel.prtb_skel.prta1.prta2.prtb1.prtb2.prt改进改进型型Top-dowTop-down n设计方法设计方法ab.asmxxx.prta.asmb.asma_skel.prtb_skel.prta1.prta2.prtb1.prtb2.prt18.4 18.4 装配体中零件的几何对象之间的配对条件装配体中零件的几何对象之间的配对条件1、贴合、贴合（Mate）（）（UG）:两个相一致的同类几何对象位置重合。两个相一致的同类几何对象位置重合。Selee恒d face

20、 on Ille ma随d componenlSelee饱d face on Ille base componenlResu llSli:l Ci圆圆圆专 事 文件 销 量 视 剧 插入也） 工具（J:) Animat 。 窗口也） 帮助L.J 自U 冒 郊 ：,.;:i 出l叼哥马 食 巴 S E 目 出S Ii)I 飞 q q 龟。令. 臼Qo a 鹰 ； 豆日 喃j IJ W ; 7 : :且lIf.? /131: 脚 装配体1揭 凛 无 愚民 圣d 耀 章 莲品 牛 爆 摆图 爆 在。a、l主 II标 准配 合占 1 1以 重 合 （g圣 之！ 平 行Il 土 垂 直 （ 巴1 1 b 捕切II 同 轴 心旦一1 1囚旦反转R寸 （ 已回一配合对荠：回 回I泣到主监j凶也回 匮 司且翌L品 盈j马哥旦 主Ii.高级配合（.配合（ g).z .L ）2、对齐（、对齐（Align）:二个平面共面且法矢同方向；两个圆二个平面共面且法矢同方向；两个圆柱柱轴线对齐（不要求直径相等）。轴线对齐（不要求直径相等）。3、平行（、平