一種產(chǎn)品仿真三維模型的構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及應(yīng)用于高端制造業(yè)面向客戶的實時仿真系統(tǒng)，尤其是一種產(chǎn)品仿真三 維模型的構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 據(jù)美國研宄機(jī)構(gòu)HIS測算，2010年世界制造業(yè)總產(chǎn)出達(dá)到10萬億美元。其中，中 國占世界制造業(yè)產(chǎn)出的19. 8%，略高于美國的19.4%。中國已然承擔(dān)起了 〃世界工廠〃的 角色，制造業(yè)也是中國最大的產(chǎn)業(yè)部門和國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。然而與發(fā)達(dá)國家的制 造業(yè)相對比，我國制造業(yè)競爭優(yōu)勢水平低下，創(chuàng)新能力不強(qiáng)，缺乏核心競爭力，高附加值產(chǎn) 品依賴進(jìn)口，生產(chǎn)效率明顯不高。因此，發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)是解決我國制造業(yè)難題的重要途 徑。
[0003] 先進(jìn)制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造業(yè)不斷地吸收機(jī)械、電子、信息、材料及現(xiàn)代管理技術(shù)等 方面最新的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品制造全過程，即開發(fā)與設(shè)計、制造、檢測、管理及售 后服務(wù)等，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、敏捷制造，并取得理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的前沿制造 技術(shù)的總稱。以數(shù)字化為核心的制造業(yè)信息化技術(shù)已成為制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和支撐， 現(xiàn)代產(chǎn)品的研制生產(chǎn)過程包括概念設(shè)計、功能仿真、結(jié)構(gòu)設(shè)計等設(shè)計過程，還包括工藝設(shè) 計、加工制造、質(zhì)量保證、使用維護(hù)、維修乃至報廢的產(chǎn)品全生命周期各個環(huán)節(jié)。數(shù)字化已成 為產(chǎn)品研制生產(chǎn)的必要手段，采用數(shù)字化技術(shù)，可以實現(xiàn)制造系統(tǒng)和研制過程信息的存儲、 傳輸、共享和處理，從而實現(xiàn)對復(fù)雜系統(tǒng)問題的定量化、最優(yōu)化、可視化的解決方案。
[0004] 以裝備制造業(yè)為代表的我國制造業(yè)數(shù)字化技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，取得了一定的成 效，在產(chǎn)品的三維數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字樣機(jī)應(yīng)用、工裝數(shù)字化定義、預(yù)裝配、主要零件的數(shù)控加 工、產(chǎn)品數(shù)字仿真與試驗、工藝數(shù)值模擬與仿真、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和制造過程管理等方面有了較深 入的應(yīng)用。但是，產(chǎn)品全生命周期的信息通道尚未打通，數(shù)字化工程體系還未形成，數(shù)字化 技術(shù)的巨大效能遠(yuǎn)未發(fā)揮。與發(fā)達(dá)國家相比我國還存在巨大差距，部分高端制造業(yè)實施了 并行工程，但仍然停留在以產(chǎn)品為中心的產(chǎn)品研制理念，而發(fā)達(dá)國家已經(jīng)轉(zhuǎn)向以客戶為中 心的產(chǎn)品研制理念，即產(chǎn)品研制過程中，產(chǎn)品的目標(biāo)從可制造型向服務(wù)型轉(zhuǎn)化，采用面向產(chǎn) 品全生命周期的管理模式。
[0005] 進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計制造實時仿真的第一步是就是在系統(tǒng)中構(gòu)建零部件的實時仿真三 維模型。實時仿真所需零部件幾何模型通過現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)完成零部件幾何模型的構(gòu)建， 然后由系統(tǒng)直接讀取CAD系統(tǒng)輸出的多邊形面片模型。
[0006] 實時仿真三維模型的存儲與表示方法與傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)中模型的存儲和表示方法 不同，這樣在將CAD系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到實時仿真虛擬環(huán)境過程中導(dǎo)致很多設(shè)計信息的 丟失，如零件的幾何與拓?fù)湫畔?、產(chǎn)品裝配模型中的裝配信息等。這主要是因為在實時仿真 虛擬環(huán)境中的模型無論采用哪種文件格式進(jìn)行存儲，它們都是采用多邊形面片表示模型的 幾何形狀，也就是說采用很多依次相連的小多邊形面片近似表示模型的幾何形狀，然后虛 擬環(huán)境對這些多邊形面片模型進(jìn)行渲染，依靠這些小多邊形平面近似的表達(dá)模型的幾何形 狀。這種表示方法的優(yōu)點是在模型顯示和碰撞檢測方面處理簡單、計算量小，能夠很好地滿 足實時性的要求，但是它存在以下不足之處： 1、 三角面片模型損失了零部件模型的幾何信息與拓?fù)湫畔?，使得設(shè)計者在虛擬環(huán)境中 難以對產(chǎn)品模型進(jìn)行精確的分析，主要是因為這種表示方法造成任意形狀的幾何特征的平 面化，所以不能在虛擬環(huán)境中精確反映模型的形狀特征； 2、 丟失了產(chǎn)品信息模型包含的大量工程設(shè)計信息，這些信息的丟失使得虛擬裝配系統(tǒng) 難以捕捉和維護(hù)產(chǎn)品設(shè)計約束等工程信息，同時也為表達(dá)與確定零件間的裝配關(guān)系帶來了 困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明在由CAD數(shù)據(jù)導(dǎo)入虛擬環(huán)境的過程中將設(shè)計信息輸入實時仿真虛擬環(huán)境， 將零件的裝配關(guān)系信息映射到實時仿真虛擬零部件模型上，保證零部件設(shè)計信息的完整 性。
[0008] 本發(fā)明通過以下方式實現(xiàn)： 一種產(chǎn)品仿真三維模型的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟： Sl采集零部件原型數(shù)據(jù)，得到零部件的物理屬性；建立CAD系統(tǒng) 輸出的三角面片模型形成的幾何模型； S2設(shè)定零部件裝配的約束條件； S3構(gòu)建零部件裝配關(guān)系信息；生成虛擬零部件的裝配關(guān)系信息集； S4自動搜索該零部件的裝配關(guān)系信息集，然后通過裝配關(guān)系信息集找到對應(yīng)的零部件 的特征，依靠特征與對應(yīng)零部件特征之間的約束關(guān)系，實現(xiàn)裝配； S5模擬零部件物理屬性。
[0009] 進(jìn)一步的，S2所述約束條件包括尺寸約束和空間位置約束。
[0010] 將兩個零部件裝配在一起，這兩個零部件必然要滿足一定的約束條件，這些約束 條件是尺寸上的約束和空間位置的約束，也就是說，兩個零部件上參與裝配的形狀特征的 尺寸關(guān)系必須匹配，或者兩個零部件在空間位置關(guān)系上必須符合設(shè)計者的設(shè)計意圖。當(dāng)兩 個零部件上參與裝配的形狀特征的尺寸不匹配，裝配時發(fā)生干涉，兩個零部件無法裝配，當(dāng) 兩個零部件的空間位置不滿足時同樣造成裝配時的干涉，而且不能完成預(yù)期的功能。
[0011] 進(jìn)一步的，S3所述零部件裝配關(guān)系信息至少包括零部件形狀特征、幾何元素和它 們的尺寸參數(shù)以及這些特征和幾何元素之間的裝配關(guān)系；所述裝配關(guān)系包括定位關(guān)系、連 接關(guān)系和運動關(guān)系。
[0012] 所述定位關(guān)系包括有配合、對齊或相切中的一種或多種； 所述連接關(guān)系包括間接連接或直接連接的一種或多種； 所述運動關(guān)系包括傳動或相對運動的一種或多種。
[0013] 進(jìn)一步的，S3所述裝配關(guān)系信息集還包括兩個零部件的約束關(guān)系和裝配元素的公 差。
[0014] 在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，一個零部件可以與多個零部件進(jìn)行裝配，因此零部件上就有多個 與其他零部件進(jìn)行裝配約束的形狀特征或幾何元素，也就是說一個虛擬零部件具有多個裝 配關(guān)系信息。
[0015] 進(jìn)一步的，S5所述物理屬性包括重力屬性。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：避免了三角面片模型損失了零部件模型的幾何信息與拓?fù)?信息，不會使得設(shè)計者在虛擬環(huán)境中難以對產(chǎn)品模型進(jìn)行精確的分析。
[0017] 避免丟失了產(chǎn)品信息模型包含的大量工程設(shè)計信息，使得虛擬裝配系統(tǒng)不會難以 捕捉和維護(hù)產(chǎn)品設(shè)計約束等工程信息，同時也為表達(dá)與確定零件間的裝配關(guān)系帶來了簡 便。
【附圖說明】
[0018] 圖1提取虛擬零件的裝配關(guān)系信息映射結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2虛擬產(chǎn)品進(jìn)行裝配運動示意圖。
【具體實施方式】
[0019] -種產(chǎn)品仿真三維模型的構(gòu)建方法，包括以下步驟： Sl采集零部件原型數(shù)據(jù)，得到零部件的物理屬性；建立CAD系統(tǒng) 輸出的三角面片模型形成的幾何模型； S2設(shè)定零部件裝配的約束條件； S3構(gòu)建零部件裝配關(guān)系信息；生成虛擬零部件的裝配關(guān)系信息集； S4自動搜索該零部件的裝配關(guān)系信息集，然后通過裝配關(guān)系信息集找到對應(yīng)的零部件 的特征，依靠特征與對應(yīng)零部件特征之間的約束關(guān)系，實現(xiàn)裝配； S5模擬零部件物理屬性。
[0020] 零部件的幾何模型的建立就是讀取CAD系統(tǒng)輸出的三角面片模型形成的多邊形 模型。
[0021] 進(jìn)一步的，S2所述約束條件包括尺寸約束和空間位置約束。
[0022] 進(jìn)一步的，S3所述零部件裝配關(guān)系信息至少包括零部件形狀特征、幾何元素和它 們的尺寸參數(shù)以及這些特征和幾何元素之間的裝配關(guān)系；所述裝配關(guān)系包括定位關(guān)系、連 接關(guān)系和運動關(guān)系。
[0023] 進(jìn)一步的，S3所述裝配關(guān)系信息集還包括兩個零部件的約束關(guān)系和裝配元素的公 差。
[0024] 進(jìn)一步的，S5所述物理屬性包括重力屬性。
[0025] 將兩個零部件裝配在一起，這兩個零部件必然要滿足一定的約束條件，這些約束 條件是尺寸上的約束和空間位置的約束，也就是說，兩個零部件上參與裝配的形狀特征的 尺寸關(guān)系必須匹配，或者兩個零部件在空間位置關(guān)系上必須符合設(shè)計者的設(shè)計意圖。當(dāng)兩 個零部件上參與裝配的形狀特征的尺寸不匹配，裝配時發(fā)生干涉，兩個零部件無法裝配，當(dāng) 兩個零部件的空間位置不滿足時同樣造成裝配時的干涉，而且不能完成預(yù)期的功能。
[0026] 所述定位關(guān)系包括有配合、對齊或相切中的一種或多種； 所述連接關(guān)系包括間接連接或直接連接的一種或多種； 所述運動關(guān)系包括傳動或相對運動的一種或多種。
[0027] 所以虛擬零部件的裝配關(guān)系信息至少應(yīng)該包括零部件上形狀特征、幾何元素和它 們的尺寸參數(shù)以及這些特征和幾何元素之間的裝配關(guān)系。其中裝配關(guān)系對零部件間的定位 非常重要，零部件間具有很多裝配關(guān)系，如下表所示： 本實施例里，以兩種裝配夫糸為舉例。
【主權(quán)項】
1. 一種產(chǎn)品仿真=維模型的構(gòu)建方法，其特征在于，包括w下步驟： S1采集零部件原型數(shù)據(jù)，得到零部件的物理屬性；建立CAD系統(tǒng) 輸出的S角面片模型形成的幾何模型； S2設(shè)定零部件裝配的約束條件； S3構(gòu)建零部件裝配關(guān)系信息；生成虛擬零部件的裝配關(guān)系信息集； S4自動捜索該零部件的裝配關(guān)系信息集，然后通過裝配關(guān)系信息集找到對應(yīng)的零部件 的特征，依靠特征與對應(yīng)零部件特征之間的約束關(guān)系，實現(xiàn)裝配； S5模擬零部件物理屬性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述產(chǎn)品仿真=維模型的構(gòu)建方法，其特征在于，S2所述約束條件 包括尺寸約束和空間位置約束。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述產(chǎn)品仿真=維模型的構(gòu)建方法，其特征在于，S3所述零部件裝 配關(guān)系信息至少包括零部件形狀特征、幾何元素和它們的尺寸參數(shù)W及該些特征和幾何元 素之間的裝配關(guān)系；所述裝配關(guān)系包括定位關(guān)系、連接關(guān)系和運動關(guān)系。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述產(chǎn)品仿真=維模型的構(gòu)建方法，其特征在于，S3所述裝配關(guān)系 信息集還包括兩個零部件的約束關(guān)系和裝配元素的公差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述產(chǎn)品仿真=維模型的構(gòu)建方法，其特征在于，S5所述物理屬性 包括重力屬性。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種產(chǎn)品仿真三維模型的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：S1采集零部件原型數(shù)據(jù)，得到零部件的物理屬性；建立CAD系統(tǒng)輸出的三角面片模型形成的幾何模型；S2設(shè)定零部件裝配的約束條件；S3構(gòu)建零部件裝配關(guān)系信息；生成虛擬零部件的裝配關(guān)系信息集；S4自動搜索該零部件的裝配關(guān)系信息集，然后通過裝配關(guān)系信息集找到對應(yīng)的零部件的特征，依靠特征與對應(yīng)零部件特征之間的約束關(guān)系，實現(xiàn)裝配；S5模擬零部件物理屬性；本發(fā)明在由CAD數(shù)據(jù)導(dǎo)入虛擬環(huán)境的過程中將設(shè)計信息輸入實時仿真虛擬環(huán)境，將零件的裝配關(guān)系信息映射到實時仿真虛擬零部件模型上，保證零部件設(shè)計信息的完整性。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104598697
【申請?zhí)枴緾N201510071204
【發(fā)明人】景海龍, 唐立才
【申請人】廣東航宇衛(wèi)星科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年2月11日