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篇1
Unity3D不只是单纯的游戏引擎，而是已经涉及到多种不同领域的一个跨平台的三维游戏与虚拟现实开发工具，该工具支持多脚本语言以及强大的物理引擎等特点。论文通过研究Unity3D与HTML交互机制，实现场景中对象的动态交互行为，也就是控制各装配体的装配顺序并实现碰撞检测、零件实时编辑等功能，从而使得整个装配过程具有逻辑合理性和可控制性。
2、Unity3D与HTML交互机理
2.1 Unity3D浏览器调用HTML网页中的函数
Unity3D浏览器通过执行Application.ExternalCall（）来调用任何在HTML网页里定义JavaScript函数，比如下面一句调用了HTML网页里SayHello（）函数，并传递了一句话作为参数。
Application.ExternalCall（ "SayHello"， "The game says hello！" ）；
2.2 HTML网页调用Unity3D浏览器中的脚本函数
Unity3D 浏览器的插件或ActiveX控件都有一个SendMessage（）的函数，HTML网页通过这个函数与Unity3D进行通信，通过该函数可以传递对象名、函数名以及简单参数，然后SendMessage（）就会调用Unity3D中GameObject上绑定的函数。在调用SendMessage（）函数之前，必须先得到Unity Web Player的引用。这里可以使用JavaScript 对象Document的getElementById（）函数来获得该引用。
3、减速器虚拟装配的实现
3.1交互界面设计
交互式虚拟装配的重点不仅在于产品虚拟装配的过程，还在于它可以与用户进行实时交互。系统界面分为两部分：网页中为利用HTML提供的控件加入按钮、列表框、滚动条、文本区、标签等；Unity3D浏览器中为利用Unity提供的GUI接口加入按钮、窗口、标签等控件分别实现了减速器装配体的自动装配、手动装配、原理演示、零件查看、零部件实时编辑等功能，充分实现用户参与下的人机实时交互。
3.2碰撞检测及装配顺序规划
虚拟装配是一个实时交互系统，如用户可以在虚拟场景中用鼠标选取装配体的零件进行拆装。Unity3D引擎本身提供了基本形体的碰撞器，通过PhysX物理引擎自动检测碰撞。根据Unity3D碰撞器提供的OnCollisionEnter方法，获得相关碰撞信息，然后由它继续调用其他处理过程（相对位置检测、碰撞检测等），实现手动装配过程。
虚拟装配过程中零件拆装顺序的检测也是一个关键问题，用户选择零件正确与否直接决定该零件是否进行拆装。系统为每一个零件定义一个唯一识别拆装顺序的顺序号，当用户选择某一零件后，调用相应的拆装顺序检测模块进行比较当前选择零件的顺序号与系统预定的顺序号是否一致决定拆装是否进行或者根据零件间的位置约束关系判断某零件当前是否可以移动来决定拆装是否进行。
3.3 装配体零件的任意移动及实时编辑
在虚拟装配中，用户对场景中零件的选取及操作（位移、颜色等的实时修改）是交互性最充分的体现。当用户在虚拟场景中用鼠标点击或指向某一零件时，系统应该做出响应，如被指向或点击的零件应实时改变颜色或弹出对话框提示用户等。Unity3D的GUI接口提供了各种控件可以非常方便的编辑一些按钮、窗口等用户界面，通过重写鼠标事件可以检测用户的各中输入信息并作出正确的响应。通过变换组件可以完成产品的平移和任意角度旋转操作以及装配体零件某一方向比例变换。
4、结论
本文对基于Unity3D的虚拟装配相关技术进行了研究，并实现了在用户参与的人机界面下的虚拟装配实例。对在虚拟装配过程中零件的碰撞检测、装配顺序规划、零件选取及实时编辑等功能的实现提出了有效的方法，具有一定的参考价值。
【参考文献】
篇2
1 分层序列装配模型
由于机械产品结构复杂，每个零部件之间都有严格的装配关系[4-5]，无论是拆还是装都需要按照设计的装配结构来进行。本文采用层次化序列装配模型，即将产品的整体结构按照其真实的装配标准按层次划分或分解为不同级别的能够进行独立装配的装配单元，形成并行装配序列。通常产品的装配单元可分为：零件、合件、组件、部件、机器五个等级的装配体，装配时，按照上述等级依次分解，上一级包含下一级子装配体，下一级子装配体又包含更下一级子装配体直至最终不可分解的零件，其中每一级装配体按照其装配次序形成序列。层次化模型的优点在于更清晰表达产品中零部件之间的层次关系，并可以用子装配体表达一组功能上或物理结构上相关的零件集，可减少装配分析的复杂性，简化问题的求解过程。图1 为分层序列装配示意。
几点说明：
（1）在装配模型设计中，每一层装配体都会存在基准件，按照装配工艺要求将基准件设为该层序列的第一个装配体，以保证满足装配标准和装配精度；
（2）装配单元的划分依据具体机械产品的装配要求，如果在某层子装配体中如（部件层）出现单一零件时，该类零件则视为部件级零件，可以直接在相应层中进行装配顺序排序。
2 基于Quest3D的虚拟装配系统设计
2.1 系统总体架构
本文的虚拟装配系统分为两个区，即场景区和功能区。场景区包括摄像机控制、3D模型导入和显示、环境设置。其中，摄像机控制是根据用户需求实现对模型及场景的浏览漫游功能如移动、旋转和缩放等；3D模型导入和显示则是基于原始模型实现数据转化和表示，每个零件都具有位置、材料及贴图信息属性；环境设置包括场景布置、灯光设置以及UI设计。功能区由五个功能模块组成，分别为：整体拆装模块、序列拆装模块；手工模拟拆装模块及运动仿真模块。如图2所示。
2.2 模型导入转化及场景设置
通过UG NX三维建模，生成原始数据模型，应用Deep Exploration软件将prt文件模型进行文件格式转换为dae文件，中学英语论文然后导入到Quest3D中。Quest3D可对导入所有数字内容的进行设置和编制。由于机械产品结构复杂，所包含零件繁多，Dae初始模型是分成若干个可装配的零部件，需要通过程序定义其在场景中的世界坐标及彼此位置关系，用3D render场景模块把它们组合在一起并显示。
为了能更好控制每个零部件装配运动状态，在Quest3D中可添加Motion模块作为每个可装配零部件的运动属性[6]，如图3所示。为保证零件装配运动速度可调节性，Quest3D 提供阻尼模块参数Damping value，将其与运动方向建立联系。在拆或装时候，阻尼参数发挥作用，Damping 值增加时，阻尼增大，零件装配运动减慢，反之亦然。
场景设置主要包括光照、摄影机设置、贴图、材料、纹理等效果制作。光照采用平行光源和点光源从摄像机的投射方向给予模型物体较好的立体视觉效果，增强用户的沉浸感和系统的交互性。摄影机是用于确定观察者位置和投射方向以及与物体相对空间视窗的对应关系。系统采用物体注视摄像机（Object Inspection Camera）作为场景的交互窗口，通过调节摄像机的Position Vector，Camera Matrix和Camera Target模块参数，设定摄像机的位置、缩放的范围等，用户即可利用三维鼠标就可以对三维场景中所有物体进行浏览操作。图4为三维模型导入效果图中，（a）为一个二级减速器，（b）为车床主轴箱。
2.3 装配及运动设计
Quest3D中的三维模型中各个装配体依据装配单元建立层级链表，即确定拆装过程的序列。每个装配体都具有Motion模块属性，包括postion Vector（位置）、Rotation Vector（旋转）和Size Vector（缩放），拆装的原理是根据装配序列依次对装配体的各个矩阵中参数的进行改变设置，从而实现装配体的平移运动和旋转运动，以达到零部件装配效果。
虚拟装配过程分为整体拆装、顺序拆装及模拟手动拆装方式。整体拆装是对整个模型一次性实现拆分和装配过程，体现“爆炸”效果；顺序拆装是按照装配单元依次进行拆装；模拟手动拆装则是通过建立工具箱模块，用户可从工具箱中选择合适工具模拟真实拆装过程。无论以何种方式进行装配，拆装模块作为独立模块可进行重复调用，表1为拆装模块中相关设置参数表示。
系统的UI模块是用户实现装配操作的交互窗口，不同类型的机械产品可根据其复杂程度和操作方便性、人性化原则进行设计。本系统可用三维鼠标实现场景模型的移动、旋转和缩放，同时设置菜单、按钮、复选框等控件进行装配过程的选择、设置和操作。图5是减速器（a）和车床主轴箱（b）虚拟拆装图示，图6为CA6140车床的18级变速虚拟传动示意图。
3 结论
本文提出了分层装配思想应用Quest3D 引擎开发的虚拟装配和运动仿真系统可用于不同类型的机械产品模型，通过建立虚拟场景、UI功能模型有效达到了用户对于产品的交互操作，其虚拟装配过程和运动仿真对于企业设计制造及高校实践教学提供了较好的虚拟现实平台。
【参考文献】
[1]宁汝新，郑轶.虚拟装配技术的研究进展及发展趋势[J].中国机械工程，2005，8 （16）：139-144.
篇3
装配过程直接影响产品的性能、成本和质量，还影响产品生命周期各个环节：资源和原材料的利用、生产过程的管理、工装的制备、调试维护的便捷和回收性能．
虚拟装配系统可使用户在产品生产以前在虚拟环境中模拟实际的装配过程，评价零部件 的可装配性 ；预先检验装配结果，展示产品原型结构和功能 ；分析产品原型性能，并最终利用这些结果指导实际设计开发过程，从而大大节约开发成本，缩短开发周期．
本文讨论了对复杂零部件、大型或精密产品进行原型展示、功能分析和虚拟装配时的功能需求，设计了原型展示分析与虚拟装配系统(PAVAS)的体系结构，基于模块化的思想提出一种既可以分布处理又可以集成整合的系统框架，并研究了组成系统框架的一些关键技术．
1 系统体系结构
本系统是面向大型复杂产品虚拟装配和结构功能展示及性能分析而设计的，所以它主要包括产品虚拟装配功能、产品功能虚拟展示和强沉浸感显示三大功能．与一般性的虚拟装配系统不同，本系统更加偏重于后两点功能的表现．为实现功能需求，系统采用了如图 1所示的硬件结构 ．各部分功能如图2所示．其中Onyx4系统通过 5BNC接口与 CRT和投影仪连接；PC机通过 RS232接 口对 Onyx4系统的控制台进行操作，还通过以太网接口向Onyx4系统传输数据文件；数据服务器和应用服务器通过以太网与Onyx4系统连接 ，以实现数据的互相传输．其中数据服务器和应用服务器可根据实际需求进行特定的功能配置或者省略．
2 系统模块及功能
本系统的模块如图3所示．整个系统在 IRIX6．5上基于 Performer 3．2．2构建．主要分为控制核心、装配控制、图形引擎、文件服务、数据服务和应用服务 6个大模块[ 1 J．其中前 3个模块作为系统功能核心，安装于同一硬件系统中，通过计算机内部总线和相应的数据协议进行连接；后 3个模块可根据系统应用的实际情况，分别安装于独立的服务器通过快速以太网进行连接或者与核心功能模块安装在一起．PAVAS系统模块功能分述如下 ．
1)控制核心．控制核心用于协调和管理PAVAS的其他各个模块，进行消息管理并提供控制台连接，同时支持基本 I／O设备．
2)装配控制模块．它需要完成 4点主要功能：装配关系模型的创建和管理、约束管理、装配路径管理、可装配性评价．
3)图形引擎．生成虚拟环境，创建装配和展示场景；处理用户与系统的交互；在操作时进行实时碰撞检测；立体显示输出；提供物理系统．
4)文件服务模块．实现产品原始数字模型与系统文件格式之间的双向转换；与数据服务模块进行双向通信，将模型信息传递其中以供其他模块利用，或者将修改后的模型数据导出．
5)数据服务模块．存储产品模型和虚拟场景数据信息；综合文件服务模块提供的模型信息和应用服务模块提供的交互信息供高层模块使用；将高层模块运行生成的新模型信息和交互反馈信息传递给文件服务模块和应用服务模块．
6)应用服务器．提供 I／0接口；处理人机交互信息；与数据服务模块双向通信实现交互信息的写人及输出．
3 系统关键技术分析
PAVAS的关键技术主要有：主动立体显示技术、实时的快速碰撞检测技术、虚拟环境中物理系统的模型建立与实现技术、人机交互模型的建立与交互设备之间的联系方法、装配模型的创建和表达技术、约束的识别和捕捉技术以及数据服务模块中数据库结构与文件结构之间的转换等．本文主要分析主动立体显示技术、产品可装配性评价和实时快速碰撞检测技术．
3．1 主动立体显示中的图像视差计算
由于人的两眼之间存在瞳距，所以每只眼睛感受的图像之 间也存在一个水平方向的差距，如图 4所示．大脑利用这个差距来处理图像从而产生立体感 ．
主动立体显示就是通过使左右眼图像分时交替在显示屏上刷新显示实现的．立体图像的计算方法主要有旋转法和双中心法，如图5所示．
旋转法采用一个投影中心，通过使被观察对象分别向两个方向旋转相同角度投影来计算左右眼图像，如图 5a所示．使用这种方法得到：
其中，Xo，y0，Zo是 P0的坐标；是两次旋转后位置的夹角．这种方法需要作除法运算，因此速度稍慢，且会在实际使用中造成原理屏幕中心的地方垂直视差增大的情况．双中心法因采用两个 投影 中心，如 图 5b所示 ，因此得到：
这种方法可以避免产生垂直误差，效果较好．在这一系列的计算过程中，诸如用户瞳距、用户与被观察对象的距离等数据可以通过交互设备进行实时跟踪或者针对应用使用平均数据．
3．2 零件和产品的可装配性评价
对于零件的可装配性评价 ：首先选择 种因素对产品零件的可装配性进行评价，定义 F= 表示影响因素集合；U(z)表示装配难度的隶属度函数，z代表影响因素的特征值， 乱，见表为影响因素集对应的影响因素重要程度向量，其中a 表示因素 对零件可装配性影响程度的大小，且满足：
定义零件的可装配性指数根据．厂的取值来评价零件的可装配性．对于产品的可装配性评价：在零件可装配性评价的基础上定义产品的可装配性指数向量，A 为零件P 可装配性指数．另定义 0为n*m阶模糊关系矩阵，元素 O 代表零件 只中因素 对装配难度的隶属度函数值．
则有而产品的可装配性指数产品的平均可装配性指数 A ，则为A 与零件总数 的商．A 作为最 终的产品可装配性评价指标．
3．3 实时的快速碰撞检测方法
在实时碰撞检测中，主要解决时间步长问题、多物体对测试问题和两两物体对测试问题．PAVAS系统的实时碰撞检测按照以下规则进行．
规则1 在碰撞频率较高的时候采用小时间步长检测 ，在碰撞频率较低的时候采用大步长检测．时间步长同时与被检测对象的相对运动速度相关．
规则2 免除静止模型之间的碰撞检测；免除距运动模型较远物体与运动模型之间的碰撞检测；对于距运动模型较近物体首先采用 K—dop包围盒算法进行粗略检测，若发生碰撞则改用精密的检测算法 ．
规则 3 在精密的检测和针对具有内部空间的多面体零件的装配检测过程中使用距离跟踪算法 ．
4 应用实例
按照本 文思路，基于 SGI Onyx4可视化系统 、科视立体投影系统和 Dell PE46大型服务器等硬件设备构建了虚拟现实系统；利用 uG，OpenGL PerforlTler和 C语言等软件、库和开发语言构建用于数控机床运动分析和虚拟装配的原型系统．图 6是某数控机床模型在系统屏幕上的投影；图 7是该机床主轴有限元分析结果在屏幕上的投影 ．
5 结 语
1)本文提出的PAVAS软硬件结构可根据实际应用对系统的功能需求进行不同的配置，可以构建成基于 PC或者基于工作站甚至小型机的系统．
2)系统采用双中心投影法来实现主动立体显示，消除了垂直误差，提高了运行速度，在给人沉浸感的同时增加舒适性．
3)系统综合目前采用的一些碰撞检测方法结合 K—dop和距离跟踪法来进行碰撞检测，在不失精度的前提下可进一步加快计算速度．
参考文献 ：
Nomura J，Sawada K．Virtual reality tectmology and itindustrial applications[J] Control Engineering Practice1999，7(11)：1381—1394
Jayaram S，Connacher H l，Lyons K W ．Virtual assemblyusing virtual reality techniques[J]．Computer-Aided Design1997，29(8)：575—584．
W an H G，Gao S M ，Peng Q S VDVAS：an integrated virtual design and virtual assembly environment[J] JournaImage andGra ics，2002，7(1)：27 35
W uD L，YangRD，MaDZ，et a1．Virtual assembly systemand the enabling technologies[J] Journal of Shah aJiaotong University，2004，38(9)：1539—1543．
Wang Q H， Li J R． Interactive visualization of coiylplexdynmnic virtual envirolmlent for industrial assemblies[J]Computers in Industry，2006，57(4)：366—377．
W ilmnR，DCruz M ．Virtual and interactive environmentsfor work for the future[J] International urnal ofHumanComputer Studies，2006，64(3)：158—169．
篇4
关键词：数控铣床；3D造型；模块化设计；虚拟装配；仿真
Design of Universal Components and Simulation of Feeding Movements for Numerical Control Milling Machine Based on Pro/E
ABSTRACT：The numerical control lathe is equipped by the foundation of the manufacture industry , its level influences the development of the manufacturing industry directly. The function, performance and manufacturing cost of the lathe are often contradictory, and more than 75% of total cost of the products and performance of the products have already been fixed during the course of designing, so should improve the quality and performance of the products and reduce their cost through improving and designing , and module designing technique is exactly the important means to solve this contradiction.
篇5
. 液压破碎锤及其组成
车载液压破碎锤可以高效地完成碎石、拆除、公路修补、冻土挖掘、二次破碎等艰苦工作，欧洲和美国的各种车载破碎锤纷纷面世，如Atlas Copco、Rammer、Montabert、Indeco等。.80年代，韩国的破碎锤也继日本之后有了长足的进步，1986年韩国水山重工推出了液压破碎锤，韩国相继出现了很多品牌。
破碎锤的冲击能量的来源还是由以下3种方式提供：第一种由液压油提供，例如Rammer和Montabert；第二种由气压提供，例如日本的破碎锤；第三种也是效果最好的，由液压、气压混合提供，一般液压占25％、气压占75％，如Atlas Copco公司设计、生产的破碎锤。但所有的破碎锤活塞回到原位的力完全是由液压提供。目前液压破碎锤已经被广泛应用于公路再建、市政拆除、矿山、采石、隧道、水下作业等工程建设领域。
..本文所研究的液压破碎锤是在单斗反铲型液压挖掘机上改装的，将液压挖掘机上的铲斗改装成液压锤。因此总体结构包括动力装置、工作装置、回转机构、操纵机构、传动系统、行走机构和辅助设备等。常用的全回转式液压挖掘机的动力装置、传动系统的主要部分、回转机构、辅助设备和驾驶室等都安装在可回转的平台上，通常称为上部转台。因此又可将液压破碎锤概括成工作装置、上部转台和行走机构等三部分。.
二、工作装置设计方法
1． 工作装置传统设计方法
我国工程机械发展与国外相比相对较晚、较慢，技术水平整体较低。工作装置的传统设计方法在设计历史中起到了主要作用。对于工作装置的设计方面国内外研究的情况大致是：
(1) 图解设计法；(2) 基于平移性的作图法；(3)解析法；(4) 综合图解设计法；(5) 优化设计方法，以上设计方法基本上遵循一般连杆机构的位置综合原则，侧重考虑工作装置的平移性。对它的工作装置伸缩性与平移性，平移性与自动放平性，动力性与自动放平性之间的矛盾关系未能综合分析，只是满足单个性能的要求，无法达到全局最优。总之，这些方法都是基于二维平面上进行的。对于工作装置干涉问题、运动学、动力学等问题不可能很好的解决，也不可能直观的表现出来。
近年来随着计算机技术的发展，在工作装置设计上出现了基于虚拟样机技术的工作装置设计。例如吉林工业大学、大连理工大学和洛阳拖拉机厂等利用虚拟样机技术不但研究了工作装置的运动学、动力学特性，而且对其进行了优化设计，但是它们不是对模型进行了大量的简化，就是只局限于对刚体情况下工作装置虚拟样机的研究。
本论文是在全面分析液压破碎锤工作装置的基础上，建立工作装置的虚拟样机模型，在虚拟环境下模拟物理样机的运动状况，快速分析各种设计方案，进行辅助设计、参数化设计和优化设计，帮助设计人员完成以前需经数次物理样机才能完成的实验研究。
2． CAX技术及其软件
由文献可知，CAX技术是虚拟样机技术的基础技术平台。一般意义的CAX技术主要指CAD、CAPP、CAM、CAE、CAQ等，限于篇幅，本文主要阐述CAD/CAE技术及其软件。
目前，工程设计中常用的CAD软件有二维和三维软件之分。其中三维造型软件比较知名的有Pro/ENGINEER，UG，Solid works，I-DEAS，CATIA，CIMATRON等。各个三维CAD软件当前的最新版本是Pro/ENGINEER wildfire2.0，UG NX4.0，Solid works 2006，I-DEAS NX V11，CATIA V5，CIMATRON E6.0等等。
本文将采用Pro/ENGINEER wildfire软件完成液压破碎锤工作装置的建模与装配，建立工作装置的虚拟样机并进行不同作业工况下的动态模拟。
所谓CAE即Computer Aided Engineering（计算机辅助工程）是指工程设计中的分析计算与分析仿真，具体包括工程数值分析、结构与过程优化设计、强度与寿命评估、运动及动力学仿真。工程数值分析用来分析确定产品的性能；结构与过程优化设计用来保证产品功能、工艺过程的基础上，使产品、工艺过程的性能最优；结构强度与寿命评估用来评估产品的精度设计是否可行，可靠性如何以及使用寿命为多少；运动及动力学仿真用来对CAD建模完成的虚拟样机进行运动学仿真和动力学仿真。从过程化、实用化技术发展的角度看，CAE的核心技术为有限元技术与虚拟样机的运动及动力学仿真技术。
目前工程实际中应用较多的CAE软件有ANSYS、MATLAB、ADAMS、ALGOR等。各个软件的最新版本是ANSYS 8.0、MATLAB 8.5、ADAMS 2005、ALGOR V17等。
本文采用MSC.ADAMS软件进行液压破碎锤工作装置虚拟样机的仿真研究。
3． 多体动力学理论
多体系统动力学包括多刚体动力学和多柔体系统动力学，是研究多体系统（一般由若干柔性和刚性物体相互连接所组成）运动规律的科学[17]。
多体系统动力学的核心问题是建模和求解问题，其系统研究开始于20世纪60年代。从60年代到80年代，侧重于多刚体系统的研究，主要是研究多刚体系统的自动建模和数值求解；到了80年代中期，多刚体系统动力学的研究已经取得一系列成果，尤其是建模理论趋于成熟，但更稳定、更有效的数值求解方法仍然是研究的热点；80年代之后，多体系统动力学的研究更偏重于多柔体系统动力学，这个领域也正式被称为计算多体系统动力学，它至今仍然是力学研究中最有活力的分支之一，但已经远远地超过一般力学的涵义。多体系统动力学的根本目的是应用计算机技术进行复杂机械系统的动力学分析与仿真。
三、 液压破碎锤工作装置的研究体系
1． 液压破碎锤工作装置虚拟样机的构建流程
本文液压破碎锤工作装置虚拟样机的建立主导思想是：根据液压破碎锤工作装置的试制图纸，在Pro/ENGINEER中进行三维实体建模，通过虚拟装配，建立工作装置的三维模型，然后添加适当的约束以及驱动，使之成为一个虚拟机构。其构建流程如图2-1所示。
图2-1虚拟样机的构建流程
2． 液压破碎锤工作装置的研究体系
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FA702并纱机用于将棉、毛、绢、化纤等宝塔筒子单纱及细纱管纱并成股纱供捻线用，外形最长尺寸达13.670米，排布的零部件很多，如需更改总体的尺寸，如按照常规的设计方法，需更改细节的零件参数，再重新调整装配约束，这样耗时且很容易出错。
UGNX／WAVE技术使设计者将驱动设计结构中最重要的总体设计参数建立在具有相关性的控制结构中，仅用几个设计变量表达式就可以控制设计的总体结构、尺寸，修改关键设计参数及表达式，可使整个零部件自动更新。因此，在这一设计过程中，设计员只需对关键部件的关键参数进行修改就可以得到正确的设计结构和数据。
2．FA702并纱机的结构和特点
(1)结构特点：
设计新颖，结构合理，车速高，噪音低，操作方便。整机为两面车，分离传动，易于调整。筒锭为双支撑形式，运转平稳，适应高速生产。
(2)结构简介
本机由以下部分组成：车头传动，机架，卷绕，断头自停，托盘，车尾传动，供纱架与张力装置等部分组成。
(3)主要机构
1)卷绕机构2)防叠装置3)断头自停机构
(4)总体布置
图1FA702并纱机的总体布置图
3.UGNX／WAVE技术
(1)UGNX/WAVE基础知识
WAVE是一种实现产品装配的各组件间关联建模的技术，采用关联性复制几何体方法来控制总体装配结构，从而保证整个装配和零部件的参数关联性，最适合于复杂产品的几何界面相关性、产品系列化和变型产品的快速设计。
总体设计可以严格控制子系统和零部件的关键尺寸与形状，而无需考虑细节设计；而子系统和零部件的细节设计对总体设计没有影响，并无权改变总体设计的关键尺寸。因此，当总体设计的关键尺寸修改后，子系统和零部件的设计自动更新，从而避免了零部件的重复设计的浪费，使得后续零部件的细节设计得到到有效的管理和再利用，大大缩短了产品的开发周期。
(2)基本概念
1)控制结构:传递产品全局性的参数、外形、基准位置等约束条件至零件进行详细设计的树状结构。
2)起始部件:包含零件详细设计所必需的各种约束条件的Ugpart文件。对于不同零件所需的不同约束条件，通过CopyGeometrytoPart来包含不同的约束条件，可以通过引用集的区分不同的几何体。
3)连接零件:产品结构树和控制结构树发生关联的UGPart文件，在其中进行详细设计，使其成为产品结构树中的零件或部件。
4.WAVE应用在FA702并纱机设计的实例
(1)确定FA702并纱机设计的总体控制参数及子系统的设计控制参数
总体控制参数：并纱机的总长、总宽及总高，各子系统的位置及总体形状，子系统的总体布置、形状参数，建立用于控制系统的主参数。
(2)建立并纱机的控制结构
确定完控制参数之后，应先建立总体装配结构的树形结构，协调所有子系统之间的几何关系和位置关系。树形结构以每个功能部件族作为子节点，父节点与子节点之间的几何关系及各节点之间的位置关系则由相关几何参数和位置参数来确定。
图2FA702并纱机的总体控制结构
图3FA702并纱机的总体控制结构装配树
(3)建立并纱机子系统的控制结构
同上，建立子系统的控制结构，如车尾传动的控制结构
图4FA702并纱机的车尾传动部分控制结构
(4)零件细节设计
根据建立的子系统控制结构，再分解到进一步的子零件控制组件，建立起始部件，进而建立连接部件，在连接部件中进行零部件的细节设计。
(5)产品装配
完成整个零部件模型详细设计后，使用UGNX的装配功能将零部件进行装配，生成产品装配。可以通过调整主参数来驱动整个模型，在控制结构的管理和控制下，设计整个产品开发形成一个有机整体。图5为完成的FA702装配图。
图5FA702并纱机的装配模型
5结束语
WAVE技术为我们提供了一个很好的工作平台，总体参数的定义与应用完全可以用控制结构来实现，当上一级参数发生改变时，下一级参数也会发生改变更新，一旦总体参数发生改变，零部件的控制几何体自动更新，这样既保证了整体装配结构的一致性，又使得设计效率大大提高。
参考文献
1 美]Unigraphics Solution Inc.UG WAVE产品设计技术培训教程[M].北京:清华大学出版杜,2002·
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作者简介：伊纪斌（1994-），男，山东淄博人，山东理工大学国防教育学院学生，研究方向：机械设计
随着知识经济和工业制造的快速发展，现代化的市场要求产品生产厂商要以最快的速度、最优的品质、最短的研发时间、最低的成本消耗和最佳的服务来满足顾客的需求。传统设计一般是在图纸结合产品的特性和设计的具体要求进行的，在机械设计的过程中需要提前对设计中的设备装配的干扰因素的不确定进行考虑，但是产品在装配中的缺陷只有在产品开发的后期才能暴露出来或者在产品的试制阶段和装配中显现出来。如果设计的零件已经开始投入生产了，那么损失就更加严重了。产品的质量在传统的设计和制造方式上不能得到很好的保证，并且传统设计的工艺比较粗糙、开发的效率低、花费时间比较长、耗费的资金比较大。在变化速度快、持续性发展和不可预测性市场中难以适应。因此，企业的生产活动需要具备高度的柔性和快速的反应，与此同时信息技术的飞速发展保证了机械制造的先进性，信息化的使用对于现代机械工程设计十分重要。
1虚拟机械制造技术
以往传统的机械设计技术的设备条件比较差，设计技术性不强，传统的设计观念比较保守，设计的手段主要依靠的是粗略的计算和估算，主要是在较多的简化和静止化假设中完成机械工程的设计，传统设计具有较大的随意性，并且设计的关键过程还对设计者的经验和设计习惯具有很大的依赖性。设计的过程很难实现合理、高效和准确。但是在现代化虚拟设计的相关技术可以很好地实现设计经验依赖性强、设计过程静态性和设计理念随意性向现代化设计精确性、以数据知识工程和专家系统为保证的设计方式的发展，虚拟计算机技术需要对必要的信息进行检索、分析和收集。最终找出最优的设计方案和数值运算的方式，当然也会对CAD技术和人工智能技术、数据库技术等进行大量的应用。虚拟机械制造技术主要是在虚拟环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术。该技术集成并综合应用了综合性的机械制造环境，主要包括了各种仿真、分析、应用等工具以及信息模型和控制工具等。虚拟制造需要经历的主要阶段有装配产品的概念设计、动态仿真、回收利用。依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件设备生产制造出来，可以通过对零件模型的建立，随后对零件进行虚拟装配，并对各零件部位之间的装配间隙进行干涉、对装配的状态实现检查，对零件设计中的错误及时发现，如果零件不符合设计要求，可以依靠计算机技术方便及时更改模型，最后形成新的零部件设计图和装配图，达到设计、装配和制造检验的协调。
2虚拟制造技术的关键
虚拟制造技术包含了许多方面，主要有设计技术的提出、产品制造过程的抽取、原模型的建立、集成基础结构、建模仿真等。下面就对虚拟制造技术中的关键技术进行详细的介绍：
2.1虚拟技术中的建模技术
虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。
2.2虚拟制造技术中的仿真技术
仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。仿真主要以系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以对计算机的计算能力进行应用，实现在短时间内完成在实际工作中需要很长时间的工作，有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。加工过程的仿真主要有切削、装配、检验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真过程是相对独立的，两者不能实现集成，而VM中应建立全面过程的统一仿真。
2.3虚拟制造中的虚拟现实技术
虚拟现实技术的目的是改善计算机的交互方式，提高计算机的可操作性，它是在对计算机图形系统和多种显示以及控制等接口设备的基础上，以交互的三维环境为人提供沉浸体验的技术。虚拟现实技术主要由图形系统和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感受到真实的沉浸感觉，交互性计算机系统是虚拟现实系统的基础。虚拟现实系统中有操作者、机器和人机接口。它帮助提升人和计算机间的和谐度，同时也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下实现对真实世界的模拟。在用户交互输入以及输出修改虚拟环境的条件下，使人达到身临其境的沉浸感觉。VM的关键技术之一就是虚拟现实技术。
3机械虚拟样机技术介绍
虚拟样机技术在机械工程设计中被称作机械系统动态仿真技术，它是20世纪80年代在计算机技术的快速发展中发展起来的一种计算机辅助技术。在计算机建立样机模型后，对模型的多种动态性能进行具体的分析，最后对样机方案实现改进。用数字化模型代替物理性的样机。通过虚拟样机技术的作用，简化了机械产品的设计开发过程，有效缩短产品开发的时间，最大程度降低产品的开发成本和费用，实现产品质量和系统性能的提升，使设计产品实现最优化和最具创新性。综合以上优势，该技术一经出现就受到了众多工业发达和高等院校及设计和生产企业的重视，许多著名的产品开发设计者都对该技术进行了引入并运用在自身产品的开发中，并且取得了极好的经济和生产效益。在机械工程设计中应用仿真技术对零件进行设计、生产工序等方面的选用以及工艺参数、加工工艺、装配工艺等构件的运动性等均可以实现建模仿真。
4虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势
4.1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力
虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。
4.2为机械系统建模带来便利
传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。
4.3强大的后期处理能力
在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。
5结语
虚拟制造技术实现了现代工程机械工程设计领域中的设计、试制等一系列过程的直观性。实现了在产品真正制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地替代现实中的硬件产品，更方便地对设计产品的性能和可生产性进行评估，极大地缩短了产品的设计和生产周期，最大化地节约了产品开发的成本，保证产品的开发和设计可以适应市场的灵活性的变化。虚拟制造技术是现实技术和计算机仿真技术在机械制造中的综合应用。在现代化计算机虚拟设计技术的帮助下实现对众多产品的开发和设计，不仅不会造成实际物质的浪费，并且还能更直观地了解产品生产的具体情况，打开了机械制造和设计的全新局面。
参考文献
[1]李锐．虚拟制造技术在现代机械工程设计领域中的应用[J]．河南科技，2013，（13）．
[2]刘玲娣．浅谈虚拟制造技术在农机设计制造中的应用[J]．河北农机，2013，（2）．
[3]孙福臻，阎勤劳，单忠德，等．机械虚拟现实技术的应用与发展[J]．机械设计与制造，2010，（5）．
[4]郝虎．虚拟样机技术在采煤机械设计中的应用[J]．城市建设理论研究（电子版），2011，（25）．
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〔正文〕
机械设计是机械类各专业的专业基础课。同时，该课程也是工科类专业的基础必修课。本课程在教学内容方面，着重基本知识、基本理论和基本方法，在培养实践能力方面，着重设计构思和设计技能的基本训练。在本课程学习中，综合运用先修课程中所学的有关知识和技能，结合各种教学实践环节及课程设计的基本锻炼，为顺利地过渡到学习有关专业课程及进行专业毕业设计打下良好的基础。
机械设计课程设计是机械类专业和近机类专业学生在学完机械设计及同类课程以后所设置的一个重要的教学实践环节，也是学生第一次较全面、规范地进行设计训练机械设计教学的一个重要实践环节。其主要目的是培养学生的理论联系实际的设计能力，训练学生综合运用机械设计课程和其他先修课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展学生有关机械设计方面的知识；通过对通用机械传动或简单机械的设计，使学生掌握一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力等；在课程设计实践中，对学生进行设计基本技能的训练，培养学生查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图、数据处理和计算机辅助设计等方面的能力等。
基于以上认识，结合近年我校机械设计课程体系、课程内容以及立体化教学模式的改革和重点课程建设，在学生机械设计课程设计和毕业设计实践中，主要从机械设计课程设计的设计方法和手段的改进等方面进行了大胆的改革与实践，逐步实施了从手工绘图到二维AUTOCAD的应用最终到三维 CAD的过渡，在提高学生的设计能力和综合素质方面得到了较好的效果。
一. 机械设计实践的现状
几个世纪以来，人们用手工绘图来表达自己的设计理念。图纸作为工程师的语言，为工程设计技术人员之间进行有效的交流带来极大方便。然而，随着科学技术的发展，特别是计算机技术的广泛应用，手工绘图已不能满足机械设计的要求。现在，机械设计手段从20世纪70年代的手工绘图转向计算机绘图，大大提高了绘图效率和绘图质量。
目前，CAD技术主要以二维绘图软件AUTOCAD为代表，在机械设计实践中只是教会学生操作和绘制简单的零件图，而用AUTOCAD绘制装配图以及进行有关的工程分析是非常不便的且很难实现。为此，为了能够方便地绘制装配图，在机械设计实践教学和毕业设计中逐步地采用了CAXA电子图版、开目CAD等二维绘图软件作为绘图工具，辅助完成零部件设计。 当前，我国制造业已全面完成甩图板工程，二维CAD技术的普及结束了手工绘图的历史，对减轻人工劳动强度，提高经济效益起到了很明显的作用。随着技术的发展，CAD技术正从二维CAD向三维CAD过渡，有相当一部分CAD应用较早的企业已完成了从二维CAD向三维CAD转换，并取得了巨大的经济效益和社会效益。企业需要掌握三维CAD技术的专业人才，掌握三维CAD技术已成为工科院校毕业生最基本的要求。因此，在机械设计实践教学中采用三维 CAD技术，已成为我们现在机械设计实践教学改革的重要内容和亟待解决的问题。
二. 三维CAD关键技术
三维CAD造型技术也称建模技术，它是CAD技术的核心。从20世纪60年代至今，三维建模技术的发展经历了线框建模、曲面建模、实体建模、特征建模、参数化建模、变量化建模，以及当今正在研究的产品集成建模、行为建模等发展过程。三维CAD以三维造型设计为基础，只要形成了三维模型，各种二维视图唾手可得。三维CAD技术在产品的三维造型、虚拟装配、工程图生成、动态干涉检验、机构运动分析和动态仿真、有限元分析等方面带来了革命性得突破，提高了设计效率和设计质量。三维设计的真正意义不仅仅在于设计模型本身，而是设计出模型的后处理工作。
三维CAD技术主要包括以下内容：三维造型/三维设计、计算机辅助工程分析、机构运动分析/仿真、装配干涉检验、三维转二维、图样档案管理等。科技论文。科技论文。利用这种全过程的三维CAD系统完成设计以后，不仅使设计对象的几何形状和性能满足要求，而且使各方面的指标（强度、刚度、重量和成本等）都达到最佳状态，这是计算机辅助设计和辅助工程分析的根本目的。三维CAD符合设计者的思维习惯，可以充分发挥设计者创造力和想象力。三维 CAD技术不仅解决了产品设计和工程图绘制的问题，更重要的是利用三维CAD技术实现产品的虚拟设计、运动仿真和优化设计，所生产的三维零件可以直接与CAE/CAM/CAPP等CIMS技术进行数据交换和衔接，是将来实现无图样生产的关键技术之一，是实现虚拟制造的重要手段。掌握三维CAD技术的使用，已经逐步同使用计算机进行文字处理一样，成为产品开发、设计人员的一种基本技能。
三、CAD技术的发展趋势
随着计算机性能的提高，网络通讯的普及化、信息处理的智能化，CAD三维技术正向规范化、智能化、集成化的方向发展。
1. 规范化。ス娣痘(标准化)的趋势体现在几个方面：数据模型的规范化(标准化)、数据交换格式的标准化和CAD资源的规范化等。数据模型应采用STEP标准体系。随着STEP标准体系的逐步完善，它对于几何数据、工程数据模型的思想将作为新一代CAD系统的开发指南。靠以前的一些标准接口已经无法完全满足CAD数据交换的要求。目前，参数化特征模型的传输还是一个世界难题，在STEP标准基础上，相信这一点能有所突破。
2.智能化。ヌ卣髟煨秃筒问设计的采用即是智能化方面的进步。软件不仅仅是提供一些绘制的工具由人们去使用，也不再将占线面数据存储在一起，而忽略其内在联系。特征和参数的引入使得软件似乎成为人类(用户)一个更聪明的助手。科技论文。CAD软件应该更大限度地将工程数据概念集成到数据模型中，例如目前，CAD软件的特征模型主要是解决零件几何造型的问题，而对于后续分析、CAPP和加工的需要还考虑得不够。
3.集成化。ゼ成化是当今CAD技术发展的又一大趋势。CAD技术不是孤立的。首先，它集成了计算机软硬件、数据库、外围设备、图形学、网络及各个应用领域的技术。同时，它又不断和CAM(计算机辅助制造)、CAPP(计算机辅助工艺流程规划)、MIS（管理信息系统)、PDM(产品数据管理)以及MRP(制造资源管理)等系统相集成。由于Internet的发展，使得这些设想得以实现。如何构造在Internet体系上的CAD/CAM集成化系统将会是人们追踪的热点。特别是在全球经济一体化的背景下，并行工程、异地设计制造等概念的发展和应用，基于网络、基于WEB的协同设计制造系统大受青睐。现在已有一些标准，如解决异构系统平台的XML和XML-3D，以及解决三维图形、图像在互联网上传输共享的VRML标准相继出台，已经为我们在互联网的构架下，建立协同设计和协同工作的环境打下了基础。
参考文献
[1]徐刚涛主编.机械设计基础. 〔M〕北京:高等教育出版社.2008.
[2] 葛海霞,刘村.AutoCAD2004/2005辅助设计[M].上海:上海科学普及出版社,2004.
[3] 董超.Auto CAD三维制图在机械设计中的应用［J］. 试验技术与试验机，2004，（3）.
[4] 董云飞 .浅谈CAD技术在工程设计中的应用 [J] -山西建筑2007(07)
[5] 赵志.Auto CAD在机械设计中的应用［J］. 同煤科技，2007（4）.
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实验教学不仅能帮助学生形成正确的概念，加深对规律的理解，而且与课堂理论教学相比，实验课程为培养和提高学生的动手能力、研究能力、创新意识提供了较好的途径。因此，实验课程在学科教学中具有不可替代的作用。随着高等教育的普及，对实验资源的需求与目前存在的实验条件不足之间的矛盾日益突出。虚拟实验系统的出现，很好地解决了这一问题。但是，目前现有的虚拟实验系统主要存在以下问题：
(1)呈现方式上以提供实验的文字和图片资料为主。这些文字和图片资料涉及实验原理、实验方法、实验仪器的介绍，学生更多的只是停留在“看”的层次上，这在一定程度上不能激发学生学习的兴趣，不利于实验动手能力的培养。
(2)用户与虚拟实验的交互性不强。虚拟实验系统多以提供实验操作过程的视频和动画为主，主要呈现演示型实验，学生参与实验操作较少。
(3)实验结果多以静态图像形式呈现，这在一定程度上影响了实验者的沉浸感。
虚拟现实(Virtual Reality)技术的发展，为利用虚拟实验系统开展教学注入了新的活力。虚拟现实技术能为学生提供生动、逼真的三维学习环境, 学生作为一名参与者操纵该环境中的实验对象。该虚拟环境具有丰富的媒体表现形式、增强的现实感，这对调动学生的学习积极性, 突破教学的重点、难点，培养学生的技能将起到积极的作用。虚拟现实建模语言VRML(Virtual Reality Modeling Language)是一种用于描述三维物体及其行为的建模语言，它可以构建虚拟世界，并集成文本、图像、音响、MPEG 影像等多种媒体类型。在VRML中虽然可以嵌入Vrmlscript、Javascript 等语言编写的程序代码，但它本身并没有直接和用户进行交互的能力，需要与其他语言结合才能实现三维场景和用户交互的要求。因此，为了构建功能强大的三维虚拟实验系统，有必要对现阶段VRML语言与其他软件的交互方式进行探讨。
二、虚拟现实建模语言及其特点
VRML是一种三维场景的描述性语言，使用它能在Web上创建可导航的、超链接的三维虚拟现实空间。虚拟现实建模语言的出现，改变了Web页面限于二维空间的表达方式，创造了交互式浏览的三维空间。VRML并不是用三维坐标点的数据来描述三维物体的，而是用类似HTML标记文本语言来描述三维场景。它以灵活多样的方式将二维、三维图形和动画、影片、声响、音乐等多种效果调和在一起，具有对内的树型场景结构和对外的分布式场景结构，提供了可重用的节点和原型，便于建模。用户在场景中可以根据不同的视点巡视，有很大的自由度。[1]VRML文件包括两大部分，场景描述部分和动态交互处理部分。场景描述部分主要通过造型(shape)结点定义了对象的几何尺寸、材质纹理，通过组(Group)结点将各个对象按一定的结构组织为场景，通过光照及声音结点在场景中模仿对象的自然特性。动态交互处理部分主要通过传感器(Sensor)结点感知用户与对象的交互，插值器(Interpolator)结点实现类似关键帧技术的插值动画，Script结点是VRML与Java、JavaScript等语言的接口，通过Script结点与其他语言的结合，能扩展VRML的功能。[2]VRML有以下特点：
1.C/S的工作模式和平台无关性。VRML的访问方式是基于C/S模式的，其中服务器提供VRML文件及图像、视频、声音等支持资源，客户通过网络下载希望访问的文件，并通过本地平台上的VRML浏览器交互式地访问该文件描述的虚拟世界。由于浏览器是本地平台提供的，从而实现了平台无关性。
2.实时3D图形渲染。实时3D着色引擎在VRML中得到了更好的体现。
3.网络传输容易。VRML适合于计算机网络的传输，并不要求很高的网络传输带宽，而且图形生成的工作可以放在性能要求不高的客户机上。
4.VRML具有可伸缩性。首先对于 VRML 浏览器来说，从理论上讲，应能处理由数亿个对象组成的分布在 Internet 上的场景。其次，VRML在高、低档的机器上都应该工作得很好，它允许浏览器为了提高性能而降低图像或仿真质量，而在硬件性能增强时质量可以变得更好。第三，VRML场景可以相对于网络性能而伸缩。
三、三维虚拟实验系统开发软件的三种交互
虽然VRML语言具有以上优点，但由于他本身缺乏直接和用户进行交互的能力, 所以在开发三维虚拟实验系统时，常常需要将他与其他语言相结合。针对目前常用的三维虚拟实验系统开发技术，笔者对三种交互方式进行了分析。
1.VRML与Java交互
VRML作为面向对象的建模语言，长于表达三维物体的静态特征，但其VRML本身不具有与外部交互的能力，它必须和其他语言相结合才能构造出具备交互能力的三维场景。为了实现与外界更复杂的交互，VRML2.0标准提供了两种扩展VRML并和外部程序实现连接的机制，一种是通过Script节点完成复杂的交互过程，另一种是通过外部编程接口EAI实现。
(1)通过Script节点与外部交互
Script节点本身没有任何动作，其动作是由程序脚本来实现的，它是VRML与其他编程语言的接口。内嵌在Script节点中的程序脚本可用JavaScript 和Java 编写，其交互过程是，Script节点通过eventIn接口将事件传至Script节点中的程序脚本;浏览器就立即调用内嵌程序脚本将事件进行处理;被加工的信息由Script节点的eventOut字段将结果送出。
VRML浏览器捆绑了用于VRML编程的Java类包，该VRML类包主要包括vrml，vrml.node，vrml.field，还有一个可以操纵浏览器状态的Browser类。通过调用这些类包，Java程序可以实现与VRML场景的交互。虽然利用Script节点可以实现浏览者与VRML场景的动态交互，但这种交互只能按预先设定的状态进行，如果要在外界与VRML场景之间进行信息交流，Script 节点就显得力不能及了。
(2)通过EAI与外部交互
EAI(External Authoring Interface)是VRML2.0提供的介于VRML世界与外部环境的编程接口，通过此接口VRML场景可以和与其嵌在同一网页上的Java Applet程序进行交互。Java Applet可以监视VRML场景事件，并能够在节点间传递事件，实现VRML节点的动态增加和删除，同时可以在浏览者与VRML场景间传递信息，从而大大提高了外界与VRML场景的交互能力。VRML的EAI接口定义了一套针对VRML浏览器的Java类包，它由三部分组成：vrml.external，vrml.external.field，vrml.external.exception。
EAI在Java Applet与VRML场景进行通讯时，首先需要获取Browser类的实例, 通过调用封装在vrml.external包中的Browser类的静态方法getBrowser( )来实现，在Java Applet中建立Browser对象后即标识了一个VRML场景。Browser类包含获取当前浏览器环境信息的各种方法，其中通过调用getNode( )方法直接获得VRML场景中使用DEF关键字定义的节点对象，调用getEvent In( )、getEvent Out( )方法获得访问节点的入事件、出事件。 众多学者对利用VRML与Java技术混合开发的三维虚拟实验系统进行了研究。如金侠杰等人基于VRML技术与Java技术开发了网络交互式虚拟装配环境;池建斌等人通过VRML外部编程接口EAI及内嵌脚本节点编程，实现了二级圆柱齿轮减速器虚拟拆装系统;吴波等人基于VRML与Java技术在工程设计领域的应用进行了研究，提出一种新型的Web环境下3D交互仿真结构，复杂的运算和仿真在服务器上进行，从而实现服务器端装配模型和客户端显示模型的分离，并在此基础之上提出协同环境开发的系统结构。[3][4][5] 此外，杨雨标等运用VRML与Java技术在微机上进行机器人运动仿真。 [6] 分析以上系统发现，VRML技术与Java技术相结合实现三维虚拟实验系统具有较强的三维立体感和交互性，常用于虚拟装配及其他工程设计领域。
2.VRML与Matlab/Simulink交互
利用Matlab提供的虚拟现实工具箱，可以实现和VRML程序的直接交互。虚拟现实工具箱是Matlab 6.X版新增加的工具箱，能在一个三维虚拟现实环境中进行可视化操作和与动态系统进行交互提供一种有效的解决方案，这些动态系统用Matlab和Simulink来描述。[7] 虚拟现实工具箱拓展了Matlab和Simulink处理虚拟现实图像的能力。使用标准的VRML技术，可以通过Matlab和Simulink环境生成三维场景。
虚拟现实工具箱可以在Matlab接口和Simulink接口两种环境中运行，而Simulink接口更直接、更容易使用，很容易通过图形用户界面进行交互，因而可能是更适合的工作方式。通过Simulink这一接口，可以在一个虚拟的三维模型中观察动态系统的模拟。一旦在Simulink对话框中包含了虚拟现实模块，就可以选择与Simulink信号连接的虚拟世界。所有VRML节点的属性分别列在等级树样式的观察窗口中，可以选择控制的自由度。当关闭接口对话框后，虚拟现实工具箱模块自动更新在虚拟世界中与选择节点有关的输入和输出。当连接这些输入到一定的Simulink信号上时，就可以在一个支持VRML的浏览器中观察可视化的模拟。
使用Matlab的虚拟现实工具箱开发三维虚拟实验系统具有以下特点：(1)利用Matlab虚拟现实工具箱，能够将枯燥的VRML编程变为可视化编程，简化了虚拟场景的设计。(2)Matlab /Simulink是专用的计算软件，在实验数据计算方面表现出极强的优势。(3)通过Simulink接口，很容易实现与三维图形用户界面的交互。但是如果在本地机上使用实验系统，需要在本地机上安装Matlab/Simulink、虚拟现实工具箱以及VRML编辑器、Web浏览器和VRML插件。如果本地机上不能安装Matlab/Simulink，用户也可以通过远程机来观察和控制三维虚拟世界。当然，要求远程机上所有的组成部分都需要支持标准的VRML97软件。通过Matlab Web Server功能也可以实现三维虚拟实验环境的远程访问。用户可以通过客户端浏览器浏览包含有虚拟场景和相应表单的页面，浏览虚拟实验场景的同时可以在表单中修改实验参数，点击发送后，客户端的参数通过HTTP协议传送给Web服务器, 由matweb.exe将参数提取出来，再传送给指定的M文件。该M文件对matweb传送来的数据进行运算后传送到Simulink仿真模型中去，以改变虚拟场景的运行。
3.VRML、Java以及Matlab三者交互
使用VRML、Java以及Matlab软件混合开发的三维虚拟实验系统主要有两种，一是针对Matlab虚拟现实工具箱与VRML程序交互的局限性，采用Java编程扩展Matlab虚拟现实可视化交互功能。这种方案结合了前两种交互方式的优点，有效地运用Matlab虚拟现实工具箱实用的建模环境和Java 扩展的人机交互性，在三维虚拟实验系统开发中具有广阔的应用前景。二是直接采用VRML、Java以及Matlab/Simulink三种软件之间的接口编程。采用Java Applet程序和VRML构建的3D场景实现用户界面，利用Java套接字，通过部署在客户端的Java Applet和服务器端Java应用程序实现客户端与服务器端的传输。运用Matlab/Simulink进行实验建模和运算，并利用Matlab的COM接口实现与服务器端的Java连接，将客户端实验参数传送到Matlab/Simulink中进行仿真运算，运算结束后再将实验结果传送回客户端。该方案采用B/S结构，满足了网络实验教学的需要。客户端只需一个集成Java虚拟机的浏览器即可运行实验，同时由于网络虚拟实验内容存放在服务器端，易于实验功能扩展和管理。此外，该方案特别适用于复杂实验模型的仿真。
使用VRML、Java以及Matlab软件开发的三维虚拟实验系统具有以下优点，在呈现方式上采用3D技术，丰富了媒体的表现形式，增强了学生实验的临境感;由于实验模型的计算采用的是专用的计算软件，在实验数据计算方面也表现出极强的优势;系统能根据实验数据动态地显示三维实验模型的运动，并以相图等形式呈现实验结果。实验过程和实验结果的直观化、形象化，能够促进学生对实验的深入探究，提高其问题解决能力。
四、结束语
三维虚拟实验系统拓展了实验教学的时间和空间，提高了教学效率，不仅可以作为课堂实验教学的补充，而且为远程教育中实验教学的开展注入了新的活力，因而具有良好的应用前景。本文介绍了三维虚拟实验系统开发过程中常用软件的三种交互方式，对各种交互方式进行了分析，希望对广大开发者有所启发。
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文章编号：1672-5913(2007)13-0031-03
引言
机械测绘课程设计是我国高校机械类和电机类专业普遍开设的一门重要实践课程，是机械制图教学中一个重要后续环节，要求学生利用一周时间，对典型的机械设备进行工作原理分析，拆卸、安装并使用简单的测绘工具如钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、各种螺丝刀等对各个零件进行测量，画出零件图和装配图并标注尺寸，填写明细表和技术要求。其目的是加强、巩固、深化、扩展课堂教学的理论知识，培养学生实践动手能力及操作能力，进一步提高学生分析问题和解决问题的水平。但是传统的手工测绘和计算机二维绘图的实践方式已经落后于时代，手工测绘工作量大，重复劳动较多，修改复制不方便，学生普遍兴趣不高。以AutoCAD为代表的二维绘图软件一度成为计算机绘图和辅助设计的首选软件，在高校机械测绘教学实践中得到普遍应用，但是近年来随着计算机技术，三维彩色图像仿真技术和软件编程技术的飞速发展，计算机绘图已从二维平面图发展到三维立体图，机械计算机辅助设计也从二维设计发展到三维设计。当前不少CAD应用系统已经将设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一体，并在国内外得到广泛应用。因此对机械测绘课程设计的改革迫在眉睫，让学生在机械测绘的绘图实践中就掌握三维CAD软件的应用尤为重要。
1使用三维建模和设计软件的优点和必要性
(1) 随着先进数控设备及大量的CAD/CAM/CAE软件的不断涌现，设计、分析、加工、检测等功能一体化已经成为现代制造技术的基本特征，工程图样是CAD/CAPP/CAM/ERP各个模块间的重要的信息载体，它不仅表达产品的几何构造，还是对产品性能进行分析和优化，对设计结果进行模拟和验证及工程数据管理的重要基础，二维图样已远不能满足要求，而能够完成这一系列制造工程的信息载体只能是三维模型。
(2) 三维设计符合人的思维过程。设计师在设计时，总是先构思，后表达，即先构思出产品的形状，然后再将构思出的产品形状表达出来。由于在脑海中构思出的产品形状是三维的，因此，画三维立体图符合设计师的创新意识流，有利于设计的深入进行。
(3) 由三维设计得到的三维立体图具有直观、易于理解等特点，便于与他人进行技术交流，甚至可以与不懂机械制图的人们交流。
(4) 有利于获得复杂的几何造型，如截交、相贯、不规则复杂曲面等。
(5) 可以在计算机上对零件进行力学分析、虚拟加工、虚拟装配，检验零件的装配情况，从而减少制造昂贵的产品样机的数量。
2国内外较流行的三维建模和设计软件
目前不少公司和高校都从事机械三维设计软件的开发，推出了不少各具特色的软件，当前较流行的国内外软件有：Unigraphics Solutions公司的UGⅡ、 SDRC公司的IDEAS、Dassult公司CATIA、PTC公司的PRO/E、MATRA公司的Euclid、CV公司的CADDS5、Solidworks公司的Solidworks、Autodesk公司的MDT和Inventor、北航海尔的CAXA，华中软件集团的InerCAD、开目软件公司的开目CAD等。
笔者所选择的Solidworks软件，是一个美国Solidworks公司开发的基于Windows平台的CAD软件，有较强大的三维建模、工程图绘制、动画制作和模型渲染功能，以其为核心集成的CAD/CAM/CAM系统可较好满足产品设计、分析、制造、产品数据管理的一体化要求，并能与其他CAD/CAM/CAE软件达到无缝连接和集成。该软件在较短时间得到了企业和高校的认可，在上海，该软件已成为不少单位招聘机械岗位员工的基本需求之一，上海十多所工科高校自2000年开始连续举办和参与SolidWorks软件应用大赛，在美国笔者进修的加州大学机械工程专业的课程设计和毕业设计中也得到普遍使用。
3应用Solidworks软件的齿轮减速器各零件的三维建模
齿轮减速器就是各高校普遍采用的测绘对象，它由齿轮、齿轮轴、轴、滚动轴承、键等零件安装在封闭的箱体内组成，是工程上具有典型性和代表性的部件。
3.1箱座的三维建模
箱座是减速器的主要零件之一，主要用来支承和固定其他零件。如图1所示，结构有一定复杂性，在三维建模前，首先进行形体分析，如将其分为箱座主体、内腔、底板、箱体联接凸缘、加强肋、螺栓凸台、回油沟、吊耳、排油孔等部分，然后就可以应用Solidworks进行三维实体建模，通过各种二维绘图和编辑操作产生二维图形，通过二维图形拉伸、旋转、薄壁特征、抽壳、打孔以及三维编辑等操作来实现三维实体建模，且Solidworks的实体建模为基于特征的参数化建模，采用树状结构来记录设计历程中的每一步特征，可以对特征的状态和创建顺序进行修改、回溯到某一特征然后继续进行造型，并支持创建特征库，可以将一些常用特征存在特征库中，以后再使用时只需定位和输入某些尺寸数值即可完成特征的创建。
3.2螺纹紧固件的三维建模
螺纹紧固件是广泛使用的标准件，减速器各零件中，除螺钉、螺栓、螺母等标准件外，箱体、箱盖、通气塞、排油螺塞等多个零件都有螺纹，在AutoCAD等软件中，精确绘制螺纹有一定的困难，采用Solidworks软件，相对就比较方便，首先绘制好轮廓和路径，然后利用扫描工具就可精确构造出螺纹的三维结构，图2是通气塞三维模型渲染图。
4减速器的三维装配
该齿轮减速器的三维装配比较复杂，关键在装配时要明确各个零部件间的位置约束关系，如对齐、重合、平行、相切、同轴等，并注意装配的前后顺序，可将其分为主动轴系零件：主动齿轮轴、滚动轴承、挡油环、调整环、主动轴透盖、主动轴闷盖等；从动轴系零件：从动轴、齿轮、滚动轴承、定位套筒、调整环、从动轴透盖与从动轴闷盖等；箱座及其附件：油标小盖、反光片、油面指示片、螺钉、油塞等；箱盖及其附件：窥视孔盖、通气塞、螺钉、螺母等；一一装配，然后再集中安装。图3是该减速器三维装配整机渲染图，Solidworks装配较为灵活，采用树形方式表达装配体中的层次和约束关系，采用SmartMate方法，在动态拖动零部件的同时，可自动捕捉适当的配合关系，进行装配。同其他CAD三维软件，在进行零件间三维装配时，可进行零部件之间的干涉检查，计算装配体的各种物理属性。
装配爆炸图是将装配到一起的零部件分别移开，使设计人员可以更好地对装配结构和装配关系进行分析和观察。现在不少CAD三维软件，都可形象地模拟出装配体各零件间的装配和拆卸过程，并直接转化为动画，如图4是采用Solidworks制作的减速器整机爆炸图。该软件除可自动根据装配关系生成爆炸图外，还提供了自动和手动相结合的方法生成爆炸图，在手动调整中可以对每个零件移出的方向、距离等进行设定。
5工程图
现在，绝大多数的CAD三维软件，可直接从三维模型投影产生各种工程图，包括标准三视图、轴侧图、向视图、各种剖视图、局部视图等及相关的尺寸与标注，且工程图和三维模型可相关联，改变某张工程图纸中的机件的局部结构和大小，相关联的三维模型和其他图纸也同时发生变化。当然，国外的CAD三维软件的制图标准与我国制图标准不一致，在由减速器三维模型转化为工程图纸时，需根据我国国标对视图中的某些线条和尺寸标注进行调整，标注相应的工程符号，即可完成减速器的零件图和装配图。
结论：
在机械测绘课程设计中结合Solidworks等三维CAD软件，不仅可以提高学生机械测绘能力和制图技能，而且有利于培养学生动手实践能力及用计算机进行机械造型的能力，开阔学生的专业视野，提高学生的学习兴趣和工程素养，为后续专业课程如机械设计、机械制造、计算机辅助设计与制造、计算机图形学、有限元分析等学习打下基础，同时对引进设备的消化、吸收、改造也有积极的现实意义。
参考文献：
[1] 孙保福，唐爱华.基于现代制造技术的工程图学课程改革之初探[J].上海：东华大学学报，2005，(4).
[2] 荣涵锐，荣毅虹.AUTOCAD三维图形在机械设计中的应用[M].哈尔滨工业大学出版社，1999.
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一、 基于应用型人才培养的工程图学教学目标
为达到“厚基础、宽口径、重能力、高素质、强能力、具有创新精神”的应用型人才模式培养目标，使学校所培养的学生适应地方经济发展和社会需要，不妨借鉴英国的机械类教育模式，即在教学中强调一个“用”字，一切以将来的实际应用为目标，对任何一门课程，都要求教师努力做到让学生在学习了这门课程之后即可运用所学的知识解决生产中的某些实际问题，这就要求每门课程设定的目标较清晰，让学生了解这门课程所学习的知识和培养的技能将来在社会工作中有何用途。为此，我们设定了如下明确的课程教学目标：一是熟练运用投影理论并遵照国家标准规定绘制和阅读工程图样；二是具有工程图学思维能力和工程图学素质，包括形象思维能力、图形表达能力、空间想象能力和严谨细致的工程素质；三是熟练运用某种cad软件进行二维绘图和三维构型设计。
二、 构建符合人才培养目标的理论教学体系
教学体系直接反映了教学目的和培养目标,是培养学生综合素质和创新能力的核心环节。在教学过程中，我们把基本理论、创新能力、综合素质的协调发展作为教学目标，在学时少的情况下，不过于强调知识的完整与系统，对教学体系进行了重新优化和整合。
（一） 画法几何部分强调基础理论作用，淡化其难度
画法几何是满足工程设计的需要诞生的，它为工程和科学技术各个领域解决机械结构、空间几何及工程设计等问题提供了可靠的理论依据及解决问题的有效手段，可提高学生的空间想象能力和逻辑思维能力。但是，长期以来画法几何占用了大量的教学时间，因此，在教学中，我们重点讲清点、线、面和立体投影的基本理论，为学生学习工程制图打下基础，不强调画法几何的深度和广度，对于图解法、在三维建模时自动生成的截交线和相贯等比较抽象、难度较大的部分适当删减，剩余内容留作自学，学生可以根据自己的掌握情况选择取舍，教师可以给予相应的指导，做到因材施教。
（二） 工程制图部分重在工程实践和实际应用
工程制图的基本目的是培养学生利用二维图形表达三维形体的能力、阅读和绘制工程图样的能力。这是一个从“画法几何”理论到“工程图样”应用实践的跨越过程，而工程制图的实质内容就是零件图、装配图两大部分，教材中各章节都应该围绕这两个部分展开。授课时，首先采用现场教学的方式，在实验室和实训中心，甚至带学生到校外实习基地，让学生直接感受、观察、装拆、测绘或模拟工程安装，使学生对零件图、装配图的实用性这一特点有一个清楚的认识。
关于零件图部分，主要通过多个实例的讲解，把重点放在机件的表达方法、表面粗糙度、公差与配合等主要内容的实际应用上，对于尺寸标注和和专业课程密切相关，在此只是复习组合体尺寸标注部分，适当介绍一些常见工艺结构如铸造圆角、退刀槽等的标注方法。技术要求部分则重点介绍书写格式及其在图样上的标注方法，对有关符号的含意和选用只作简介，由学生自学。
关于装配图，在图形表达部分，重点介绍装配图表达方法的特点，即规定画法和特殊表达方法。尺寸标注重点讲解装配图中必要尺寸与零件图中完整尺寸标注的不同，通过举例说明性能尺寸、安装尺寸及装配尺寸等，使学生了解其标注的重要性，在后续课程学习和应用中引起重视。技术要求中配合符号在装配图中的标注及其与零件图的关系要向学生讲清楚，其余留待学生自学和后续课程讲解。让学生明确标题栏中的名称对看装配图的重要性以及明细表中零件的名称及材料对看图和拆图的重要性。
（三） 加强利用cad软件进行三维构型的教学
在制造业中，设计人员在设计过程中实际是先在大脑中形成空间形体模型，然后运用投影法进行表达，画出平面图样，而生产技术人员首先阅读工程图样，然后通过空间想象，把图样中的内容转化到空间去，构建出三维形体后再按尺寸和技术要求进行加工生产，因此，在设计制造过程中，三维构形贯穿始终。但根据我国目前机械装备现状，采用三维实体建模设计的企业绝大部分还只在产品的设计、研发、分析等环节采用三维技术，而最终的生产制造环节还要将其转换为二维图样进行生产，从我国制造业发展纵向分析，工程形体的三维造型表达完全取代二维图样还需要一个过程，因此，在教学中要做到制图基础与实体构形相结合，零件图绘制与零件实体造型相结合，装配图绘制与虚拟装配相结合，常用零件的画法与相应零件的实体模型相结合，三维造型设计与制造、分析相结合。
三、 构建符合人才培养目标的实践教学体系
工程图学是一门实践性很强的技术基础课,只有通过实践,让学生尽快将图学知识转化为图学能力，学生的创新素质和应用能力才能得到提升，因此，我们构筑的实践教学体系主要有以下几方面：
（一） 徒手绘图、仪器绘图、计算机绘图基本技能训练
在仪器测绘、讨论设计方案、技术交流、现场参观时，受现场条件或时间的限制，经常绘制草图，草图对于捕捉设计灵感，现场记录，加速新产品的设计、开发，帮助技术人员组织、形成和拓展思路非常有用。仪器绘图既是工程技术人员的必备基本技能，又是学习和巩固图学理论知识不可缺少的方法，在计算机绘图技术广泛应用的今天，仍然必不可少。因此，在教学中，徒手绘图、仪器绘图和计算机绘图一样作为基础平台，贯穿在教学的全过程。
（二） 部件测绘动手环节
在部件测绘动手环节中，学生通过测绘方法的确定、尺寸数据的获取及处理、公差与配合、工量具的正确使用、装配图的表达方案的最优选择等内容，增强工程意识，理论与实践相结合，为提高学生的图学能力和工程应用能力打下了基础。
（三） 三维构形设计
三维构形设计就是在给出一定约束条件的前提下，让学生通过自己的想象、分析，构思三维形体，自主进行组合体、零件和装配体的设计以及计算机辅助造型等一系列设计，采取自由创作和发现、收集、分析、比较案例的实践方式，培养创新设计能力，从而促进学生图学素质和创新素质的提升。
综上所述，培养工程应用型人才应强调学用结合，在工程图学教学中应重点突出“学以致用”，而不是主要强调知识的完整性和系统性。笔者面向企业应用与技术创新，推动工程图学教育改革，使画法几何、工程制图、计算机绘图三部分内容融会贯通，徒手绘图、仪器绘图、计算机绘图三种绘图能力全面培养，机电产品、工程项目、软件系统三种形态对象协调应用，加强测绘和设计环节教学，并且在教学中注重充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，采用启发式、讨论式、案例式等教学方法，为学生图学能力的提高和胜任相关工作奠定了良好的基础。
参考文献：
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航空发动机是飞机的关键部件，而叶片类零件则是航空发动机的核心零件之一，也是发动机研制和批产的“瓶颈”环节。其特点是结构复杂、品种、数量繁多，对发动机的性能影响大、设计和制造周期长、工作量大。由于叶片类零件种类多，叶型、榫头的形状复杂，其工装设计也相对复杂。有效的工装设计可以提高工装设计效率、提高工装(包括零部件)重用度、缩短工装制造周期、降低工装制造成本。
目前工装设计选择的cad平台主要以电子图板方式在企业工装设计领域使用，即人工进行工装结构设计、参数计算，然后利用cad软件平台进行绘图、出图。其中大部分企业采用二维cad基本上只解决工装绘图问题，起到了电子图板的作用，但是参数化功能不足，设计效率低。而极少数采用三维cad软件的企业由于三维实体造型速度慢，三维实体模型虚拟装配繁琐，输出符合国标的二维工程图速度更慢等因素并没有在工装设计中切实的发挥出三维cad软件强大的实体造型和参数化驱动等功能。
基于上述的工装设计的实际情况，提出以压气机叶片为对象，开发工序数模驱动的叶片类零件的工装设计系统。本系统的设计思想是基于航空发动机中不同级的叶片，很大一部分在拓扑结构上一样，装夹方式也相同，只在尺寸上有差异，如图1所示。因此设计这些叶片的工装时，采用基于实例的三维工序驱动的设计方法，即实现工序数模驱动下的工装数模自动进行尺寸调整，形成新的工装数模，并通过设计者局部小的修改后，形成最终的满足要求的新工装。
1系统特点
本系统与翼宠cad彰工装设计相比，具有以下的特点。
1．1实现工艺工装并行设计
传统的工艺过程设计和夹具设计过程是相分离的，通常由工艺设计部门进行零件的工艺设计，生成详细的加工工序后，将有关信息传递给工装设计部门，由它完成工装设计。然而，建立基于面向工装设计的工艺成熟度模型，在pdm产品数据管理平台上，直接使用同一数据源三维模型，定制工艺、工装并行设计业务流程，从而实现工装工艺的并行设计。
1．2三维工序数模驱动工装设计
其核心思想是通过工序数模中包含的工艺特征信息(如基准特征信息、定位及夹紧基准信息、精度特征信息、材料特征信息和管理特征信息等)来驱动工装中的相关组件，使这些组件在空间位置和尺寸上做相应的调整，从而达到自动生成新工装的目的。
1．3基于pdm的集成化工装数据管理
基于pdm平台，建立单一数据源的工装数据库，保证工装数据的唯一性、实时性、有效性和安全性。工装基础数据和信息包括：产品信息、工艺信息、已有工装信息、工装标准件库、典型构架．结构库、加工设备接口信息，工装设计经验知识等。通过对工装基础数据和信息的有效组织和利用，创造能让工装设计人员迅速、有效地掌握和借鉴已有工装设计经验的环境，从而提高工装设计速度。
2系统体系结构
基于上述特点，本系统以oracle为底层数据库，以tcenterprise(pdm)为数据管理平台，以ugnx3．0为cad支撑系统，采用ug／openapi对ug进行二次开发，运用参数化建模方法和专家系统等技术，实现工装的快速设计；所有工装数据全部基于pdm系统实现统一管理，保证工装数据的唯一性、实时l生、有效性和安全性。
基于以上思路，本系统由工序模型设计子系统、工装设计子系统、工装实例添加子系统三部分组成，具体系统体系结构，如图2所示。
3系统工作流程
系统采用工序数模驱动的工装设计方法，其工作流程，如图3所示。
3．1建立新的工序数模
这是新工装设计的驱动力，是工装模型进行自适应变化的信息来源。
3．2建立典型工装装配体模型
这是新工装设计的基础，即典型实例模型将根据新工装数模中的信息做相应的变化，形成新的工装模型。
3．3新工装的形成过程
新工装的形成过程主要是在新工序数模驱动下的自动化过程。首先，需要找到合适的典型工装；然后，将这个工装装配体模型另存为新名字，同时修改各组件的名字；再次，将新工序数模装配进去，执行相关程序，使装配体各个组件及相互配合关系发生改变；最后，手动进行某些细节的修改，从而形成最终的新工装。
4系统功能
系统的功能主要分为三部分：工序数模设计功能、基于实例的工装设计功能、实例添加向导功能。
4．1工序数模设计模块
主要提供计算机辅助造型、数模属性添加两类功能。具体功能：(1)叶片零件模型叶身截型线造型功能；(2)叶身数据处理完成叶身的造型功能；(3)叶身的叶根叶尖的延伸功he；(4)凸台的造型功能；(5)榫头的造型功能；(6)对工序模型各部分进行布尔并运算生成工序模型；(7)向工序模型添加相关属性等功能。
4．2工装设计模块
三维工序驱动的工装设计系统的功能主要为：工装设块提供基于工序数模的工装设。工序数模驱动的工装设计，其核心思想是通过工序数模中包含的信息来驱动工装中的相关组件，使这些组件在空间位置和尺寸上做相应的调整，从而达到自动生成新工装的目的。改设计思想中包含有三个关键的技术：工序数模包含的信息、工装组件数模包含的信息、工装装配体的相关约束。
要达到上述目的，需要提取一些信息：
(1)工装与工序数模之间的装配信息，包括装配元素和装配关系。其中装配元素是指装配关系中直接装配的那些组件的几何元素，如工序数模的叶盆表面，工装中定位销球形表面等。装配关系是指装配元素之间以什么关系装配在一起，如对齐、面贴合等。
(2)工装装配体组件之间的尺寸关联信息。由于采用数模驱动的设计方法，所以当用一个新的工序数模驱动工装装配体实例时，与工序数模直接接触的那些组件会根据工序数模包含的信息进行自动的适应性调整，包括空间位置和尺寸。这就要求其它组件也必须在空间位置和尺寸上做相应的变化。为此，工装装配体各个组件之间需要建立尺寸关联关系。建立关联关系的原则是：当一个组件的尺寸变化后，会影响到哪些组件的尺寸，如何影响。建立的尺寸关系用ug中的表达式进行记录，包括两种：装配关系中的距离表达式和组件所对应的part文件中的特征表达式。
4．3工装实例添加功能
这是一个向导工具，引导操作人员定义新典型工装装配体，并对添加相应的属性。
工装实例库中的实例是相对典型的和稳定的工装装配体。实例库的建立需要在pdm平台下完成，要考虑实例库和pdm之间的管理关系，以及实例库中的实例与pdm中产品bom之间的关系。实例库中工装实例的添加、删除、修改和查询功能均需在pdm环境中完成。
工装实例库的建立需要两方面的工作：
(1)以叶片类零件为应用对象，对典型工装设计知识进行总结归纳，包括：典型且可以重用的零组件、零组件的尺寸参数、技术规格、图形、设计流程，形成相应的夹具零组件库和工装实例库。
(2)工装实例库的构造使用相关参数化造型等技术，在典型工装或专用工装设计完成之后，任何新的工装设计如果满足一定的相似条件，就可以快速的从库中实例派生出新的工装设计，从而解决快速设计的需求。
5系统实现
本系统是以ug／nx3．0为开发平台，下面具体介绍系统功能的实现过程。
从工艺部门接到工装设计任务后，进入ug软件进行工装设计。典型工装在pdm下进行管理，根据制造bom的结构，这些工装的part文件与使用它们的那些物料关联在一起，并建立属性信息，表明该工装是哪道工序使用的。生成的工序模型，如图4所示。
下面以压气机叶片毛坯锻件的第一道工序—铣进排气边的工装夹具设计为例，进行描述。首先，根据工艺规程和叶片毛坯锻件图，利用ug二次开发的参数化工序建模菜单，输人参数和属性添加进行工序建模，生成的工序模型和各部分名称信息，如图4所示。根据建好的三维工序模型，在pdm下的工装实例库选择工装类型；紧接着，在ug中打开选好工装类型模型，然后在装配环境下调入三维工序模型，进入ug二次开发的工装设计菜单，根据对话框提示指出叶盆或叶背(定位点在叶盆就指定叶盆，在叶背就指定叶背)，接着通过遍历工序模型得到工序数模驱动的新工装模型，最后通过适应性装配和局部小的修改得到完全满足需求的新工装模型。系统各菜单和叶片工序数模驱动的新工装，如图5所示。
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目前主要的电子设备包括电台、无线电罗盘、高度表、雷达等，其主要功能是获取信息、传输信息并进行显示。由于电子设备涉及到多个学科和专业，设备复杂，在工作中故障率很高。对电子设备的维修能力是正常使用电子设备的前提。采用实际设备进行维修训练，可以获得较好的训练效果。但由于电子设备昂贵的造价，使得实装训练变得比较困难。并且，使用实际设备直接进行训练，尤其是让新手进行训练，带有很大的风险，容易损害正常的设备。采用计算机软件配合简单的硬件构造虚拟化的维修训练环境，用于训练电子设备维护人员，既可以降低训练成本，又可以避免新手操作不熟练造成对设备的损害，训练效果也有一定的保证。
然而，目前虚拟维修主要应用于机械设备的维修训练，电子设备的虚拟维修较少提及。这是由于电子设备的特殊性。电子设备的虚拟维修训练系统特殊之处包括三点，一是电子设备所产生或接收的各种信号。一般情况下，电子设备通过产生或者接收大量的信号进行工作，这些信号的特性各异，并且信号之间的依赖关系复杂。二是与电子设备状态相关的多种显示符号。不同的设备操作会导致不同的显示符号。三是维修过程中用于测量信号的仪器。因此，开发电子设备的虚拟维修训练系统，关键在于建立电子设备的信号模型，根据信号的依赖关系，建立电子设备的故障模型，同时利用虚拟仪器模拟信号的测量，实现故障维修训练。
本文采用虚拟现实技术和多信号模型，设计并开发了电子设备的虚拟维修训练系统，用于新手的维修训练。本系统采用3DMax建立电子设备的三维模型，用于展示设备的外形；采用GL-Studio建立设备的响应模型，用于训练电子设备的各种操作；采用多信号模型，建立电子设备的故障模型，用于模拟电子设备的各种常见故障；采用虚拟仪器，实现设备主要射频、低频信号的虚拟测试；最后采用专家系统对训练过程进行评估。本论文分为以下几部分：首先介绍虚拟维修的现状，然后介绍了电子设备虚拟维修的关键技术，接着给出了电子设备虚拟维修训练系统的硬件架构和软件架构，并对主要部分进行分析；最后总结了电子设备虚拟维修训练系统的主要特点和发展方向。
1.虚拟维修的研究现状
德国Fraunhofer计算机图形研究所与宝马公司联合开展以宝马汽车装配和维修过程的核查与确认为目的的虚拟装配仿真，美国Lockheed Martin公司在F-16飞机设计过程中采用虚拟维修确认和人素分析[1]，英国Salford大学虚拟环境中心对包括碰撞检测、约束建模等关键性问题展开研究。华中科技大学对虚拟维修拆卸过程规划与仿真进行了深入的研究，该文研究了基于零件约束关系的Petri网拆卸序列规划，对模型特性进行了分析和验证，用获得的拆卸序列建立拆卸序列数据链表，存储零件的信息。
文献[2]对于三维环境下的路径规划，本文先是对三维路径规划中所需要采用的一些关键技术作了研究，包括关键帧路径动画、人体步行周期以及OSG骨骼动画技术。然后本文将这些技术应用于虚拟应急演练系统中，完成了基于OSG的虚拟人路径规划模拟系统。可获得外界数据，达到人机交互，呈现相应信息给用户。
文献[3]设计了某型雷达结构虚拟维修的总体方案和维修仿真规划，建立了维修仿真环境，给出了某型雷达结构虚拟维修的操作流程及可视化的碰撞检测结果，同时对其维修性和人机工效学进行了评估与验证。
2.电子设备虚拟维修训练系统软件架构
该系统通过任务选择和角色指派为受训对象提供虚拟化维修场景和维修训练环境，训练科目包括外场维护和内场维修，主要建设内容包括设备拆装建模、设备信号建模、虚拟仪器建模、三维虚拟场景建模、维修过程建模和维修评估建模等。
装备的三维模型用于展示装备的外观，装备的拆装模型用于训练装备拆装顺序。装备的信号模型用于模拟装备的工作过程和各种故障。装备是否发生故障，在实际训练过程中需要采用虚拟仪器进行虚拟化测试，根据测试得到的结果对装备的状态进行判断。总之，装备的三维与拆装模型、装备的信号模型和虚拟仪器构成电子设备虚拟维修训练系统的维修场景，维修场景编辑器通过编辑装备的状态、设定维修科目实现虚拟化维修训练。
三维虚拟场景用于展示整个的飞机维修场景，维修过程建模将设备所有的标准化维修步骤进行建模，虚拟维修训练系统通过比对训练者每个步骤的操作与标准化维修步骤之间的差别，实现对维修训练效果的评估。
从以上分析可以看出，机载电子装备虚拟维修的核心问题是建立各种模型。尤其是信号模型、故障模型和虚拟仪器模型。这些模型通过模拟真实装备的工作过程，构建虚拟化的训练环境。另外比较重要的模型是维修过程的建模和维修效果的评估，维修过程建模需要考虑多种装备在不同状态和不同任务阶段的维护需求，尤其是在故障排查和维修时，需要考虑多种不同的排故策略。
3.电子设备虚拟维修训练系统关键技术
3.1 交互式操作的仿真。在电子设备的操作过程中，需要通过一些按键、开关或遥感的操作实现对设备状态的改变和监控。因此，电子设备虚拟维修训练系统中，必须实现各种交互式操作的仿真。
为了实现电子装备的交互式操作，本系统采用GL Studio为开发工具，开发了虚拟座舱，图3给出了多功能显示器和平显的交互式操作模型。训练人员可以通过操作各种按键或旋钮，获观察平显上的符号，操控装备。
3.2 虚拟仪器建模。电子设备在维修过程中需要用到必须用到两类仪器，一类是通用仪器；一类是专用仪器。通用仪器包括信号源、频谱仪、示波器、万用表、功率计等；专用仪器是指为电子设备专门研制的外场和内场测试设备，包括雷达信号模拟器、电台模拟器等。这两类仪器的使用熟练程度又直接决定着维修效果，所以必须建立与之对应的虚拟仪器。虚拟仪器是以通用计算机作为系统控制器、由软件来实现人机交互和大部分仪器功能的计算机仪器系统。虚拟仪器的操作和测量结果的显示是以虚拟面板的形式借助于计算机显示来显示的，而且数据的传送、分析、处理等都是由计算机软件来完成的，可提供多人次、多场位的训练环境，改进训练效果，提高仪器的使用水平。
4.小结
为节约训练成本，降低训练风险，采用虚拟现实技术，构建了电子设备虚拟维修训练过程，给出了软件架构和关键技术的实现。该虚拟维修训练系统可以用于多种飞机航空电子设备的虚拟维修训练，具有较大的推广应用价值。
参考文献
[1] Junfeng Yao，Chao Lin. Path Planning for Virtual Human Motion Using Improved A* Star Algorithm[J].Information Technology： New Generations （ITNG）， 2010 Seventh International，2010，1154-115：8.
[2] Xin Tan， Dingfang Chen. A Hybrid Approach of Path Planning for Mobile Robots Based on the Combination of ACOand APF Algorithms[J].International Workshop on Intelligent Systems and Applications 2009 5： 1-4.
[3] LONG Bing，GAO Xu， LIU Zhen.Hierarchical Modeling Method for Multi-Signal Model Based on Visio Control Component[J]. Journal of University of Electronic Science and Technology of China. 2012，3，Vol（41）2：259-264.
[4] ZHANG Hong-bo， CAI Xiao-feng. Development of Graphic Power Flow Calculation Software Based on Visio Drawing Control[J]. Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power. Vol（30）1，2009，2：70-72.
[5] SU Tao ， ZHONGJun2jie ， ZHU Hanhua.Research on Marine Power Plant Maintenance Process of Virtual Technology[J]. SHIP & OCEAN ENINEERING.2009，4.Vol（38）2，：72-75.
[6] Yang Xingxing. Research on Key Technologies of Virtual Maintenance Training of Civil Aircraft[D]， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2010.12.
[7] Zhou Dong， Huo Lin， Wang Meihui. Research and Application of Virtual Maintenance Technology[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics.2011，2. Vol（37）2：231-236.
