根據(jù)零件實(shí)物樣品進(jìn)行測(cè)量，按照反求工程(RE)要求由測(cè)蹙數(shù)據(jù)完成零件的三維CAD建模，在工程實(shí)踐中具有廣泛的用途，這也就是通常所說(shuō)的基于實(shí)物的反求工程。裝配體反求是指對(duì)機(jī)構(gòu)的裝配模型的反求。而虛擬裝配(Virtual Assembly，VA)是指利用計(jì)算機(jī)工具，通過(guò)分析、預(yù)測(cè)產(chǎn)品模型，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)描述和可視化，做出與裝配有關(guān)的工程決策，而不需要實(shí)物產(chǎn)品模型作支持。在反求工程中應(yīng)用虛擬裝配對(duì)零件模型進(jìn)行分析并修正，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能。

　　1 裝配體反求

　　基于實(shí)物的反求分為單個(gè)零件的反求和裝配體的反求。依據(jù)實(shí)物的反求實(shí)際上就是一個(gè)產(chǎn)品數(shù)字化的過(guò)程，與傳統(tǒng)正向設(shè)計(jì)最大的區(qū)別在于：正向設(shè)計(jì)是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)想要實(shí)現(xiàn)的機(jī)構(gòu)功能依據(jù)設(shè)計(jì)原理經(jīng)過(guò)一系列的設(shè)計(jì)活動(dòng)后得到新產(chǎn)品;而反求設(shè)計(jì)是依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在三維設(shè)計(jì)軟件中建模來(lái)逼近原型，其CAD建模以實(shí)物模型作為建模依據(jù)，造型所需的所有信息如輪廓形狀、曲面劃塊、曲面類型、以及CAD建模所需的點(diǎn)、線、構(gòu)圖平面等都依賴設(shè)計(jì)人員去分析發(fā)現(xiàn)，并通過(guò)測(cè)量去獲取，并且其裝配關(guān)系也是不確定的，需要設(shè)計(jì)人員通過(guò)分析去確定并最后得到能實(shí)現(xiàn)其功能的產(chǎn)品。

　　裝配體反求不僅要依據(jù)裝配體各零件的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)反求出構(gòu)成裝配體的各零件的三維模型，還要反求出機(jī)構(gòu)中各零件之間的裝配關(guān)系以及裝配體中運(yùn)動(dòng)零件的行程等，當(dāng)零件有復(fù)雜內(nèi)腔時(shí)還要反求出其未知型腔，這樣才能求出完整的裝配模型。

　　在裝配體反求中，首先要將裝配體分解成零件組，在零件分解的基礎(chǔ)上再對(duì)單個(gè)零件進(jìn)行三維CAD建模并生成零件間的裝配關(guān)系。零件分解不僅為裝配體分析提供依據(jù)也對(duì)整個(gè)建模過(guò)程提供了重要的輔助決策。裝配體的部分零件裝配關(guān)系如銷聯(lián)接，平面對(duì)齊等可直接通過(guò)零件分解得到，但對(duì)于裝配體內(nèi)部零件的裝配關(guān)系則難以直接獲取，需要借助于虛擬裝配來(lái)加以分析并確定。

　　總的來(lái)說(shuō)，裝配體是由多個(gè)零件裝配構(gòu)成的，對(duì)它的反求不僅要考慮對(duì)單個(gè)零件的結(jié)構(gòu)形狀反求，而且要更多地考慮對(duì)零件之間的裝配關(guān)系反求，基于裝配的思想要貫穿于裝配體反求設(shè)計(jì)的全過(guò)程。

　　2 反求工程中的虛擬裝配

　　一般正向設(shè)計(jì)主要采用自上向下的設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，也就是先由產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)出裝配體，之后再設(shè)計(jì)裝配中的各零件。而對(duì)于裝配體的反求來(lái)說(shuō)，雖然是已經(jīng)有了裝配體實(shí)物做基礎(chǔ)，但各零件的裝配關(guān)系并不能完全確定，故在反求設(shè)計(jì)時(shí)先要以各零件的測(cè)量數(shù)據(jù)為依據(jù)來(lái)進(jìn)行模型重構(gòu)，然后再通過(guò)虛擬裝配來(lái)求出完整的裝配體，因此采用的是自下向上的設(shè)計(jì)方法，即先在CAD軟件的零件模塊中構(gòu)造各個(gè)零件的三維模型，然后在裝配模塊中建立零部件之間的鏈接關(guān)系，并是通過(guò)配對(duì)條件在零部件之間建立約束關(guān)系來(lái)確定零部件在產(chǎn)品中的位置。

　　虛擬裝配是一種零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過(guò)程，是有效的分析反求產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理性的一種手段。其功能有：

　　(1)沖突檢測(cè)，即指組成裝配體的零部件進(jìn)行集合上的干涉檢查，這里的檢查包含有零部件在裝配體的靜態(tài)空間位置的相交性，也包含零部件在構(gòu)成裝配體的裝配過(guò)程中在空間上的集合干涉，并通過(guò)虛擬裝配來(lái)進(jìn)一步分析確定裝配體零件之間的裝配關(guān)系。

　　(2)間隙檢測(cè)，即指組成裝配體的零部件進(jìn)行間隙距離檢查分析，包含零部件之間的裝配間隙及零部件特征之間的間隙距離檢測(cè)。

　　(3)未知型腔求解，指對(duì)于測(cè)量難以得到形狀特征的內(nèi)腔等通過(guò)虛擬裝配確定其形狀。

　　(4)裝配關(guān)系分析及確定。指通過(guò)虛擬裝配求解不完整的裝配關(guān)系，并最終得到完整的裝配模型。

　　零件虛擬裝配是通過(guò)定義零件模型之間的裝配約束來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就是在各元件之間建立的一定的鏈接關(guān)系，并對(duì)其進(jìn)行約束，從而確定各零件在空間的具體位置關(guān)系。可以這樣說(shuō)，零件之間的裝配約束關(guān)系就是實(shí)際環(huán)境中零件之間的設(shè)計(jì)關(guān)系在虛擬環(huán)境的映射。故如何定義零件之間的裝配約束關(guān)系是零件虛擬裝配的關(guān)鍵。

　　虛擬裝配是在虛擬環(huán)境中根據(jù)零部件的約束關(guān)系、裝配層次和零部件在虛擬空間的位置和姿態(tài)關(guān)系，實(shí)時(shí)、交巨地進(jìn)行約束識(shí)別、定位，使零部件在滿足所有約束的基礎(chǔ)上精確地到達(dá)最終的裝配位置。具體在反求設(shè)計(jì)中表現(xiàn)為依據(jù)現(xiàn)已獲取的約束關(guān)系對(duì)裝配體各零件進(jìn)行虛擬裝配，通過(guò)干涉及間隙檢測(cè)實(shí)時(shí)交互的進(jìn)行模型修改、約束識(shí)別、約束關(guān)系分析及確定。

　　反求工程中虛擬裝配的最終目的是要得到完整的裝配模型，此裝配模型包含裝配體中各零件信息模型和裝配信息模型，并保證該機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)原裝配體機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作功能。

　　3 應(yīng)用實(shí)例

　　現(xiàn)以一車鉤機(jī)構(gòu)的反求為例，介紹虛擬裝配在車鉤裝配體反求中的具體應(yīng)用。在本反求工程的應(yīng)用中，以Pro/E軟件作為建模平臺(tái)，采用自底向上的模式對(duì)裝配體進(jìn)行反求設(shè)計(jì)，對(duì)每個(gè)零部件分別進(jìn)行實(shí)體建模，然后進(jìn)行虛擬裝配。

　　零件建模前，首先進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)分析，按照特征的主次關(guān)系，選用合理的順序進(jìn)行建模。雖然不同的建模順序可以構(gòu)造同樣的實(shí)體，但不同方法構(gòu)造出來(lái)的實(shí)體卻具有不同的穩(wěn)定性和町修改性。通常零件越復(fù)雜，其穩(wěn)定性與可修改性就越差，在技術(shù)可能的情況下，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化實(shí)體特征結(jié)構(gòu)。在實(shí)體建模過(guò)程中，應(yīng)盡量使用單個(gè)體素。

　　Pro/E軟件具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)的特性，在虛擬裝配中，零部件的幾何體是被裝配利用，而不是復(fù)制到裝配中。因此不管如何編輯零部件和在何處編輯零部件，整個(gè)裝配部件保持關(guān)聯(lián)性，如果修改某個(gè)零件，則引用它的裝配件自動(dòng)更新，反映零部件的最新變化。

　　車鉤機(jī)構(gòu)包括有鉤體、鉤舌、鉤鎖鐵、推鐵、下鎖銷、下鎖銷杠六個(gè)主要零件，其反求步驟如下：

　　(1)應(yīng)用Pro/E的Part模塊，在Pro/E里導(dǎo)入各零件測(cè)最數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)對(duì)各零件進(jìn)行模型重構(gòu);漠剖西構(gòu)過(guò)程中應(yīng)遵循零件在裝配體中的約束關(guān)系，如兩平行面之間的距離約束，相鄰平面的位置約束;曲面重構(gòu)時(shí)要考慮到零件裝配輪廓的貼合、共線等要求。

　　(2)應(yīng)用Pro/E的Assembly模塊，根據(jù)車鉤三態(tài)各零件位置關(guān)系對(duì)車鉤各零件模型進(jìn)行裝配。首先是在裝配模塊中確定合理的裝配約束，將各零件按車鉤閉鎖、開(kāi)鎖、全開(kāi)三個(gè)狀態(tài)進(jìn)行靜態(tài)裝配，即按照各零件的裝配約束將各零件組裝起來(lái)，由于鉤體的內(nèi)腔形狀較復(fù)雜，難以直接由測(cè)量得到其完整的形狀特征數(shù)據(jù)，但根據(jù)鉤舌、鉤鎖鐵、推鐵、下鎖銷在三態(tài)下與鉤體之問(wèn)的相互位置父系，以及各零件的工作作用所決定的運(yùn)動(dòng)極限范圍即可求解出內(nèi)腔的形狀，如圖1所示。

　　圖1 內(nèi)腔形狀

　　(3)在以上三種狀態(tài)下分別應(yīng)用Pro/E的全局干涉分析各零件模型問(wèn)的干涉情況，并應(yīng)用間隙檢測(cè)和距離、角度等測(cè)量分析各零件模型的準(zhǔn)確性，對(duì)于以上槍查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，消除零件模型之間的干涉并對(duì)零件進(jìn)行修改，使其符合裝配體的功能要求。如下鎖銷和下鎖銷桿在閉鎖狀態(tài)下互相干涉，測(cè)量分析發(fā)現(xiàn)是下鎖銷桿的模型尺寸偏大造成，那么在此裝配狀態(tài)下測(cè)量出其干涉大小并依此進(jìn)行模型修改，過(guò)程如圖2、3所示。

　　圖2 有干涉狀態(tài)                                    圖3 干涉消除狀態(tài)

　　在確保各零件能正常工作且滿足原設(shè)計(jì)功能要求的情況下，可對(duì)部分零件進(jìn)行修改，優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，以便于各零件及整個(gè)裝配體工程圖的生成。

　　(4)由于鉤鎖鐵、下鎖銷及推鐵都是在鉤體內(nèi)腔內(nèi)活動(dòng)，在非破壞性的零件分解時(shí)無(wú)法獲知它們?cè)趦?nèi)腔中的裝配關(guān)系，但通過(guò)虛擬裝配能清晰直觀的得到在三態(tài)下它們的相互裝配關(guān)系。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)將虛擬裝配應(yīng)用于裝配體反求工程中，能夠求解出復(fù)雜零件的未知結(jié)構(gòu)和內(nèi)腔空間范圍等，而且能通過(guò)實(shí)時(shí)交互調(diào)整各零件的位姿，以確定裝配體零件間的裝配關(guān)系及運(yùn)動(dòng)限制，可在制造前對(duì)裝配體的功能和可裝配性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而達(dá)到縮短反求產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造周期，降低反求產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，并提供產(chǎn)品快速響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力。