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一種產(chǎn)品仿真三維模型的構(gòu)建方法

文檔序號(hào):8282515閱讀:837來(lái)源:國(guó)知局
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(hù)的實(shí)時(shí)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(guó)研宄機(jī)構(gòu)HIS測(cè)算,2010年世界制造業(yè)總產(chǎn)出達(dá)到10萬(wàn)億美元。其中,中 國(guó)占世界制造業(yè)產(chǎn)出的19. 8%,略高于美國(guó)的19.4%。中國(guó)已然承擔(dān)起了 〃世界工廠(chǎng)〃的 角色,制造業(yè)也是中國(guó)最大的產(chǎn)業(yè)部門(mén)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。然而與發(fā)達(dá)國(guó)家的制 造業(yè)相對(duì)比,我國(guó)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)水平低下,創(chuàng)新能力不強(qiáng),缺乏核心競(jìng)爭(zhēng)力,高附加值產(chǎn) 品依賴(lài)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(guó)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(guò)程,即開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、管理及售 后服務(wù)等,實(shí)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(chēng)。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(guò)程包括概念設(shè)計(jì)、功能仿真、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)過(guò)程,還包括工藝設(shè) 計(jì)、加工制造、質(zhì)量保證、使用維護(hù)、維修乃至報(bào)廢的產(chǎn)品全生命周期各個(gè)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(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)和研制過(guò)程信息的存儲(chǔ)、 傳輸、共享和處理,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)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(guó)制造業(yè)數(shù)字化技術(shù)經(jīng)過(guò)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(jì)、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(yàn)、工藝數(shù)值模擬與仿真、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和制造過(guò)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(guó)家相比我國(guó)還存在巨大差距,部分高端制造業(yè)實(shí)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(guó)家已經(jīng)轉(zhuǎn)向以客戶(hù)為中 心的產(chǎn)品研制理念,即產(chǎn)品研制過(guò)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(jì)制造實(shí)時(shí)仿真的第一步是就是在系統(tǒng)中構(gòu)建零部件的實(shí)時(shí)仿真三 維模型。實(shí)時(shí)仿真所需零部件幾何模型通過(guò)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(shí)時(shí)仿真三維模型的存儲(chǔ)與表示方法與傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)中模型的存儲(chǔ)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(shí)時(shí)仿真虛擬環(huán)境過(guò)程中導(dǎo)致很多設(shè)計(jì)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?yàn)樵趯?shí)時(shí)仿真 虛擬環(huán)境中的模型無(wú)論采用哪種文件格式進(jìn)行存儲(chǔ),它們都是采用多邊形面片表示模型的 幾何形狀,也就是說(shuō)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(duì)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(diǎn)是在模型顯示和碰撞檢測(cè)方面處理簡(jiǎn)單、計(jì)算量小,能夠很好地滿(mǎn) 足實(shí)時(shí)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(jì)者在虛擬環(huán)境中 難以對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行精確的分析,主要是因?yàn)檫@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(jì)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(jì)約束等工程信息,同時(shí)也為表達(dá)與確定零件間的裝配關(guān)系帶來(lái)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(guò)程中將設(shè)計(jì)信息輸入實(shí)時(shí)仿真虛擬環(huán)境, 將零件的裝配關(guān)系信息映射到實(shí)時(shí)仿真虛擬零部件模型上,保證零部件設(shè)計(jì)信息的完整 性。
[0008] 本發(fā)明通過(guò)以下方式實(shí)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(dòng)搜索該零部件的裝配關(guān)系信息集,然后通過(guò)裝配關(guān)系信息集找到對(duì)應(yīng)的零部件 的特征,依靠特征與對(duì)應(yīng)零部件特征之間的約束關(guān)系,實(shí)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(gè)零部件裝配在一起,這兩個(gè)零部件必然要滿(mǎn)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(shuō),兩個(gè)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(gè)零部件在空間位置關(guān)系上必須符合設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖。當(dāng)兩 個(gè)零部件上參與裝配的形狀特征的尺寸不匹配,裝配時(shí)發(fā)生干涉,兩個(gè)零部件無(wú)法裝配,當(dāng) 兩個(gè)零部件的空間位置不滿(mǎn)足時(shí)同樣造成裝配時(shí)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(yùn)動(dòng)關(guān)系。
[0012] 所述定位關(guān)系包括有配合、對(duì)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(yùn)動(dòng)關(guān)系包括傳動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(gè)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(gè)零部件可以與多個(gè)零部件進(jìn)行裝配,因此零部件上就有多個(gè) 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(shuō)一個(gè)虛擬零部件具有多個(gè)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(huì)使得設(shè)計(jì)者在虛擬環(huán)境中難以對(duì)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(jì)信息,使得虛擬裝配系統(tǒng)不會(huì)難以 捕捉和維護(hù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)約束等工程信息,同時(shí)也為表達(dá)與確定零件間的裝配關(guān)系帶來(lái)了簡(jiǎn) 便。
【附圖說(shuō)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(yùn)動(dòng)示意圖。
【具體實(shí)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(dòng)搜索該零部件的裝配關(guān)系信息集,然后通過(guò)裝配關(guān)系信息集找到對(duì)應(yīng)的零部件 的特征,依靠特征與對(duì)應(yīng)零部件特征之間的約束關(guān)系,實(shí)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(yùn)動(dòng)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(gè)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(gè)零部件裝配在一起,這兩個(gè)零部件必然要滿(mǎn)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(shuō),兩個(gè)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(gè)零部件在空間位置關(guān)系上必須符合設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖。當(dāng)兩 個(gè)零部件上參與裝配的形狀特征的尺寸不匹配,裝配時(shí)發(fā)生干涉,兩個(gè)零部件無(wú)法裝配,當(dāng) 兩個(gè)零部件的空間位置不滿(mǎn)足時(shí)同樣造成裝配時(shí)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(duì)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(yùn)動(dòng)關(guān)系包括傳動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)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(shí)施例里,以?xún)煞N裝配夫糸為舉例。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(dòng)捜索該零部件的裝配關(guān)系信息集,然后通過(guò)裝配關(guān)系信息集找到對(duì)應(yīng)的零部件 的特征,依靠特征與對(duì)應(yīng)零部件特征之間的約束關(guān)系,實(shí)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(yùn)動(dòng)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(gè)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(zhuān)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(dòng)搜索該零部件的裝配關(guān)系信息集,然后通過(guò)裝配關(guān)系信息集找到對(duì)應(yīng)的零部件的特征,依靠特征與對(duì)應(yīng)零部件特征之間的約束關(guān)系,實(shí)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(guò)程中將設(shè)計(jì)信息輸入實(shí)時(shí)仿真虛擬環(huán)境,將零件的裝配關(guān)系信息映射到實(shí)時(shí)仿真虛擬零部件模型上,保證零部件設(shè)計(jì)信息的完整性。
【IPC分類(lèi)】G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104598697
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510071204
【發(fā)明人】景海龍, 唐立才
【申請(qǐng)人】廣東航宇衛(wèi)星科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年2月11日
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