虚拟装配技术论文大全11篇

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中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

一、前言

随着市场竞争的激化，产品开发已经成为了企业的竞争力和发展必要的手段。在产品开发时，我们要完善设计技术，降低产品的成本和生产周期。虚拟装配技术就很好的满足了这个要求。

二、虚拟装配技术研究现状

国外对虚拟装配技术的研究起步较早，在理论上的研究涉及面广，且已经有较为广泛的应用。美国华盛顿州立大学的Jyaaram等开发研制了一个称为“虚拟装配设计环境”(VADE)的虚拟装配设计系统。利用这个系统，设计人员可以在设计工作的初期便可考虑有关装配和拆卸的问题，从而避免了装配设计方面的缺陷。在这个系统中，设计人员首先将在CAD系统建立的零件模型导入虚拟装配系统，然后在虚拟装配系统中直接操作虚拟零件进行装配，有关产品的可装配性得到检验，同时也获得了许多有关产品的设计和制造工艺信息。Dewar等提出了虚拟环境中辅助进行手工装配的方法，该方法能够自动记录操作人员在虚拟环境中对虚拟部件的装配动作，还能辅助操作人员自动进行装配，并且询问操作人员装配时的装配方法，同时生成装配规划。

三、相关技术分析

虚拟装配系统的关键技术主要有：面向装配的产品建模，装配序列规划策略，虚拟装配仿真技术，可装配性评价技术。

1.面向装配的产品建模技术

产品装配建模是虚拟装配设计的重要环节，其实质在于如何在计算机内有效地表达装配体内在和外在的关系。模型的优劣直接影响到设计系统后续工作的效率，故而建立一个集成度高、信息完善的装配模型具有重要的意义。

2.装配序列规划策略

在机械产品装配中，一组零件或子装配体的装配顺序起着关键的作用。装配同一产品可以用不同的装配顺序，这些不同的装配顺序形成了不同的装配序列。按照某些装配序列，可以较顺利地组织装配，最终达到设计要求；而有些装配序列的采用，由于各种原因，却不能达到指定的装配目标。装配序列规划就是在给定产品设计的条件下，找出合理、可行的装配序列，按照这样的序列，可以达到指定的装配目标。

3.虚拟装配仿真技术

采用虚拟装配技术是为了在设计阶段就验证零件之间的配合性和基于二叉树结构的装配模型可装配性，保证设计的正确性。通过预览数字化产品，对规划的装配过程(装配顺序和装配路径)进行检验，对产品可装配性做出评测，从装配角度获得反馈信息，及时调整设计，进而达到提高设计质量的目的。因此，装配仿真可以视为面向装配设计的重要手段，以弥补传统装配设计分析方法的不足。

四、虚拟装配工作内容

1.虚拟装配前期准备

虚拟装配工作涉及内容较多, 范围较广, 因此前期准备工作十分重要。首先要制定虚拟装配的总体时间计划, 时间计划中要包含制造工程师对工序进行调整和的时间、虚拟装配工程师在数据管理系统中建立工序结构树的时间、工程支持部门数据健康性检查报告以及数据冻结及下载的时间、进行虚拟装配及生成报告的时间。

虚拟装配对数据具有较高的要求: 数据要在正确的结构树中; 要生成正确完整的轻量化文件; 数据版本要进行; 车辆要正确配置; 整车位置正确; 数据层次正确, 父级子级无重复零件, 左右件无重复特征。然后进行数据模型的准备工作, 对于新的项目要确定项目的车型组成, 按不同车型进行分类整理并保存数模, 而对于改型车型, 就要重点确定项目的更改内容, 然后保存更改之后的车型数模, 这样就为虚拟装配做好了数模的准备。还要确定项目的组织结构, 确认相关设计人员和专业虚拟装配人员所应承担的职责和权限, 为后续工作打下基础。最后, 在进行整车的虚拟装配工作之前要明确数据管理的重点, 要以检查前最新版本的零件清单为依据, 明确当前缺少数据模型的零件, 并保证所有零件都有相应的工位信息,然后明确记录数据版本, 利用实时数字样机仿真与分析系统Vismockup的快照功能对数模信息进行完整记录。

五、虚拟装配技术在汽车变速箱设计中的应用

1.研究目标

为了适应现代化制造及并行设计的思想，我们尝试把虚拟制造装配应用到汽车变速箱的设计中，通过研究，希望达到以下目标：

（一）汽车变速箱实现面向装配的设计，为下一步的开发研制提供实施方法及理论支持，实现缩短产品开发周期，降低产品成本，提高质量。

（二）变速箱零件全部实现三维实体模型。

（三）建立统一的数据管理，实现产品的设计数据共享。

（四）实现自上而下的设计。

2.虚拟装配技术在变速箱设计中的应用

汽车变速箱作为汽车的重要传动部件之一，其设计的优劣直接影响到整个汽车的性能。具体到变速箱的设计过程中，虚拟装配技术的应用思想、方法、具体的实现途径如下：

（一）在总体设计阶段，根据变速箱的设计要求以及总体设计参数建立变速箱的主模型空间。首先根据汽车整个设计的需要，确定变速箱箱体尺寸和大致外形；根据变速要求，我们的设计采用的是三轴式变速器，包括主轴、移动轴和中间轴；档位为六档，五个前进档，一个倒档。

（二）在装配设计阶段，完成变速箱结构、系统零件形状的基本设计，是变速箱设计的重要阶段。首先我们要完成的是如何实现变速器的功能要求，也就是如何实现其变速，接下来要进行的是确定装配基准、装配层次、装配约束。以变速器的后箱体的内表面为装配基准，分为以下几个装配区域：前盖子装配体，后盖子装配体，操纵盖子装配体。每一个子装配体又由下一级的子装配体和零件组成，主要是按照零部件间的设计逻辑依附关系来确定模型的父子关系，这样一步一步设计出变速器所有零部件模型的设计。

（三）详细设计阶段中，在保证所有零件的干涉自由和运动协调时，完善变速箱所有零件的设计工作。

六、虚拟装配技术存在的不足及发展趋势

1.拟实化程度将越来越高

从其自身来讲，虚拟装配有着不可逾越的优越性，然而，它在工业领域应用的成功程度却要取决于它对真实世界模拟的逼真程度。拟实化涉及虚拟装配最根本的两个方面，也就是虚拟产品模型和虚拟装配仿真过程。目前数字化模型的虚拟装配过程尚不能完全取代物理模型的装配过程，这就限制了其应用范围。随着工业界应用要求的提高以及基于物理属性建模技术、虚拟现实技术和多模式人机交互技术的发展，虚拟装配拟实化程度必将越来越高，在可预见的将来完全有可能取代物理实物的试装配过程，从而大大缩短产品开发周期并节约开发成本。

2.实现标准化

纵观工业领域各种技术的发展与应用，大都有一个从非标准化到标准化的发展过程，这一过程同样适用于虚拟装配技术。当前虚拟装配涉及的技术和表达方式都没有统一的标准，这是其发展状况所决定的一个必经阶段。随着在工业领域应用的逐步展开，如果没有统一的标准，必将影响虚拟装配技术的应用范围，从而阻碍其发展，因此，实现标准化是虚拟装配技术发展的必然趋势。

七、结语

面对激烈的市场竞争，虚拟装配在市场竞争中发挥了重要的作用。在虚拟装配的应用中，我们要改变传统的设计理念，进行合理的装配。只有这样，在以后的产品设计和开发中虚拟装配技术才会有更好的发展空间。

参考文献

[1]刘金玲 赵荣远 虚拟装配技术在整车研发中的应用[J]上海汽车 2011 (12)

篇（2）

论文摘要：讨论了对零部件繁多、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；针对这些功能需求设计了一种虚拟现实系统结构．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．对其中主要功能模块——控制核心模块、装配控制模块、图形引擎模块、文件服务模块、数据服务模块和应用服务模块的功能进行了详细的讨论．详细研究了本系统关键技术中的三项：主动立体显示技术、可装配性评价和实时碰撞检测方法．

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 ：

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篇（3）

1 机床专用夹具设计内容

机床专用夹具一般是由夹紧装置、对刀装置、定位装置和夹具体等基本装置组成，其内容主要包括：⑴设计夹具的定位机构。此过程主要包括了对夹具定位元件与机构的选择、方案的确定和对定位误差的计算等。定位元件的选择则是包括定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等；定位方案是指工件以内孔、以平面定位、以外圆柱表面进行定位，之后在根据不同的定位方式来进行定位误差的计算。⑵设计夹具的夹紧装置。这部分主要是由力源装置、夹紧元件与夹紧机构、中间的传力机构组成，包括夹具夹紧元件与机构的选择、夹紧方案的确定以及计算夹紧力和切削力等。斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、联动夹紧机构等则是属于对夹紧机构的选择，根据切削力计算夹紧力的大小并且确定合理的夹紧方案。⑶设计夹具的对定机构。夹具对定机构的设计包括对刀装置与元件、引导装置与元件、分度装置以及其相关的计算，如定向键、对刀块、计算刀块到定位元件位置的尺寸、分度装置、计算分度误差等。

⑷夹具总体装配布置和其工艺的设计。

2 机床专用夹具设计时的常用步骤

（1）明确设计的要求和生产所需条件、认真调查并收集设计资料；（2）确定夹具所用的结构方案、并且绘制夹具所需要的总图；（3）对夹具精度的校核和绘制夹具零件的工作图；（4）夹具设计时其质量的评估。

3 机床专用夹具的对象装配

机床专用夹具装配时的的对象模型是由机床专用夹具的装配对象和另一个对象之间的组合，因为根据大量的实例研究来看，无论是机床专用夹具的零件的装配还是部件的装配，都是以一种装配模型为基础的。机床专用夹具的对象装配之间的原则是指装配对象之间互相存在的约束关系。这种关系都是由装配对象以及几何特征和装配几何特征之间的装配来进行约束的。根据人们研究的模型来看，组成装配几何特征的装配元素根据几何特点可以分为平面、曲面、直线、曲线、点等；通过对它的特点分析，几何特征的元素主要为面元素，其中包括有平面、锥面、柱面、球面等。不仅这样，对装配几何特征来说，它的排列方式不是没有规则可言的，它的排列还存在着尺寸的约束。

4 机床专用夹具的装配过程

自上而下的装配过程是非常符合复杂装配的一种方法，它的设计步骤为：⑴确定设计目标。⑵提供设计时所需要的模型。⑶开始对部件进行设计。从设计好的实体模型中可以看出，这种自上而下的设计方法就是在建立各个零件间的关系，并且在每个零件设计好之后自动的进行装配。这种自上而下的设计技术是在参数化特征造型后，CAD技术再次重要突破。

5 机床专用夹具设计实例

本节以压泵上体的零件图为例子，加工液压泵上体部分的三个阶梯孔，根据其工艺规程在2nT_阶梯孔之前，部件的顶面与底面、两个8H7的孔和两个奎8mm TL都已加工好。而本工序加工时所需的要求有：三孔轴线与底面垂直度，四小孔和中间阶梯孔的位置要求以及三个阶梯孔的距离是254-O.1mm。后两项要注公差，加工的要求较低，试设计车床专用夹具。

首先要确定定位方案和设计定位装置。工阶梯孔的加工工序的基准和限位基准为都分度滑盘的上表面。根据基准垂合的原理，分度滑盘的上表面应该为定位基准。分度滑盘的上表面用来限制XY方向转动和Z方向移动这三个自由度的。第二确定夹紧的方案和设计其夹紧装置。车床夹具的夹紧装置必须安全又可靠。夹紧时力作用点和方向应按|以下要求进行选择：主要的夹紧力的方向应朝向主要定位基准，作用点靠近支承面的几何中心；夹紧力方向应利于减少夹紧力，尽量和工件的主要定位基面垂直，和切削力、重力的方向是一致的；夹紧力的方向和作用点应作用于工件刚性较好的方向和部位。第三就要确定夹具与机床的连接方式。对于径向尺寸大的夹具，一般是通过车床主轴轴颈和过渡盘进行连接的。之后装配在过渡盘的凸缘上，然后再用螺钉进行紧固。最后进行分度装置设计。

6 结语

机床夹具在机械加工中直接影响着其质量，生产的效率和生产成本。这对一个企业来说也是一种影响。企业在长期机床夹具的生产中会积累一定的生产经验领用这些来提高家具生产的效率。本文就简单的对机床专用夹具参数化虚拟装配进行了讨论，讨论了零件与部件之间的连接关系、零件的设计信息和在Pro/E系统中机床专用夹具怎样进行虚拟装配等。

通过对机床夹具的了解，我们知道了利用CAD平台上机床虚拟装配技术可以快捷的实现夹具的装配过程，这样的方法不仅节省了很多时间和装配人员的体力，还不易出错，这样大大的提高了机床专用家具的生产效率。这对一个企业来说是不仅提高了生产能力、降低了成本，还提高了产品的质量。机床夹具参数化虚拟装配的研究对我国也起着很大的作用。

[参考文献]

[1]吴禄慎，蔡厚道.基于UG平台的专用机床夹具设计[J].南昌大学学报（工科版），2010，32（1）.

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一、引言

飞速发展的计算机技术使虚拟现实技术已经从前沿高科技敏感领域进入了教育领域，开始为教育的各个分支服务。计算机可以将现实的实验实习设备变成虚拟的，并利用网络生成虚拟的实验室现实，真实、直观地表现出众多领域的实际内容。它把创建一种全新的教学环境，大幅度改善教学设施和条件，提高学生学习效率变成可能。

二、虚拟现实技术

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是利用计算机三维软件设计制造技术、多媒体技术、仿真技术、网络技术等多种前沿技术，生成高级的人机虚拟界面。操作者利用计算机输入设备，或者设备，通过语言、手势进入虚拟环境，在虚拟环境中进行实时交互，并且能够感知和操作虚拟环境中的各种对象，进而获得身临其境的感受和体验。

虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想象力三个基本特征。在实际的教学实践中，学习的主角是学生，我们利用虚拟技术使学生脱离课本利用虚拟界面的信息图像进行操作，让学生从身临其境的学习中得到真实的知识反馈。而且，学生沉浸在虚拟空间中，感叹超越现实的虚拟技术的同时，他们会自觉地探索未知，积极主动地寻求问题的答案，从而达到学习的目的。虚拟现实技术广阔的应用前景和优越性使其在教育领域中发挥很重要的作用。

（一）虚拟实验的应用

虚拟实验是指充分利用先进的互联网或者局域网进行各种各样的教学实验。它可以充分调动学生的学习兴趣，不断提高实验效果，扩展实验方法，加大实验力度，可以有效地培养学生的创新能力。在虚拟实验中，学生通过光标的移动，把计算机上各种虚拟仪器按实验要求和过程组装成一个完整的实验系统，同时再利用系统来完成整个实验操作，包括实验原材料的添加、条件的改变、实验数据的收集，从而进一步进行实验结果的模拟、分析等。这样的教学模式不仅可以避免真实实验操作带来的潜在危险，减少实验成本，还可以有效提高学习效率。

（二）在专业技能培训中的应用

现代职业教育的教与学，是传授知识和学习知识。创造有利于技能训练的条件，发挥学生的潜能，提高学生实践动手能力，是当前职业培训面临的重要任务。计算机虚拟技术的运用对目前职业培训是一个很重要的手段。其优越性具体表现在以下几个方面：

1．合理配置资源

实习实践训练是技能培训过程中技能训练、提升最重要的一个环节。然而，目前职业学校的存在突出矛盾是仪器设备的更新率远远跟不上时展的需要。由于培训设施与企业的要求严重脱节，不能满足企业和学生的需要。职业教育手段的滞后性将严重阻碍学生能力的培养，没有物质基础谈何培养学生的动手能力、创新能力？而借助于先进的计算机技术――虚拟技术可以算是一个解决问题的重要且有效的手段。由于复杂零件或部件都是通过计算机图形软件设计制造的，由实践者参与设计其功用，采用系统集成式结构，将任务分解成多个模块，可根据技能培训需要改变设计参数“生成”新的零部件，可以扩展教学实践内容，不断更新虚拟设备，使实践操作训练能及时跟上企业的需求，跟上时代步伐而不至于淘汰。另外，虚拟软件制造的设备还具有良好的集成性、控制性和交互性，不断改进等优点。利用虚拟现实三维技术在实习实践训练中不需要任何实物，实践过程中使用的零件种类和数量由建好的或不断更新的模型库提供的优势，可为学生和教师提供很难接触到的最先进设备、仪器的训练机会，像利用实物一样能达到训练的目的。通过虚拟软件构建其三维模型比实物训练更直观、更实用，而且可以减少因在教学中经费有限，可能无法购买先进设备而造成的遗憾。

2．改善提高培训效果

在技能培训中，很多操作性要求很强的科目，像汽车故障诊断、电路维修、发动机组装等科目，教学中需要各种各样的汽车、发动机进行技能训练，学生通过不断拆装、结合汽车日常故障维修，不断强化提升学生的技能。在培训时由于受课时、实习训练设备，以及实习场地的制约，教师教的非常辛苦，学生学的累且常感觉学不到真正的技术，培训效果很不理想。而利用仿真技术在发动机的装配过程及运动仿真实训中的优势，教师传授知识方便、通俗易懂，学生可以轻松地进行多种发动机的拆装实习，既直观又形象并且可重复练习，直到真正掌握为止。这是现实实践技能训练中很难做到的。学生全面了解了发动机结构及装配关系，为进一步进行故障实战训练打下坚实基础，进而激发学生自学的积极性和成就感，提高培训效果。

3．培养学生创新能力

现代职业技能培训不仅传授学生基础知识和技能，更重要的是学生自学能力、创新能力、分析问题能力和解决问题的能力的培养。改变传统的培训模式，运用计算机虚拟技术，利用学生对计算机的兴趣，逐渐改变学习的被动局面，让学生积极参与教学、实践中，发挥年轻人善于接受新知识、学习新事物的主动性。像计算机虚拟技术用于虚拟教学中，系统集成化的实验内容和实验仪器，加上开放式的虚拟实验环境，既便于教师讲授，又能让学生自行实验和设计实验，充分调动学生的积极性，激发他们主动掌握和探索知识的兴趣。这样一个全新的仿真学习情境，学生可以修改设计，获得不同的产品，还可以设计小制作，这本身就是一种创新能力的提高。

随着科技的发展，未来将有更多的新技术、新手段用于教育教学中，使教与学变得更和谐、更高效。

参考文献：

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1．引言

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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中图分类号：TP391.9

1 虚拟校园总体设计

虚拟校园系统包括三维虚拟校园场景建模、虚拟漫游、虚拟教室和虚拟教学、虚拟数字图书馆、虚拟实验室、行政管理系统等功能模块。三维虚拟场景建模主要是利用三维建模软件3DS Max对学校主要建筑、地形、景观等进行建模，包括教学楼、实验楼、图书馆、体育场馆、行政楼、宿舍楼等主要标志建筑；虚拟漫游是利用三维游戏引擎Unity3D提供的角色控制组件、相机控制组件等结合C#代码控制虚拟角色在虚拟校园场景模型里的行动来实现虚拟场景漫游。虚拟数字图书馆提供三维图书馆的虚拟现实环境，并实现了漫游图书馆的虚拟角色预定图书馆自习室座位的特色功能。行政管理信息系统为校园管理者提供可视化的管理解决方案，并对校园远景规划提供决策支持。本文的研究内容的特点主要有如下几个方面：首先是在虚拟教学方面，详细阐述如何利用强大的三维游戏引擎Unity，结合socket网络通信，建立实时多人在线虚拟教室，使得用户能远程接受如同身临其境般的虚拟教学，相比于传统的远程教育模式，本文设计的虚拟教学系统具有虚拟角色对应、多人实时在线音视频交流互动、远程提交批阅作业等沉浸式虚拟环境；其次，在虚拟实验室设计上，特别是在基础物理、化学、生物实验方面，提供完全仿真过程的实验系统，避免真实实验过程中可能发生的有毒性、爆炸性等潜在安全风险，同时能省去实验器材、实验药品等的花费；在机械的虚拟装配方面，参照装配流程，通过三维模型在虚拟空间的三维坐标的控制实现装配过程，节约了机械零部件成本，同时能给予用户装配流程指导；再次，在虚拟校园系统的实现上，充分考虑到现在校园用户对移动终端的使用频繁度，利用Unity引擎强大的跨平台特性，多平台的虚拟校园系统，特别是支持移动终端的虚拟校园系统，使得用户能通过访问移动互联网方便的使用本系统提供的丰富的功能，既方便用户随时学习和使用，也增强了学习和使用的趣味性和吸引力，对提高学生用户的学习兴趣有促进作用。本系统设计思路框图如图1。

图1 虚拟校园系统功能图

2 部分系统功能详解

2.1 3D校园模型。为了逼真的表现虚拟校园系统所描绘的环境，可以给虚拟环境设置背景，加上地表与天空，建立的三维世界处于大地的中心，就如同自然界的大地和天空一样，由于学校是小区域，而且实地地势比较平坦，因而，本论文的地表模型建立为一个平面。在模型的构建中需要注意的是多边形模型的优化，一个虚拟的校园系统还是比较大的，对模型充分的优化可以最大化减小最后网络文件的大小，利于用户浏览。空间背景和空间本身都是无限大的，但是空间背景可以理解为包围在空间周围的一个球状壳体，称为空间背景球体。整个空间背景可以分为两个部分：天空和地面，两者之间以地平线分隔。设置背景是通过设定Background节点的各域的参数来实现的，可分为两种设定方式，一种是通过颜色插值模拟大地和天空；一种是构造背景的全景图。在虚拟校园系统中采用了设置背景全景图的方法，在天空模型的内表面，用纹理映射产生全天候天空背景。

2.2 虚拟教学。虚拟教学是利用虚拟现实技术来模拟教学过程，将教学过程真实的展现出来，它不仅能够弥补院校硬件设施的不足，打破传统的说教的教学模式，而且虚拟现实的强大的画面感会很大程度的提高学生上课的积极性，尤其是在一些实际操作性非常强的专业上，如导游、旅游、自动化、机械、动漫等专业，可以通过动画模拟的形式将理论知识呈现出来。不仅如此，本系统同时还可以对学校的宣传起到积极的推动作用，方便想了解学校的用户在电脑上就能身临其境的获得更多的校园信息，使任何用户只需一步就能“踏进”校园参观了解。

2.3 交互功能模块。漫游是该虚拟校园系统的关键，人机交互部分的主要是利用鼠标或者键盘等计算机输入、输出设备控制有关设备的运行和理解，并执行通过人机交互设备传来的有关的各种命令和要求。虚拟校园的最终用户主要是学生、老师或者家长，所以其人机交互界面，必须以一般大众（而非专家）为其用户对象，以简单直观、方便快捷为目的。在本系统中主要的人机交互包括GUI界面设计和漫游设计。用户通过浏览器可以直接打开软件，进入使用界面，界面中可以呈现多种的漫游界面以供选择，例如自动导航、手动导航灯。

基于虚拟校园的人机交互，它能使得用户就像亲身行走在校园之中。随着天气和时间的不同，校园中的光线等也随之发生变化，对校园景貌进行环视、俯视、仰视，使人感觉更真实。同时，用户能够由远及近的观看校园中建筑物，熟悉校园环境。由于现在的虚拟校园都是从外观进行游览，下一阶段的目标就是能够让用户进入教室里体验。在人机交互时，视点会随着输入设备的运动而发生变化，这个过程会导致视点进入地面下、飞出天空外和穿过建筑物或树木、路灯等特征物，这样就不够完美，因此必须进行实时漫游的碰撞测试。通过Vega中的相交矢量控制视点与碰撞检测目标的距离，减少了不必要的碰撞，提高系统性能和真实程度。

3 结束语

随着计算机水平技术的不断发展，虚拟现实技术已经被广泛的应用到了各个领域中，与人们的生活、工作密不可分，其中虚拟校园是一个很重要的应用。它采用虚拟物体和实景拍摄影音结合的手法，借助一种新的三维引擎Unity3D生成三维虚拟校园漫游系统，使用用户能远程的通过单机或者网络访问该系统，以虚拟漫游的形式感受正好校园风貌。虽然现在虚拟校园技术在国内的应用还处于起步阶段，但其发展前景不可估量。它现在正在不断发展和完善，并且它对硬件设备的要求不高而且设备价格不断降低，使得它逐渐受到越来越多教育工作者的重视和青睐，因此它会在教育培训领域广泛应用并发挥其重要作用。

参考文献：

[1]沈国钧.三维虚拟校园交互系统的设计[J].计算机光盘软件与应用，2012（03）：200+196.

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1国内外研究现状分析

要解决公差信息的自动生成问题，首先就要让计算机理解它所表示的公差信息。针对公差信息尤其是几何公差信息在计算机中的表示问题，许多国内外学者们都提出了各自的解决方案，在这些方案中构建了各自的公差信息表示模型。归结起来，可分为如下几大类：

（1）基于面图的模型。该类模型将零件的几何结构作为基本结构，几何要素、面、边、顶点等作为结点，公差和参考基准作为结点的属性。该类模型的典型实例公差图模型、面向虚拟装配的模型。该类模型仅仅提供了公差符号，没有解决公差语义和关系的表达问题。

（2）基于变动几何的模型。该类模型使用若干个参数来表示几何体的形状，用尺寸参数的微小变化来表示公差。如由小位移旋量、虚拟边界来表示，变动几何约束网络的方法，基于特征技术与拓扑相连表面。变动几何模型虽然表示了形体之间的关系，但没有表示可变几何。

（3）结构化模型。在GD&T（Geometrical Dimensionaland Tolerancing）中，应用得最为广泛的结构化模型为TTRS模型。TTRS模型的最大特色在于对CAD系统所提供的几何信息进行了重新组织，以便于在计算机上实现公差类型的自动生成。但它在实现时主要考虑了拓扑表面上的关联，未真正考虑技术表面上的关联。

（4）基于数学定义的模型。该类模型结合公差的工程语义给出各种公差的数学定义。基于数学定义的模型很好地解决了公差语义的表达和区分各种公差之间的关系问题，且便于实际应用。然而，采用该类模型开发的计算机辅助公差设计系统需要较多的人机交互，故在自动程度上低于TTRS模型。

（5）其它模型。当前，部分学者试图研究采用一些全新的技术来构建公差表示模型，这些技术包括XML、广义区间、模糊逻辑及描述逻辑等。国内桂林电子科技大学的学者钟艳如、覃裕初、王冰清等提出了基于描述逻辑（DescriptionLogic）的公差类型、公差规范、公差带的自动生成方法。这些公差表示模型将一些实用的技术引入了公差表示，在一定程度上解决了公差信息在异构系统之间的传递问题。但是，它们在应用时仍然需要大量的人工干预。

2描述逻辑简介

描述逻辑是知识表示的一种形式化语言，适合表示关于概念和概念层次结构的知识，因此叫做概念表示语言和术语逻辑。描述逻辑统一了大家所熟悉的基于框架、语义网络、面向对象的表示以及语义数据模型系统的逻辑基础，并给出一种形式化的、基于逻辑的语义。描述逻辑的基本构建是概念、关系和个体。概念描述了一个个体集合的共同属性，并且可将概念解释为对象集的一元谓词，将关系解释为对象之间的二元关系。

描述逻辑的特点在于，将大量的构造符作用到简单概念上，从而建立更多复杂的概念。另外，描述逻辑将推理作为中心服务，既从知识库显式包含的知识推导出隐含表示的知识。描述逻辑注重关键推理服务的可判定性，并且提供了可靠的、完备的推理算法。其主要的推理有分类、可满足性问题、包含关系以及实例检测。

3基于描述逻辑公差自动生成研究思路

基于描述逻辑公差自动生成研究思路是：根据几何产品的空间拓扑关系，构建出一种新的空间描述逻辑―公差描述逻辑TDL。开发公差描述逻辑TDL推理机，构建基于描述逻辑的公差信息生成知识库系统。

3.1公差描述逻辑TDL的构建

首先，分析公差信息表示的需求，并根据需求定义描述逻辑中空间关系的语法和语义。在定义空间关系时，应当注意增加扩充空间关系构造子，使之能够表示CAD系统的空间图元和拓扑关系。其次，设计TDL公式的可满足性判定算法。针对TDL的可判定性问题，直接设计TDL的可判定性算法，再证明算法的可终止性、可靠性和完备性。最后，分析判定算法的复杂度。若TDL公式的可满足性问题是可判定的，则直接分析判定算法的复杂度。否则，利用公差表示领域专家知识，引导推理过程，设计推理时的限定规则，以保证推理问题的可判定性。

3.2公差信息的描述逻辑表示

首先，根据自项向下逐层细化的研究思路，将装配体视为多个零件的集合，再将每个零件视为多个装配特征表面的集合，最后求出装配特征表面的几何要素之间的空间关系，并研究这些空间关系与公差类型及基准的内在关系。在此基础上，应用TDL表示这些内在关系，进而构建公差表示领域的术语表公理集TBox和公差信息的TDL表示模型。

3.3公差信息的自动生成算法

首先，基于公差信息的TDL表示模型，采用本体描述语言OWL构建公差领域本体。构建时可考虑将装配体、零件、装配特征表面、几何要素等定义为OWL类，将装配特征表面的几何要素之间的空间关系与各种类型的公差定义为OWL对象类型属性。同时还应注意比较装配特征表面的两种划分方法。其次，基于构建的本体，采用语义网规则语言SWRL定义公差类型及基准的生成则。从公差信息的TDL表示模型中可以得到空间关系与公差类型的内在关系，先将这些内在关系转化为因果关系，之后按照类Horn子句的形式写出这些因果关系，注意每一个类Horn子句只允许有一个后件，故若是因果关系中有多个后件，应分为多个类Horn子句给出。最后，根据构建的本体及定义的规则，设计公差类型及基准的自动生成算法。

4结语

本文根据国内外研究现状以及描述逻辑相关知识分析，最后提出基于描述逻辑公差自动生成研究思路。

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一、引言

 

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。

 

篇（9）

《机械设计基础》课程是机械类专业一门重要的技术基础课程。课程设计是培养学生机械综合设计能力、创新能力和工程意识的重要环节，是启迪学生的创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段，将为以后的专业课程设计和毕业设计奠定基础，在教学计划中具有承上启下的重要作用。我院《机械设计基础》课程设计选用的题目是传动装置中的减速器设计，在以前的课程设计中发现，由于学生空间想象能力不足，往往照葫芦画瓢，导致学生对自己设计的减速器结构似懂非懂，影响了设计质量。笔者结合自己对UG（Unigraphics）软件技术的掌握，对教学中如何提高学生空间思维能力的问题进行了探索。

人们的认识过程建立在实践活动中，从具体到抽象，从感性认识上升到理性认识，在此过程中，如果缺乏与之有关的感性认识作为基础，理解起来很难。《机械设计基础》课程是理论性和实践性都很强的课程，内容比较抽象，减速器结构设计离不开空间想象，离不开对空间形体的分析和表达。根据心理学的观点，空间想象能力是形象思维与抽象思维两种思维活动的分析、综合、加工处理，从而产生新形象的一种综合性能力，主要来源于对空间形体的感性认识。课程设计能培养学生对空间形体的想象能力、分析能力和表达能力。这三种能力彼此关联，相互促进。在教学中从学生的身心发展规律和学生实际出发培养学生空间想象能力的途径有很多，利用UG软件进行多媒体教学是非常有效的方法之一。

UG系统起源于美国麦道飞机公司。多年来，UG系统汇集了美国航空航天与汽车工业的专业经验，发展成为世界一流的综合性的设计、分析和制造一体化的集成系统。可以实现从产品的概念设计、结构设计、虚拟现实到静力学及动力学强度分析，最后由CAM模块实现计算机辅助加工制造，贯穿了产品的开发和制造全过程。UG技术提供的草图功能、曲线曲面建模、基于特征的实体建模、虚拟装配建模、机构运动仿真、分析等技术手段，给机构设计提供了极大的方便。相关技术手段的结合应用不仅能快速构建出相关的机构的抽象模型，也能把这种模型快速地映射于机构的装配模型，还能对机构进行快速的运动分析仿真、运动干涉检查及动力学分析等。

在课程设计之前，为了增强学生的感性认识，最好进行轴系结构测绘和减速器结构装拆实验，因为这两个实验有利于学生进一步掌握机械结构设计知识、了解结构设计的原则，建立轴系组成的基本概念。在课程设计开始时，学生往往不知从何下手，教师首先应该介绍一下设计总体过程。采用课件比较方便，然而也有很大的局限性，因为制作好的软件不宜改动，教学内容的个性与教学过程的适宜性受到了限制，在课堂上不利于发挥教师的主观能动性，不利于最大限度地融入和体现教师的设计思想、教学特色和个人风格。笔者采用UG软件对零件直接进行三维建模和用UG建造好的虚拟模型进行教学，在课堂的动态教学中能够随机应变、按需造型以及修改模型，提高课堂教学质量。采用UG软件建造的虚拟模型比以前采用实物模型来增强学生感性认识要好，因为实物模型由于体积和重量原因会造成携带、拆卸和解剖不便，且操作较为费时。而UG软件创建的三维模型精度高、质感好、形象逼真、色彩丰富，利用UG的局部放大、平移和翻转等工具，能够在屏幕上观察零件复杂形体的外形与内腔、相贯体中相贯线的变化等各个侧面和局部细节特征；可以直观地显现整个零件的结构，装配体中零件之间的连接关系，使教学中的知识难点更加清晰、生动、形象；也可以根据不断变化的教学内容和不同的教学对象的需求，利用UG软件方便地进行教学模型的修改与新建，满足教学中对模型种类及数量的需要，并能显著降低教学成本。

在介绍设计过程时，如果采用机械制图方法将零件的三维实体利用投影法原理将其转化到二维平面图上，再通过二维视图想象出三维形状讲解减速器结构设计，则学生理解这些传统的二维平面图知识需要有丰富的空间想象力。即使用一些轴测图，也只能看到实体的部分表面，不能解决教学中向学生讲解清楚空间几何体的形体问题。

并且学生的认识始终停留在二维图纸上，不能很好地了解结构设计对整机性能的影响以及单个零件与整机之间的关联关系，不清楚自己设计的结构是否合理。笔者在教学中采用UG软件教学，使学生看到零件的设计过程，让学生看到教师在绘图过程中的细节，并且使用UG对减速器各个零件进行装配，使学生比较容易理解。如图（轴上零件周向、径向定位）所示，在讲解对减速器轴上各个零件进行装配时，介绍装配基准，演示如何进行传动件的周向和轴向固定；轴的支承、固定；轴承类型如何选择，应考虑哪些因素，轴承如何装配，间隙如何调整等问题；各零件之间的相互位置关系、零件的布置方案、装拆顺序；图样上的尺寸和公差标注及零件的结构工艺性应注意的问题等等。这样，不仅能在较短时间内给学生提供正确的示范，培养学生的几何构思能力，同时介绍了有关结构工艺知识，培养学生合理的设计思维，有利于学生理解减速器的工作原理、装配关系、各零件的相对位置关系以及各零件的结构特点。这种视觉效果的刺激能增强学生的分析、认识和记忆能力，开拓学生的知识面，活跃课堂气氛，提高学生的学习兴趣，也能充分发挥计算机与教师的双重作用。

轴上零件周向、径向定位图

三维设计是工业发展的趋势，我院机械类专业学生获得UG或PRO/E三维设计技能证书是学生的毕业条件之一，这样的要求有利于提高学生实际工程设计能力，创新意识和就业的竞争能力。因为在课程设计之前，一些学生已经学习了UG或PRO/E软件，在课程设计中应鼓励学生采用三维设计。将三维设计融入课程设计，学生可以利用UG强大的参数化功能和装配功能，完成各零件的设计和装配。由于学生缺乏实际经验，往往要对某些结构不够合理的地方进行多次修改，采用UG软件只需修改零件的某个参数的数值即可完成整体修改。而采用二维设计，结构变动较大时则不得不重新设计并花费很多时间进行绘图。而采用三维设计，整个设计过程符合学生的认知规律，能使学生更加深入地理解设计的内涵，增强学生的设计想象力，启迪学生的思维，引导学生实现探究性学习。三维设计能够使学生直观地看到自己的设计成果，增强学生的成就感。而且学生在完成三维设计后，利用UG的制图转换功能，可将使用实体建模功能创建的零件或装配模型引用到工程图模块中，快速转换为二维的工程图，再进行尺寸标注、注释等等，最终完成课程设计所要求的图纸，从而提高学生的专业制图识图能力，加深学生对三维设计与二维工程图之间关系的理解。

实践表明，用UG软件讲授减速器的结构设计，可以激发学生的观察力、想象力及逻辑联想能力，能够达到“教人以渔，则终身受用无穷”的效果。不过，虽然现代教学技术开阔了学生的视野，提高了学习的趣味性与教学效率，然而教学却具有生成性，对课堂上出现的新问题，教师的板书和分析必不可少。因此，在教学实践中应当将传统教学和现代教学技术有机结合，不断地研究新的教学方法，与时俱进，注意使各种教学手段相互穿插、补充，这样才能提高学生的学习兴趣，增强他们学习的主动性，实现教学效果的最优化。

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工程图学是工科学生最早接触的技术基础课程，它是一门将知识、实践、素质和能力融为一体的综合型课程，在培养学生的空间思维能力、提高学生的综合素质和创新能力方面具有重要作用。教学要服务于人才培养目标的实现，地方本科院校主要为地方经济建设和社会发展服务为前提，培养具有创新精神和实践能力的高素质应用型人才。因此，构建工程图学课程教学内容和体系，以适应较强工程实际应用能力的人才培养目标已是当务之急。

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：

篇（11）

【论文摘要】针对目前航空发动机典型零件一叶片类零件工装设计现状，创建了三维工序数模驱动的叶片类零件工装设计系统，阐述了系统的优点、结构、功能、工作流程，并以ug二次开发实现了原型系统。通过在国内某大型航空发动机公司进行应用，大大提高了叶片类零件工装设计的效率，缩短了设计时间。

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。