一种产品仿真三维模型的构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及应用于高端制造业面向客户的实时仿真系统，尤其是一种产品仿真三 维模型的构建方法。
【背景技术】
[0002] 据美国研宄机构HIS测算，2010年世界制造业总产出达到10万亿美元。其中，中 国占世界制造业产出的19. 8%，略高于美国的19.4%。中国已然承担起了 〃世界工厂〃的 角色，制造业也是中国最大的产业部门和国民经济的重要组成部分。然而与发达国家的制 造业相对比，我国制造业竞争优势水平低下，创新能力不强，缺乏核心竞争力，高附加值产 品依赖进口，生产效率明显不高。因此，发展先进制造技术是解决我国制造业难题的重要途 径。
[0003] 先进制造技术是传统制造业不断地吸收机械、电子、信息、材料及现代管理技术等 方面最新的成果，并将其综合应用于产品制造全过程，即开发与设计、制造、检测、管理及售 后服务等，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想的技术经济效果的前沿制造 技术的总称。以数字化为核心的制造业信息化技术已成为制造业发展的重要基础和支撑， 现代产品的研制生产过程包括概念设计、功能仿真、结构设计等设计过程，还包括工艺设 计、加工制造、质量保证、使用维护、维修乃至报废的产品全生命周期各个环节。数字化已成 为产品研制生产的必要手段，采用数字化技术，可以实现制造系统和研制过程信息的存储、 传输、共享和处理，从而实现对复杂系统问题的定量化、最优化、可视化的解决方案。
[0004] 以装备制造业为代表的我国制造业数字化技术经过多年的发展，取得了一定的成 效，在产品的三维数字化设计、数字样机应用、工装数字化定义、预装配、主要零件的数控加 工、产品数字仿真与试验、工艺数值模拟与仿真、产品数据和制造过程管理等方面有了较深 入的应用。但是，产品全生命周期的信息通道尚未打通，数字化工程体系还未形成，数字化 技术的巨大效能远未发挥。与发达国家相比我国还存在巨大差距，部分高端制造业实施了 并行工程，但仍然停留在以产品为中心的产品研制理念，而发达国家已经转向以客户为中 心的产品研制理念，即产品研制过程中，产品的目标从可制造型向服务型转化，采用面向产 品全生命周期的管理模式。
[0005] 进行产品设计制造实时仿真的第一步是就是在系统中构建零部件的实时仿真三 维模型。实时仿真所需零部件几何模型通过现有的CAD系统完成零部件几何模型的构建， 然后由系统直接读取CAD系统输出的多边形面片模型。
[0006] 实时仿真三维模型的存储与表示方法与传统CAD系统中模型的存储和表示方法 不同，这样在将CAD系统的模型数据转换到实时仿真虚拟环境过程中导致很多设计信息的 丢失，如零件的几何与拓扑信息、产品装配模型中的装配信息等。这主要是因为在实时仿真 虚拟环境中的模型无论采用哪种文件格式进行存储，它们都是采用多边形面片表示模型的 几何形状，也就是说采用很多依次相连的小多边形面片近似表示模型的几何形状，然后虚 拟环境对这些多边形面片模型进行渲染，依靠这些小多边形平面近似的表达模型的几何形 状。这种表示方法的优点是在模型显示和碰撞检测方面处理简单、计算量小，能够很好地满 足实时性的要求，但是它存在以下不足之处： 1、 三角面片模型损失了零部件模型的几何信息与拓扑信息，使得设计者在虚拟环境中 难以对产品模型进行精确的分析，主要是因为这种表示方法造成任意形状的几何特征的平 面化，所以不能在虚拟环境中精确反映模型的形状特征； 2、 丢失了产品信息模型包含的大量工程设计信息，这些信息的丢失使得虚拟装配系统 难以捕捉和维护产品设计约束等工程信息，同时也为表达与确定零件间的装配关系带来了 困难。
【发明内容】
[0007] 本发明在由CAD数据导入虚拟环境的过程中将设计信息输入实时仿真虚拟环境， 将零件的装配关系信息映射到实时仿真虚拟零部件模型上，保证零部件设计信息的完整 性。
[0008] 本发明通过以下方式实现： 一种产品仿真三维模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤： Sl采集零部件原型数据，得到零部件的物理属性；建立CAD系统 输出的三角面片模型形成的几何模型； S2设定零部件装配的约束条件； S3构建零部件装配关系信息；生成虚拟零部件的装配关系信息集； S4自动搜索该零部件的装配关系信息集，然后通过装配关系信息集找到对应的零部件 的特征，依靠特征与对应零部件特征之间的约束关系，实现装配； S5模拟零部件物理属性。
[0009] 进一步的，S2所述约束条件包括尺寸约束和空间位置约束。
[0010] 将两个零部件装配在一起，这两个零部件必然要满足一定的约束条件，这些约束 条件是尺寸上的约束和空间位置的约束，也就是说，两个零部件上参与装配的形状特征的 尺寸关系必须匹配，或者两个零部件在空间位置关系上必须符合设计者的设计意图。当两 个零部件上参与装配的形状特征的尺寸不匹配，装配时发生干涉，两个零部件无法装配，当 两个零部件的空间位置不满足时同样造成装配时的干涉，而且不能完成预期的功能。
[0011] 进一步的，S3所述零部件装配关系信息至少包括零部件形状特征、几何元素和它 们的尺寸参数以及这些特征和几何元素之间的装配关系；所述装配关系包括定位关系、连 接关系和运动关系。
[0012] 所述定位关系包括有配合、对齐或相切中的一种或多种； 所述连接关系包括间接连接或直接连接的一种或多种； 所述运动关系包括传动或相对运动的一种或多种。
[0013] 进一步的，S3所述装配关系信息集还包括两个零部件的约束关系和装配元素的公 差。
[0014] 在产品结构中，一个零部件可以与多个零部件进行装配，因此零部件上就有多个 与其他零部件进行装配约束的形状特征或几何元素，也就是说一个虚拟零部件具有多个装 配关系信息。
[0015] 进一步的，S5所述物理属性包括重力属性。
[0016] 本发明的有益效果是：避免了三角面片模型损失了零部件模型的几何信息与拓扑 信息，不会使得设计者在虚拟环境中难以对产品模型进行精确的分析。
[0017] 避免丢失了产品信息模型包含的大量工程设计信息，使得虚拟装配系统不会难以 捕捉和维护产品设计约束等工程信息，同时也为表达与确定零件间的装配关系带来了简 便。
【附图说明】
[0018] 图1提取虚拟零件的装配关系信息映射结构示意图； 图2虚拟产品进行装配运动示意图。
【具体实施方式】
[0019] -种产品仿真三维模型的构建方法，包括以下步骤： Sl采集零部件原型数据，得到零部件的物理属性；建立CAD系统 输出的三角面片模型形成的几何模型； S2设定零部件装配的约束条件； S3构建零部件装配关系信息；生成虚拟零部件的装配关系信息集； S4自动搜索该零部件的装配关系信息集，然后通过装配关系信息集找到对应的零部件 的特征，依靠特征与对应零部件特征之间的约束关系，实现装配； S5模拟零部件物理属性。
[0020] 零部件的几何模型的建立就是读取CAD系统输出的三角面片模型形成的多边形 模型。
[0021] 进一步的，S2所述约束条件包括尺寸约束和空间位置约束。
[0022] 进一步的，S3所述零部件装配关系信息至少包括零部件形状特征、几何元素和它 们的尺寸参数以及这些特征和几何元素之间的装配关系；所述装配关系包括定位关系、连 接关系和运动关系。
[0023] 进一步的，S3所述装配关系信息集还包括两个零部件的约束关系和装配元素的公 差。
[0024] 进一步的，S5所述物理属性包括重力属性。
[0025] 将两个零部件装配在一起，这两个零部件必然要满足一定的约束条件，这些约束 条件是尺寸上的约束和空间位置的约束，也就是说，两个零部件上参与装配的形状特征的 尺寸关系必须匹配，或者两个零部件在空间位置关系上必须符合设计者的设计意图。当两 个零部件上参与装配的形状特征的尺寸不匹配，装配时发生干涉，两个零部件无法装配，当 两个零部件的空间位置不满足时同样造成装配时的干涉，而且不能完成预期的功能。
[0026] 所述定位关系包括有配合、对齐或相切中的一种或多种； 所述连接关系包括间接连接或直接连接的一种或多种； 所述运动关系包括传动或相对运动的一种或多种。
[0027] 所以虚拟零部件的装配关系信息至少应该包括零部件上形状特征、几何元素和它 们的尺寸参数以及这些特征和几何元素之间的装配关系。其中装配关系对零部件间的定位 非常重要，零部件间具有很多装配关系，如下表所示： 本实施例里，以两种装配夫糸为举例。
【主权项】
1. 一种产品仿真=维模型的构建方法，其特征在于，包括w下步骤： S1采集零部件原型数据，得到零部件的物理属性；建立CAD系统 输出的S角面片模型形成的几何模型； S2设定零部件装配的约束条件； S3构建零部件装配关系信息；生成虚拟零部件的装配关系信息集； S4自动捜索该零部件的装配关系信息集，然后通过装配关系信息集找到对应的零部件 的特征，依靠特征与对应零部件特征之间的约束关系，实现装配； S5模拟零部件物理属性。
2. 根据权利要求1所述产品仿真=维模型的构建方法，其特征在于，S2所述约束条件 包括尺寸约束和空间位置约束。
3. 根据权利要求1所述产品仿真=维模型的构建方法，其特征在于，S3所述零部件装 配关系信息至少包括零部件形状特征、几何元素和它们的尺寸参数W及该些特征和几何元 素之间的装配关系；所述装配关系包括定位关系、连接关系和运动关系。
4. 根据权利要求3所述产品仿真=维模型的构建方法，其特征在于，S3所述装配关系 信息集还包括两个零部件的约束关系和装配元素的公差。
5. 根据权利要求1所述产品仿真=维模型的构建方法，其特征在于，S5所述物理属性 包括重力属性。
【专利摘要】本发明提供一种产品仿真三维模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1采集零部件原型数据，得到零部件的物理属性；建立CAD系统输出的三角面片模型形成的几何模型；S2设定零部件装配的约束条件；S3构建零部件装配关系信息；生成虚拟零部件的装配关系信息集；S4自动搜索该零部件的装配关系信息集，然后通过装配关系信息集找到对应的零部件的特征，依靠特征与对应零部件特征之间的约束关系，实现装配；S5模拟零部件物理属性；本发明在由CAD数据导入虚拟环境的过程中将设计信息输入实时仿真虚拟环境，将零件的装配关系信息映射到实时仿真虚拟零部件模型上，保证零部件设计信息的完整性。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104598697
【申请号】CN201510071204
【发明人】景海龙, 唐立才
【申请人】广东航宇卫星科技有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月11日