【文章內(nèi)容簡介】 協(xié)作等方面的管理，實現(xiàn)對發(fā)動機設計結果和裝配工藝流程等相關信息的有效管理，從而使發(fā)動機研發(fā)與生產(chǎn)過程更加優(yōu)化。以仿真為中心的虛擬仿真裝配(Simulate Centered Virtual Assembly）優(yōu)化發(fā)動機裝配過程基于CATIA系統(tǒng)的虛擬仿真裝配可以根據(jù)需求把裝配分配為多個裝配的單元，分工合作，加強同步性能，節(jié)約時間。同時能夠最大程度優(yōu)化裝配工藝流程。對發(fā)動機的裝配性能作出評價在虛擬環(huán)境中就可以多發(fā)動機結構設計和裝配性能作出評價，可計算實際裝配時的耗費，從而為尋求更加合理的設計和裝配手段提供基礎。本系統(tǒng)采用以仿真為中心的虛擬仿真裝配，在此基礎上添加教學部分與學習檢驗部分作為本文所要開發(fā)的發(fā)動機仿真裝配虛擬實訓系統(tǒng)?；贚5發(fā)動機系統(tǒng)的復雜性，我們在發(fā)動機總裝的時候選擇自下而上的方法，這很好解決發(fā)動機虛擬裝配階段并行性的問題。每一個不同的小組可以自由組裝，完成特定系統(tǒng)或標準模塊的虛擬裝配任務，彼此在共享資源和實時更新數(shù)據(jù)的基礎上互不干涉。最后，在概念設計完成的末期，依托總的布局方案，將已經(jīng)分工完成的子裝配體和標準模塊進行最終的裝配，整合。每個相對獨立的小組在完成子系統(tǒng)和特定模塊的裝配任務時需要建立在“關聯(lián)性設計”的基礎之上。這就需要運用到自 上而下的裝配方法。一個零部件的設計和安裝不能夠脫離整個發(fā)動機的裝配環(huán)境，必需要結合實際情況，參考同一系統(tǒng)或裝配空間中相鄰的零部件的實際情況，故而，采取自上而下統(tǒng)籌兼顧的裝配手段，在完成L5發(fā)動機子系統(tǒng)和特定模塊的裝配時能夠起到至關重要的作用。本文結合考慮到L5發(fā)動機構造的復雜性，在充分滿足發(fā)動機虛擬裝配的完整性要求、層次性要求、開放性要求的基礎上，提出了如圖所示的裝配工藝層次模型。 在所示的裝配工藝層次的基礎之上，結合L5發(fā)動自身系統(tǒng)組成，筆者簡要歸納出了L5發(fā)動機裝配工藝結構如下圖所示。. . . . . . . . . . . . . . . 發(fā)動機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)思路此系統(tǒng)主要功能為教學和虛擬拆裝實訓，以及考量實訓結果，給予評價和相應的學習指導。教學部分考慮到教學的趣味性和學生學習的積極性，本系統(tǒng)采用視頻動畫教學方案，學生在觀看動畫的同時，學習發(fā)動機拆裝的知識，一定程度上把視頻資料和學習文本結合，不僅有利于教學質(zhì)量的提高，改善俗套的教學方式，還對學生學習的積極性起到了很大的促進。接受性學習一般來說學習效率較低，理論化也高，考慮到這一點，本文采用理論結合實際的方法，讓學生在學習的過程中不僅動腦而且動手，主動參與到學習拆裝的過程中，親身體會。系統(tǒng)開發(fā)了虛擬裝配場景，學生可以在虛擬裝配場景中體驗到在現(xiàn)實拆裝培訓的樂趣，跟隨動畫模仿性的學習，學習效率將會大大提高，記憶能力也會大幅上升。這不但解決了越來越多的培訓需求與培訓場地和培訓設備限制條件間得矛盾，而且也沒有失去拆裝實訓應有的效果。 關于這套學習最后還有相應的學習檢驗部分，對學習成果作評價，指導學生更加有效的學習，節(jié)約時間，提高效率，提高學習水平?？紤]到艾賓浩斯遺忘曲線的問題，本系統(tǒng)根據(jù)遺忘規(guī)律開發(fā)一個程序，根據(jù)學習者在檢驗結果的程度上，提供學習指導，為進一步提高提供了參考。艾賓浩斯記憶曲線考慮到編者能力有限的問題，本系統(tǒng)直接借助其他軟件平臺作為子系統(tǒng)直接開發(fā)系統(tǒng)，由不同的子系統(tǒng)構成系統(tǒng)的肢體部分。而且隨著合作化的不斷升溫，這樣的教學系統(tǒng)也很有一定的市場，相應的軟件商也樂意提供自己的幫助，從中謀取利益，合作化也是系統(tǒng)的一個方向。 發(fā)動機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)設計該發(fā)動機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)設計流程如下：Catia零件建模：通過測量實物模型或者其他有效途徑或得零件的有效尺寸，根據(jù)收集來的數(shù)據(jù)繪制三維模型3d Max渲染：將Catia建模文件導入3d Max中，通過有效的渲染是得零件更易區(qū)分，更易識別，方便學習者模擬學習編寫程序構建系統(tǒng)：通過Flash內(nèi)置的ActioScript技術，設置界面，編寫程序；另外在3D Max中設置虛擬拆裝場景和用C語言編寫學習指導程序不斷調(diào)試與完善系統(tǒng)直到最后得到滿意的系統(tǒng)應用 本章小結 本章對馬自達作了簡要的介紹，方便讀者了解相關方面知識。也對發(fā)動機虛擬拆裝實訓系統(tǒng)的開發(fā)作了簡要的分析，指明了系統(tǒng)開發(fā)的流程，為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)和建立提供了明確的設計思路，這樣，為下文虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的建立提供了理論支撐。第三章 發(fā)動機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)工具 CATIA簡介 由于本文所涉及到的零件實體建模是基于CATIA V5軟件系統(tǒng)。故在此先對CATIA做一簡要介紹。　　 CATIA軟件（CATIA是英文 Computer Aided ThreeDimensional Interactive Application 的縮寫）是IBM公司和Dassault System公司精誠合作，在20世紀80年代早期隆重推出的集CAM／CAD／CAE為一身的高端三維開發(fā)與設計軟件。CATIA在汽車產(chǎn)業(yè)領域為世界范圍內(nèi)所有的汽車生產(chǎn)設計公司和制造廠商設計他們面向潛在市場的汽車產(chǎn)品提供軟件平臺和技術自持，同時身為PLM協(xié)同解決方案大框架的一份子，它能夠涉足汽車設計開發(fā)項目的起始階段、市場前景分析、細化的零部件和生產(chǎn)設計、模擬汽車運行狀態(tài)、虛擬仿真裝配甚至是包括汽車后期維護在內(nèi)的所有工業(yè)化設計階段。CATIA產(chǎn)品為提升企業(yè)對市場需求的敏感性便以可擴展的開放式V5架構為基礎正是V5架構的柔性使得企業(yè)對產(chǎn)品設計知識大加重用，加快了企業(yè)開發(fā)與相應速度。CATIA系列軟件產(chǎn)品也在開發(fā)時逐漸形成模塊化的特征，這有利于使汽車風格和造型設計、汽車研發(fā)生產(chǎn)設備與系統(tǒng)工程、機械加工、汽車技術分析和模擬運行、機械設計等各方面汽車設計企業(yè)和汽車制造企業(yè)在汽車開發(fā)這個大活動中的需要。自2000年以來，其數(shù)字樣機流程在市場上被各大企業(yè)廣泛采用，短時間內(nèi)迅速成為全球最常用的汽車產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，據(jù)統(tǒng)計全球前十五的汽車企業(yè)有十四家選擇將CATIA作為核心設計研發(fā)軟件。CATIA系列產(chǎn)品已經(jīng)全線覆蓋汽車設計制造、工農(nóng)業(yè)廠房設計、通用機械制造船、舶軍艦制造、電力與電子、航空航天和日常消費品七大領域并且大有成為其進行三維實體設計與模擬解決方案時優(yōu)先選擇軟件的趨勢。CATIA目前在全球范圍內(nèi)最大的客戶有：美國通用汽車（同時使用UG），美國波音飛機制造公司，美國福特汽車，德國大眾汽車，德國博世科技有限公司，德國戴姆勒奔馳汽車，德國寶馬汽車，瑞典沃爾沃汽車，法國標致雪鐵龍汽車，法國空中客車飛機制造公司，法國雷諾汽車，日本豐田汽車，日本本田汽車，日本三菱汽車，意大利菲亞特汽車，西門子公司，韓國現(xiàn)代汽車，韓國起亞汽車，中國的上海汽車集團，第一汽汽車制造集團，東風汽車集團等大公司。虛擬裝配技術的應用研究。Dassault System公司在20世紀八十年代相繼發(fā)布了CATIA 的前三個版本，由于是初級產(chǎn)品，其功能并不完善，運用也不是很廣泛。1993年，隨著功能大為完善，操作更加便捷的第四版本CATIA 的發(fā)布，它一躍成為世界各汽車制造企業(yè)的寵兒。如今的CATIA軟件主要涵蓋V4和 V5兩個系列版本。UNIX 平臺是V4版本僅有的應用平臺，而V5版本則實現(xiàn)了UNIX和Windows 兩平臺的共享。筆者在本文中充分利用了CATIA V5的建模優(yōu)勢，在后文中有較詳細的舉例介紹，在此不再贅述。CATIA制作過程中的截圖Catia 三維參數(shù)化零件的建模過程主要分為三個階段：資料的收集：在建模之前，我們要對汽車零部件的功能、尺寸、形狀等信息進行收集，為準確的建模提供準備。模型的制作：在建模過程中，我們不僅要達到模型尺寸的準確，同時還要使模型外觀更貼近實物。模型的合成與處理：在零件建模之后，要將建成后的零件進行合成與裝配，并將最終得模型送至3Dmax 軟件，設置合理的材料與光照進行渲染。 3D MAX簡介　　　3D Studio Max，簡稱為3dmax，是由Autodesk公司開發(fā)的一款集建模、渲染和制作動畫于一身的三維制作軟件。其主要特色就是模仿真實世界中的物體。由于模仿的逼真性以及簡單方便的操作性被廣大動畫愛好者所使用。在廣告、影視、工業(yè)設計、建筑設計、多媒體制作、游戲、輔助教學等領域得到廣大應用。又由于其方便易學，建模效果優(yōu)良，是能夠滿足設計需要的最理想的建模軟件，近年來在汽車行業(yè)也開始廣泛使用起來，比如制作發(fā)動機變速器的三維模擬拆卸/安裝過程，汽車產(chǎn)品的功能展示等等?！　　〗Y合我國多年來的汽車企業(yè)員工培訓工作，一直是按照車間實裝訓練模式進行的，這種訓練模式不僅需要完備的訓練設備和器材，所需的培訓場地大，而且訓練時間有限，不能保證每個培訓人員都能親手操作而得到訓練，這時利用三維建模，可以將復雜的培訓過程，在計算機中以虛擬情景實現(xiàn)。培訓人員可以隨時登陸培訓系統(tǒng)反復訓練操作，反復理解并能快速掌握現(xiàn)代先進的檢測維修儀器。 三維軟件的具體操作是打開計算機的軟件快捷方式，在界面中首先建立一個虛擬的空間世界，然后在這個虛擬的三維世界中根據(jù)所要展示對象的各種參數(shù)如形狀、大小，對于機械零部件的裝配尺寸、位置、角度、弧度等參數(shù)建立模型及場景，再根據(jù)所要表現(xiàn)的動畫形式設定模型的運動軌跡、虛擬攝像機的運動以及一些其它動畫設定參數(shù)，最后根據(jù)實物的性質(zhì)為模型賦上特定材質(zhì)，打上燈光。當這一切完成后就可以讓計算機自動運算，生成最后的一張張畫面，再利用AE軟件進行動畫的合成。 通過對比上面描述的兩款軟件，所以選擇3dmax作為發(fā)動機建模及動畫設計軟件，是由于3dsmax是中端軟件，易學易用，而MAYA是高端3D軟件學習起來會困難一些，另外maya所需的電腦配置要高一些，比如要好的顯卡驅動。但是對于3Dmax而言，一般配置的電腦就可以滿足要求。3dmax軟件具有以下優(yōu)勢：能夠做到所見即所得，看到的東西全都能展示出來，表達直觀，同時設計質(zhì)量能得到有效地提高；數(shù)據(jù)源單一集中，可以為并行的工作提供條件，提高了工作效率；有效地集成規(guī)則性知識和過程性知識，并促進知識的重用，可以減輕工作量；模型之間是相互關聯(lián)的，保證了數(shù)據(jù)間的統(tǒng)一性和協(xié)同性；在確定各個零件的裝配關系后，可以驅動這些零件到要求的尺寸大小。并且3D有一些專屬的模型庫，有好多模型可以直接提取出來使用，方便快速。下圖所示為用3D max制作的動畫中的一幀3D Max動畫制作流程思路導入元件：制作完成的Catia元件，保存為IGS 格式后，可以直接導入3d Max中直接使用放置攝影機：在制作動畫前，找準合適的位置和角度放置攝影機，方便制作動畫，和更好地展示元件制作關鍵幀：使用關鍵幀制作動畫，構思動畫的內(nèi)容，制作關鍵幀的動作，最好能較為全面的展示動畫的內(nèi)容調(diào)節(jié)關鍵幀：關鍵幀制作完成后，反復觀看動畫，調(diào)節(jié)關鍵幀的位置，也可不加關鍵幀，直到最后制作出合格滿意的動畫 ActionScript技術簡介　　Adobe Flash Professional CS6操作界面 ActionScript ，其迅速的發(fā)展使其對語言完成了標準化設計，同時成功的成為了面向對象設計的編程語言。ActionScript通過對Flash中動畫元件的控制，來實現(xiàn)其強大的交互性。同時通過對動畫動作