王麗梅

摘要 本文通過分析復(fù)雜機電產(chǎn)品中的柔性線纜在裝配仿真技術(shù)，提出仿真技術(shù)的完成方式和處理方案。首先分析了無向圖的數(shù)字化表達模型以及元素包含關(guān)系，以達到復(fù)雜線纜幾何、拓撲以及屬性信息的表達，為仿真技術(shù)提供基礎(chǔ)；其次改善層次鏈裝配模型，完成裝配操作、任務(wù)的保存和表達；最后構(gòu)建線纜質(zhì)點彈簧模型完成柔性形變的仿真。

關(guān)鍵詞 復(fù)雜機電；柔性線纜；仿真技術(shù)

1.前言

柔性線纜是信號能量的傳遞介質(zhì)，目前廣泛運用于各類機電產(chǎn)品中，其質(zhì)量水平將影響到機電產(chǎn)品的穩(wěn)定性能和可靠性。較為復(fù)雜的機電產(chǎn)品在安裝過程中不但包括有對剛性設(shè)備的裝置，還有對于柔性線纜的裝置。線纜的構(gòu)造比較繁瑣，其柔性特點必須要和結(jié)構(gòu)件交叉協(xié)調(diào)安裝，引起線纜裝調(diào)是目前復(fù)雜機電產(chǎn)品中的難題[1]。

伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化樣機逐漸使用在產(chǎn)品可維護分析、人機工效學(xué)分析、裝配工藝設(shè)置等安裝工作中。如今剛性裝配仿真技術(shù)、仿真軟件已經(jīng)逐步成熟。剛性結(jié)構(gòu)件與柔性線纜的裝配過程仿真逐漸受到工業(yè)界的關(guān)注，同時提出了裝配仿真的環(huán)境，在檢查剛性體和人機交叉前提下，使用質(zhì)點-彈簧模型完成柔性線纜的仿真。復(fù)雜機電產(chǎn)品中線纜一般有較為繁雜的幾何狀態(tài)、拓撲結(jié)構(gòu)以及其他屬性信息，其安裝時所涉及到的結(jié)構(gòu)件和線纜交叉實施調(diào)整操作。

2.柔性線纜的過程仿真

三維產(chǎn)品數(shù)字樣機的建設(shè)，安裝仿真中采取的工夾具模型是在CAD的基礎(chǔ)上設(shè)置的，柔性線纜模型在安裝前經(jīng)過人機互換或者別的途徑構(gòu)建，同時定義其數(shù)據(jù)信息。數(shù)字樣機的設(shè)置主要有兩個方面：首先經(jīng)過線纜的數(shù)字化呈現(xiàn)模型對線纜信息的保存和表示；其次是在數(shù)字化的基礎(chǔ)上形成線纜的可交互和可視化虛擬模型。

柔性線纜安裝過程中的仿真，用戶經(jīng)過輸入設(shè)備操作三維環(huán)境中的結(jié)構(gòu)件、工夾具以及線纜實施仿真。構(gòu)建線纜的物理模型，按照線纜的數(shù)字化模型和虛擬模型收集器物理屬性、幾何形態(tài)信息以及操作輸入，計算變形形態(tài)，回饋給用戶。柔性線纜裝配的保存和顯示，可以運用裝配流程、過程動畫等的組成。

3.處理方案中的主要技術(shù)

3.1數(shù)字化建模

機電產(chǎn)品的數(shù)字化樣機一般以剛性部件CAD作為基礎(chǔ)，CAD系統(tǒng)中的模板設(shè)計可以表現(xiàn)為實體模型，此模型在幾何上體現(xiàn)出線纜布線的規(guī)劃，但不能夠完全表達線纜的柔性特點和安裝過程中的狀態(tài)[2]。完成對線纜結(jié)構(gòu)建模以表現(xiàn)其具體的幾何狀態(tài)后，在三維環(huán)境中組成實體模型。復(fù)雜機電產(chǎn)品安裝仿真的運用中，數(shù)字化模型可以表現(xiàn)出線纜的信息，特別是對于線纜的柔性特點。線纜的安裝仿真只有幾何狀態(tài)的變化不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生改變，只需要更改模型中變形部分的幾何信息和位置信息，刷新虛擬模型，即可完成對模型的修改，纜線的其他信息都不需要改變。

3.2 改善的層次鏈安裝模型

對于復(fù)雜機電產(chǎn)品中的柔性線纜以及處理構(gòu)建的安裝過程，層次鏈模型，完成了對仿真過程的保存和顯示。每個安裝任務(wù)有一個或者多個的安裝操作，記錄涉及到的任務(wù)類型和對象。操作對多個虛擬實體實施，敘述安裝操作動作，記錄關(guān)鍵點序列。經(jīng)過詳細的裝配動作、對象，完成了安裝過程中的調(diào)整、拆卸以及柔性線纜的局部調(diào)整、總體操作等各種操作的表達，在操作層次和安裝任務(wù)層次完成了柔性線纜和結(jié)構(gòu)部件的交叉安裝。通過安裝歷史數(shù)據(jù)信息可以完成對安裝過程的回放、重做、撤銷等[3]。

3.3 質(zhì)點彈簧模型仿真

完成柔性線纜的安裝過程仿真應(yīng)該構(gòu)建相對應(yīng)的物理模板，可以在每一時段保證真實的仿真線纜的變形。在運動學(xué)方式的基礎(chǔ)上完成對線纜的仿真，但運動學(xué)方法對于線纜的行為做了較大程度的簡改，只可以表現(xiàn)出總體的趨勢。此外柔性變形仿真的是在物理基礎(chǔ)上的模型構(gòu)建，根據(jù)物理定律探究力與變形的相關(guān)性，構(gòu)建柔性體的模板，可以更加真實的進行仿真。其中有限元的準確度很高，但其經(jīng)濟成本也較高，不能夠運用在每一時期的交互體系中，質(zhì)點彈簧模型簡捷方便，需要計算的數(shù)量較少，因此其普遍運用在柔性體變形的仿真中，主要有虛擬手術(shù)的組織仿真、織物仿真、柔性線纜仿真等等[4]。本文通過構(gòu)建質(zhì)點彈簧線纜模型，按照線纜安裝仿真中的特征增加長度改變約束，對其實施假設(shè)的簡易化，完成線纜在操作中的變形仿真。實際的線纜在安裝過程中的長度不變，質(zhì)點彈簧模型不可以對線纜的定長進行仿真。一般情況下，對模型中的彈簧應(yīng)該運用彈性系數(shù)較大的以控制其長度變化，爭取接近真實的仿真柔性線纜。但在實際的模型運用初始標準中可能會有對于某一質(zhì)點位置的規(guī)定，這些規(guī)定的限制性，造成求解結(jié)果會產(chǎn)生總體的壓縮和拉伸，和實際的線纜變形偏差比較大。

4.結(jié)束語

復(fù)雜機電產(chǎn)品中的柔性線纜安裝以及調(diào)整是目前工程中的一大難題，本文經(jīng)過構(gòu)建元素包含關(guān)系以及無向圖的表現(xiàn)模型，生成了三維環(huán)境中的實體模型，完成了數(shù)字化樣機的線纜柔性表現(xiàn)。構(gòu)建了完善的層次聯(lián)模板，保存和顯示復(fù)雜裝配過程。構(gòu)建質(zhì)點彈簧模板，適用于求解安裝操作的線纜變形。完成了三維環(huán)境中機電產(chǎn)品的仿真，能夠運用在產(chǎn)品可安裝性能的檢查和安裝步驟計劃。柔性線纜的變形和運動仿真技術(shù)中的重難點問題，構(gòu)建準確、高效率的物理模型，解決線纜的交叉時的碰撞響應(yīng)，也是今后研究的主要方向[6]。

參考文獻：

[1]尚煒，寧汝新，劉檢華，王志斌.復(fù)雜機電產(chǎn)品中的柔性線纜裝配過程仿真技術(shù)[J].計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報.2012，08（06）：245-246.

[2]蔣超，吳波，李明宇，趙勇力，王小成.基于遺傳算法的產(chǎn)品裝配序列規(guī)劃研究[J].機械與電子.2012，07（04）：147-148.

[3]劉檢華，萬畢樂，孫剛，尚煒，劉佳順.線纜虛擬布線與敷設(shè)過程仿真技術(shù)[J].計算機集成制造系統(tǒng).2012，07（04）：356-357.

[4]劉檢華，趙濤，王春生，唐承統(tǒng).虛擬環(huán)境下的活動線纜物理特性建模與運動仿真技術(shù)[J].機械工程學(xué)報.2011，07（09）：160-161.

[5]王雪平，蔣增強，葛茂根，扈靜.裝配過程資源的CPN建模與仿真技術(shù)研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）.2011，08（01）：249-250.

[6]萬峰，劉檢華，寧汝新，莊存波.面向復(fù)雜產(chǎn)品裝配過程的可視化生產(chǎn)調(diào)度技術(shù)[J].計算機集成制造系統(tǒng).2013，07（04）：269-270.