虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在CADCAM中的應(yīng)用

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1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在CAD/CAM中的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，通過(guò)視、聽(tīng)、觸覺(jué)等作用，使用戶產(chǎn)生身臨其境感覺(jué)的交互式視景仿真。虛擬環(huán)境系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理與模式識(shí)別、智能接口、多傳感器、語(yǔ)音處理與音像、網(wǎng)絡(luò)、并行處理等技術(shù)和高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等不同功能、不同層次的子系統(tǒng)所構(gòu)成的大型綜合集成環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是綜合性極強(qiáng)的高新技術(shù)，在軍事、醫(yī)學(xué)、設(shè)計(jì)、藝術(shù)、娛樂(lè)等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 虛擬現(xiàn)實(shí)營(yíng)造一個(gè)逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，需要大量的三維圖形計(jì)算，一般需要超級(jí)計(jì)算機(jī)的支持。近幾年，計(jì)算機(jī)的性能快速提高，已經(jīng)能在微機(jī)上進(jìn)行C

2、AD/CAM的虛擬現(xiàn)實(shí)研究和應(yīng)用。對(duì)身臨境的真實(shí)感和對(duì)超越現(xiàn)實(shí)的虛擬性，以及建立個(gè)人能夠沉浸其中，具有交互作用的多維信息系統(tǒng)的追求，推動(dòng)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在CAD/CAM中的應(yīng)用與發(fā)展。CAD/CAM的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及CAD/CAM各個(gè)學(xué)科，已顯示出它的實(shí)用性，技術(shù)潛力巨大，應(yīng)用前景十分廣闊。 l傳統(tǒng)的仿真與建模 產(chǎn)品的建模和仿真，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在CAD/CAM的基本應(yīng)用，CAD/CAM軟件從線框造型、曲面造型發(fā)展到特征參數(shù)化實(shí)體造型，反映了制造領(lǐng)域?qū)缀谓＜夹g(shù)的需求。造型仿真是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)，研究一個(gè)存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)，包括技術(shù)系統(tǒng)，如機(jī)械、汽車(chē)、機(jī)電、聲學(xué)、熱學(xué)等。CAD/cAM

3、等工程領(lǐng)域應(yīng)用仿真技術(shù)，可以降低系統(tǒng)的研制成本，提高系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、調(diào)試和訓(xùn)練過(guò)程的安全性。 在CAD/CAM中計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)應(yīng)用于如下幾個(gè)方面: (l)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡方式的仿真;(2)構(gòu)件受力的有限元分析;(3)機(jī)器裝配整體性能模擬;(4)工程構(gòu)件破壞性實(shí)驗(yàn)分析。 工程結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的反應(yīng)及其破壞特征和極限承載力是設(shè)計(jì)人員關(guān)心的重點(diǎn)技術(shù)參數(shù)。當(dāng)結(jié)構(gòu)形式特殊、荷載及材料特性復(fù)雜時(shí)，人們往往求助于模型試驗(yàn)來(lái)測(cè)定其受力性能。做小比例模型試驗(yàn)，難以完全反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。若采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，則可以進(jìn)行足尺寸的試驗(yàn)，方便地修改參數(shù)。有些結(jié)構(gòu)難于進(jìn)行直接試驗(yàn)，用計(jì)算機(jī)模擬仿真就更能體現(xiàn)出優(yōu)越性，如

4、汽車(chē)高速碰撞的檢驗(yàn)試驗(yàn)，高速運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的失效分析等，只有采用一計(jì)算機(jī)模擬仿真，才能進(jìn)行大量的分析實(shí)驗(yàn)。又如在高速荷載作用下，結(jié)構(gòu)反應(yīng)很快，人們?cè)谡鎸?shí)試驗(yàn)中只能觀察到最終結(jié)果，而不能觀察試驗(yàn)的全過(guò)程。如果采用計(jì)算機(jī)模擬仿真試驗(yàn)，則可觀察其坡壞的全過(guò)程，便于研究破壞機(jī)理。對(duì)于長(zhǎng)期的漸變過(guò)程則可在模擬中加快其變化速度，讓研究人員清楚地看到全過(guò)程。 2基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真與建模 傳統(tǒng)的系統(tǒng)仿真技術(shù)很少研究人的感知模型的仿真，因而無(wú)法模擬人對(duì)外界環(huán)境的感知(聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué))。隨著多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始用計(jì)算機(jī)模擬外界環(huán)境對(duì)人的感官刺激。事實(shí)證明，人類(lèi)對(duì)于圖像、聲音等感官

5、信息的理解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)數(shù)字和文字等抽象信息的理解能力。把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引人系統(tǒng)模擬仿真的各個(gè)階段，可使人沉浸其中，對(duì)所需解決的問(wèn)題有清晰的認(rèn)識(shí)，而不再局限于從屏幕上觀察仿真的結(jié)果，從而使模型的建立和驗(yàn)證更加方便。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要體現(xiàn)在:計(jì)算機(jī)根據(jù)所建立的知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用人工智能、模式識(shí)別等技術(shù)。通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)制作和顯示頭盔進(jìn)行該領(lǐng)域的視覺(jué)模擬，通過(guò)傳感機(jī)制和觸覺(jué)手套來(lái)進(jìn)行該領(lǐng)域的觸覺(jué)模擬，通過(guò)音響制作和音效卡進(jìn)行聲音模擬，通過(guò)機(jī)械控制和傳動(dòng)裝置進(jìn)行動(dòng)感模擬。然后將人對(duì)這些感官刺激所作的動(dòng)作反應(yīng)反饋給主控機(jī)構(gòu)，從而實(shí)時(shí)產(chǎn)生對(duì)新的感覺(jué)模型的模擬。 CAD/CAM的建模(造型)是CAD/CA

6、M的技術(shù)核心和基礎(chǔ)。對(duì)CAD/CAM的整體技術(shù)水平及相關(guān)功能的發(fā)展至關(guān)重要。當(dāng)今流行的商品化CAD/CAM系統(tǒng)主要基于2D平面或3D線架造型以及真3DNURBS曲面造型和參數(shù)化實(shí)體造型三種。CAD/CAM技術(shù)建立的多維信息感知模型，應(yīng)用于仿真系統(tǒng)中，具有重大意義。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在CAD/CAM中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面: (l)運(yùn)動(dòng)仿真 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在構(gòu)件運(yùn)動(dòng)仿真建模中的應(yīng)用日益廣泛。1993年，英國(guó)的ColtvirtualR亡ality公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)被稱為vegas的演示設(shè)計(jì)模擬仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于Di~sionIntemational的Supe，ape虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)環(huán)境而開(kāi)發(fā)的。該系統(tǒng)以三

7、維動(dòng)畫(huà)的形式演示物體運(yùn)動(dòng)時(shí)受力變形情況，并可以方便地修改各種參數(shù)。應(yīng)用該系統(tǒng)對(duì)地鐵、高速公路、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)等典型物體的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行的模擬仿真，取得了良好的效果。 該系統(tǒng)使用戶具有沉浸感，讓用戶能夠親身體驗(yàn)物體運(yùn)動(dòng)的感受，可以根據(jù)用戶的描述，研究高速運(yùn)動(dòng)時(shí)人們的心理表現(xiàn)。另外，還可以進(jìn)行汽車(chē)碰撞的模擬演練，而不必采用真汽車(chē)進(jìn)行類(lèi)似實(shí)驗(yàn)。在研究物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)建立風(fēng)洞等其他仿真模型。 (2)模擬制造過(guò)程 生產(chǎn)制造過(guò)程是一項(xiàng)復(fù)雜的大型動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它通常包括材料準(zhǔn)備、工藝工裝、加工、檢測(cè)、熱處理、裝配等多道工序，而在這些工序中涉及的因素繁多，其間關(guān)系復(fù)雜，直接影響著生產(chǎn)的進(jìn)程。

8、模擬制造過(guò)程的目的是通過(guò)仿真手段，發(fā)現(xiàn)實(shí)際制造過(guò)程中存在的問(wèn)題或可能出現(xiàn)的問(wèn)題。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬制造過(guò)程，關(guān)鍵是建立生產(chǎn)制造過(guò)程的合適模型，以達(dá)到模擬仿真的效果。例如，一般工程機(jī)械的FMS生產(chǎn)制造系統(tǒng)的模擬仿真模型是由運(yùn)輸子系統(tǒng)和加工中心子系統(tǒng)、刀具子系統(tǒng)構(gòu)成的，模型按進(jìn)程交互的仿真策略進(jìn)行建立，模型與仿真程序保持緊密的對(duì)應(yīng)關(guān)系。程序所要模仿的行為比較直觀、清晰，程序流程直接與模型結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，通過(guò)人機(jī)接口(頭盔、立體眼鏡以及數(shù)據(jù)手套等)使決策者處于這一虛擬的環(huán)境之中，達(dá)到模擬生產(chǎn)制造過(guò)程和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的目的。 (3)機(jī)械部件及機(jī)器整體性能評(píng)價(jià) 在機(jī)械行業(yè)，有利于提高工作質(zhì)量、加快

9、設(shè)計(jì)進(jìn)度的CAD軟件廣泛使用，一般分為以繪圖為主和以計(jì)算為主的兩種系統(tǒng)。而作為性能評(píng)價(jià)用的CAD軟件，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用得并不普遍。主要原因是性能評(píng)價(jià)軟件通常都有一套自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，需要更多的輸入設(shè)備，在使用上較為復(fù)雜，不易為設(shè)計(jì)部門(mén)所普遍接受。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技.術(shù)可對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)。 英國(guó)IES(IntegratedEnviroment SolutionsLtd.)公司最近研制成功一個(gè)虛擬環(huán)境系統(tǒng)，用于評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)中的和現(xiàn)役的工程構(gòu)件性能，為CAD/CAM界提供了一個(gè)實(shí)用的性能評(píng)價(jià)模擬仿真系統(tǒng)。它可用于熱電廠設(shè)備的設(shè)計(jì)、運(yùn)行性能、價(jià)格和投資回收分析;進(jìn)行各種氣候和運(yùn)行條件下的建筑物詳細(xì)動(dòng)態(tài)能耗分析;及

10、初步設(shè)計(jì)、價(jià)格估算和可行性分析;以計(jì)算流體力學(xué)方法，求解在三維空間、動(dòng)態(tài)、紊流條件下的物體的各種輻射傳播特性，也可用于機(jī)械或自然通風(fēng)以及送風(fēng)口設(shè)計(jì)與計(jì)算;通過(guò)系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)顯示。 3CAD/CAM虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分析 CAD/CAM虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種集立體圖形、自然交互等技術(shù)，以建造與客觀世界高度逼真、虛擬的環(huán)境為主要內(nèi)容進(jìn)行模擬應(yīng)用的系統(tǒng)。CAD/CAM虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的重要特性是具有一種身臨其境的臨場(chǎng)感。在微機(jī)上建立虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn): (l)生動(dòng)真實(shí)的計(jì)算機(jī)場(chǎng)景圖像 計(jì)算機(jī)場(chǎng)景的生動(dòng)真實(shí)與否，依賴于計(jì)算機(jī)所存貯的圖形效果。除了圖形內(nèi)容(如紋理、分辨率、模型類(lèi)形)外，重要的

11、在于圖形的表現(xiàn)形式。三維圖形的繪制還需要應(yīng)用一些模型構(gòu)造軟件。 (2)自然的人機(jī)交互 CAD/CAM虛擬現(xiàn)實(shí)的一個(gè)重要特征是自然的人機(jī)交互，造成一種臨場(chǎng)感覺(jué)，讓操作者感到是在虛擬環(huán)境中進(jìn)行動(dòng)作。自然的人機(jī)交互在相當(dāng)程度上依賴于交互設(shè)備。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的深人，自然的人機(jī)交互已成為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的一個(gè)重要方面。 (3)通用的圖形軟件平臺(tái) 在微機(jī)上建立CAD/CAM虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，必須選擇最終構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的軟件平臺(tái)。目前大多數(shù)微機(jī)都用Windows95/NT操作系統(tǒng)，在VisualC十十內(nèi)也提供了openGL、DirectDraw等圖形API，由于openGL是由SGI、Mic拍soft等公

12、司共同制訂的三維圖形API，OpenGL程序代碼既可以在工作站上也可以在微機(jī)上編譯運(yùn)行，許多工業(yè)上應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件都是基于OPenGLS編制的。還有一些軟件公司開(kāi)發(fā)了在飾enGL之上的圖形開(kāi)發(fā)包，如W6rldTool-Kit、openGVS等。雖然這些圖形開(kāi)發(fā)包有一定的局限性，但使用這些圖形開(kāi)發(fā)包可以加快虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。 4微機(jī)CAD/CAM虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)示例 4.1硬件設(shè)備 硬件設(shè)備以wintel(windows+Intel的CPu)作為基本設(shè)備，即Pentitlln系列主機(jī)，Mic~ft的WindowsNT為操作系統(tǒng)，立體三維圖形卡AGC~ProV作為圖形處理引擎，鼠標(biāo)或

13、數(shù)據(jù)手套作為人機(jī)交互設(shè)備。 這樣的微機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)適用于以DICAM構(gòu)件模型的三維立體觀察和大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，如軍事上的三維立體地形觀察、醫(yī)學(xué)上器官組織的三維形態(tài)觀察等。 AGC一ProV是性能優(yōu)異的三維立體圖形加速器，能進(jìn)行OpenGL硬件運(yùn)算、紋理硬件運(yùn)算、三維幾何硬件運(yùn)算，還配備了48MB的紋理內(nèi)存，以實(shí)現(xiàn)120MHz下的逐行立體顯示。配置了AGC一PrDV三維立體圖形硬件的PC機(jī)完全可與高檔工作站媲美。 立體眼鏡一般是AGc一PrOV中配套的國(guó)產(chǎn)立體眼鏡或進(jìn)口立體眼鏡，數(shù)據(jù)手套可以是sthG伽e，鼠標(biāo)、空間球及操縱桿則可采用通用性產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)主機(jī)應(yīng)盡量配高內(nèi)存、大屏幕顯示器，讓

14、計(jì)算機(jī)的運(yùn)行環(huán)境相對(duì)優(yōu)越。主機(jī)的性能高，由于軟件的原因，整個(gè)系統(tǒng)的速度可能并不快，因此，對(duì)系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件應(yīng)注意優(yōu)化。 4.2軟件系統(tǒng) 微機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)以windowsNT4.0或WindowsNT5.0為操作系統(tǒng)，圖形軟件應(yīng)用界面為OpenGL，再配以與各種硬件相應(yīng)的SDK等。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)使用Visu吐e，*4.x或visu吐e、、5.0。可以直接使用openGL開(kāi)發(fā)整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件。openGL非常靈活，使用圖形開(kāi)發(fā)包，在某些情況下還需要用飾enGL進(jìn)行補(bǔ)充。 5CAD/CAM虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用 在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)，可以縮短設(shè)計(jì)制造周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，

15、降低設(shè)計(jì)成本。一般工程機(jī)械設(shè)備都要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)、裝配、試運(yùn)行等階段，目前計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)階段中。在CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。 5.1在設(shè)計(jì)規(guī)劃中的應(yīng)用 對(duì)于任何一個(gè)工程項(xiàng)目，規(guī)劃工作都十分重要。一般械工程設(shè)計(jì)規(guī)劃需要考虛眾多因素，例如，市場(chǎng)需求、材料性能、工作條件、工藝裝備、技術(shù)條件、生產(chǎn)能力等有關(guān)的因素;以及氣候、噪音、綠化等生活環(huán)境的因素等。對(duì)應(yīng)于該階段的CAD/CAM系統(tǒng)主要有兩類(lèi): (l)規(guī)劃信息的存儲(chǔ)和查詢系統(tǒng)。例如材料數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、工藝工裝信息系統(tǒng)、機(jī)械性能參數(shù)信 息系統(tǒng)和CNC編程信息系統(tǒng)等。這一類(lèi)系統(tǒng)多采用數(shù)據(jù)庫(kù)系

16、統(tǒng)的形式。現(xiàn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)缺陷在于數(shù)字化程度高，可視化程度低，這些數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式是抽象的，可接受性差。例如，材料信息系統(tǒng)以材料的機(jī)械、物理、化學(xué)性能由傳統(tǒng)的數(shù)字來(lái)表現(xiàn)，可讀性一般;如果表現(xiàn)為三維動(dòng)畫(huà)的形式，則相對(duì)容易接受。而采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在系統(tǒng)中輸入材料的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，則可以從不同的角度去觀察，不但可以得到必要的數(shù)據(jù)，而且能夠有更直觀的感受，不必主觀地想象材料在高溫、受力等過(guò)程中所表現(xiàn)的實(shí)際情況。 (2)規(guī)劃的輔助表現(xiàn)集成系統(tǒng)。例如運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)系統(tǒng)。目前，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)系統(tǒng)能夠讓用戶產(chǎn)生一種身臨其境的“人在畫(huà)中游”的感覺(jué)，使規(guī)劃將更加科學(xué)、合理、全面，而這種身臨其境的感覺(jué)，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。應(yīng)用

17、于運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始試用。 5.2在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用 (l)工程設(shè)計(jì)CAD的類(lèi)型及缺陷 一般工程設(shè)計(jì)都包含結(jié)構(gòu)形式的選定、形狀尺寸的假定、模型化、結(jié)構(gòu)分析、驗(yàn)算、圖面繪制、材料計(jì)算等過(guò)程。在工程中最早應(yīng)用CAD技術(shù)的領(lǐng)域就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)的以D系統(tǒng)可分為三類(lèi): 第一類(lèi):對(duì)應(yīng)于各個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的系統(tǒng)。例如結(jié)構(gòu)形式選擇、結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)、繪圖、材料計(jì)算等系統(tǒng)，其中每個(gè)程序都可以處理多種結(jié)構(gòu)形式。 第二類(lèi):集成化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度一般較高，只需輸人少量的數(shù)據(jù)，利用集成化系統(tǒng)設(shè)計(jì)即可完成設(shè)計(jì)的全過(guò)程。 第三類(lèi):通用CAD系統(tǒng)，如AntoCAD、Mic、tat

18、ion等。這類(lèi)系統(tǒng)只提供基本的圖形處理功能，可用來(lái)繪制各個(gè)工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)圖紙。該類(lèi)系統(tǒng)的作業(yè)效率一般較低，需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，以適用不同專(zhuān)業(yè)的需要。 目前的以D系統(tǒng)大都建立在繪圖支撐軟件的基礎(chǔ)上，繪圖與分析計(jì)算是分開(kāi)的。在繪圖階段單純地繪圖，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是將設(shè)計(jì)人員的思想圖形表現(xiàn)出來(lái)(特別是用于繪制施工圖時(shí))，而不是在全局上，從方案選擇、具體設(shè)計(jì)、分析計(jì)算到施工圖繪制等方面輔助設(shè)計(jì)的全過(guò)程。人們希望在設(shè)計(jì)人員的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)及設(shè)想上，通過(guò)計(jì)算機(jī)的分析、計(jì)算、比較與判斷，不僅將方案形象地表現(xiàn)出來(lái)，而且輸出量化后的數(shù)據(jù)及結(jié)論，設(shè)計(jì)者再依據(jù)它修改方案。 這就是繪圖與結(jié)構(gòu)計(jì)算一體化的思想。 目前的集

19、成化軟件雖然已經(jīng)向繪圖與計(jì)算相結(jié)合的目標(biāo)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了在建模后進(jìn)行計(jì)算，建模所形成的數(shù)據(jù)可為后續(xù)的計(jì)算所利用。更進(jìn)一步的作法是將兩者結(jié)合起來(lái)，在建立模型的過(guò)程中，進(jìn)行分析比較。目前此類(lèi)軟件的缺點(diǎn)是操作規(guī)定和限制多，過(guò)分強(qiáng)求樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，使操作繁雜。 (2)虛擬現(xiàn)實(shí)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于集成化以D系統(tǒng)中，能夠較好地解決上述的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)理想的繪圖與結(jié)構(gòu)計(jì)算一體化。如果把虛現(xiàn)實(shí)技術(shù)與目前集成化CAp系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想相結(jié)合，創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)的集成化cAD系統(tǒng)，完成從設(shè)計(jì)、制造與結(jié)構(gòu)方案的選擇到最后結(jié)果的實(shí)現(xiàn)，必將大大提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。 設(shè)計(jì)師利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，在CAD過(guò)程中可以方便地

20、建立和修改設(shè)計(jì)方案。便捷地從庫(kù)中提取各種物件和材料、設(shè)備，像搭積木一樣拼起一臺(tái)虛擬的機(jī)器。該虛擬機(jī)器的大小可以和實(shí)際設(shè)計(jì)中的構(gòu)件一樣，色彩逼真，并且有材料的質(zhì)感，設(shè)計(jì)師可以對(duì)其進(jìn)行著色、修改，并可以在隨時(shí)改變視角和光源的條件下從任何視點(diǎn)去觀察這臺(tái)機(jī)器，以便得出滿意的方案。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師可以利用已經(jīng)建起的模型，選取結(jié)構(gòu)方案，調(diào)整荷載和定義荷載，由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。如果不能滿意，則可修改參數(shù)或方案。設(shè)計(jì)中比較令人頭痛的是運(yùn)動(dòng)部件、零件結(jié)構(gòu)、振動(dòng)等各方面的協(xié)調(diào)問(wèn)題。目前采用的方法是各方分別設(shè)計(jì)，再一起討論、協(xié)商修改，反復(fù)進(jìn)行。如果采用虛擬現(xiàn)實(shí)的集成以D系統(tǒng)，則可以實(shí)現(xiàn)各方同時(shí)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇

21、見(jiàn)沖突，隨時(shí)協(xié)調(diào)，直到滿意為止。 5.3在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 在機(jī)械設(shè)計(jì)方面，機(jī)械以D可以實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫(huà)演示，但它無(wú)法實(shí)現(xiàn)操作者的虛擬實(shí)際操作。不能評(píng)價(jià)機(jī)械的適用性。機(jī)械的適用性包括兩個(gè)方面:一方面是最大限度地發(fā)揮該機(jī)械的效能;另一方面是操作應(yīng)該簡(jiǎn)單、適用。如果能設(shè)計(jì)出一個(gè)新的機(jī)型，卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)操作者的虛擬實(shí)際操作，那么該機(jī)型在實(shí)際操作中可能存在的間題就無(wú)法發(fā)現(xiàn)。第一個(gè)受虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 影響的設(shè)計(jì)是1996年推出的反鏟載機(jī)。美國(guó)卡特彼勒公司機(jī)械產(chǎn)品部工程師貝特納在《光譜》雜志上發(fā)表文章，闡述他們?cè)诶碚撋嫌腥齻€(gè)看上去都是可行的反鏟載機(jī)設(shè)計(jì)，用他們開(kāi)發(fā)的虛擬環(huán)境系統(tǒng)對(duì)三個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了先期效果的演示

22、驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中兩個(gè)設(shè)計(jì)在操縱反鏟傳動(dòng)機(jī)時(shí)，會(huì)不時(shí)進(jìn)人視野死角。如果不使用虛擬環(huán)境系統(tǒng)，則只有在制造出樣機(jī)后才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要有以下四個(gè)特點(diǎn): ①建立虛擬模型將節(jié)約建立昂貴的實(shí)際模型所需要的費(fèi)用。 ②通過(guò)綜合虛擬模型，將提高工程分析結(jié)果的可靠性。 ③在進(jìn)行性能和人機(jī)工程方面的研究時(shí)，將允許人直接參與操作模擬。 ④對(duì)裝配、制造和維修等工作進(jìn)行虛擬仿真模擬，可在設(shè)計(jì)過(guò)程的最初階段發(fā)現(xiàn)可能存在的缺陷和問(wèn)題，減少不必要的浪費(fèi)。 ⑤進(jìn)行模擬職業(yè)培訓(xùn)，提高勞動(dòng)力的適用性和技能。 在未來(lái)的機(jī)械設(shè)計(jì)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著其廣泛的應(yīng)用前景，我們可以相信，在未來(lái)的機(jī)械

23、設(shè)計(jì)中，虛擬模型將會(huì)代替實(shí)際模型，并以采用虛擬技術(shù)的以D技術(shù)取代現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方式。 5.4數(shù)控加工 為了確保數(shù)控程序的正確性，可利用仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)仿真結(jié)果確認(rèn)數(shù)控程序無(wú)誤后，將其存人數(shù)控程序數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。根據(jù)程序長(zhǎng)度大小，或?qū)⒊绦騻魅藱C(jī)床控制器，或使用DNc加工。在加工過(guò)程中，通過(guò)視訊會(huì)議系統(tǒng)來(lái)解決有關(guān)問(wèn)題。生產(chǎn)實(shí)際對(duì)cADlcAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求，工業(yè)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)管理過(guò)程是一個(gè)由產(chǎn)品規(guī)劃、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能測(cè)試、工藝準(zhǔn)備、主體零部件生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)件及特種件外購(gòu)、產(chǎn)品組裝及檢驗(yàn)、產(chǎn)品銷(xiāo)售及服務(wù)等集體協(xié)作、分散、集中、不斷反饋的信息流網(wǎng)絡(luò)。具體到狹義的CAD/CAM系統(tǒng)(如模具CAD/CAM系統(tǒng))也同樣如此。