【摘 要】本文針對(duì)復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種基于UG NX、DE和Quest3D的發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝實(shí)現(xiàn)方法。基于UG NX完成發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)，完成了不同軟件平臺(tái)之間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換問題，構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬場景，設(shè)置運(yùn)動(dòng)阻尼，完成基于鍵盤和GUI的發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝。裝配仿真表明，該系統(tǒng)具有較好的沉浸感。

　　【關(guān)鍵詞】高工論文發(fā)表,Quest3D,虛擬裝配,發(fā)動(dòng)機(jī),拆裝

　　Virtual Disassembly and Assembly System of Engine Based on Quest3D

　　CHEN Yang ZHONG Xiang-qiang SU Hou-ren

　　(School of Mechanical & Automotive Engineering， Anhui Polytechnic University， Wuhu Anhui 241000，China)

　　【Abstract】According to the structure characteristics of complex mechanical product， and a method for virtual assembly of engine based on UG NX， DE and Qeust3D was proposed. Entire engine design was finished in UG NX， it finished data format transformation for different software platforms， virtual scene of engine was built， motion damping was set up， virtual disassembly and assembly of engine was finished based on keyboard and GUI. Assembly simulation shows that the system has a good sense of immersion.

　　【Key words】Quest3D;Virtual assembly;Engine;Disassembly and assembly

　　0 引言

　　虛擬裝配作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要組成部分，近年來得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，是近年來重要的研究方向之一。利用虛擬裝配技術(shù)，可以驗(yàn)證產(chǎn)品零部件之間的正確裝配關(guān)系及操作正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)裝配和設(shè)計(jì)中的問題，修改模型，提高裝配質(zhì)量和有效解決難以用物理模型解決的技術(shù)問題等[1-2]。

　　文中介紹了Quest3D軟件、發(fā)動(dòng)機(jī)模型信息的轉(zhuǎn)換和基于Quest3D的發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝過程。通過裝配仿真，證明了該系統(tǒng)具有較理想的沉浸感和反應(yīng)速度，為產(chǎn)品的裝配提出了一種新的技術(shù)手段。

　　1 Quest3D簡介

　　Quest3D具有一套快速制作模組流程，利用Drag&Drop拖拉方式將互動(dòng)行為模組賦予在適當(dāng)?shù)慕巧�或物件中，以流程圖方式?jīng)Q定模組執(zhí)行順序，不需要強(qiáng)大的程式語言基礎(chǔ)就可以做出滿意的成品和意想不到的效果。在Quest3D里，所有的編輯器都是可視化和圖形化的，真正所見即所得 [3-4]。

　　Quest3D軟件打開的界面如圖1所示。

　　圖1 Quest3D界面

　　2 基于Quest3D發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝及發(fā)布

　　2.1 將collada(.dae)模型導(dǎo)入Quest3D并設(shè)置阻尼

　　通過在UG NX中完成發(fā)動(dòng)機(jī)所有零部件的裝配，接著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)模型格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。應(yīng)用Deep Exploration(DE)軟件來對(duì)NX建立的.prt模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而dae格式對(duì)于Quest3D軟件支持較好，所以最好選擇轉(zhuǎn)換成*.dae格式來進(jìn)行虛擬拆裝。

　　其次，將導(dǎo)出的dae模型放在一個(gè)文件夾內(nèi)，打開Quest3D軟件，然后將事先轉(zhuǎn)換好的發(fā)動(dòng)機(jī)dae文件全部導(dǎo)入，調(diào)整好模型的大小和位置。如果將發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)導(dǎo)入DE軟件，然后再逐個(gè)導(dǎo)出發(fā)動(dòng)機(jī)零件，這樣在導(dǎo)入Quest3D時(shí)默認(rèn)位置即是裝配狀態(tài)。

　　值得注意的是，導(dǎo)入的零件在Quest3D中信息并不是在一起的，如圖2所示，因此，需要將各個(gè)零件的信息復(fù)制到同一個(gè)StartGroup下，然后進(jìn)行編輯。

　　圖2 導(dǎo)入到Quest 3D中零件信息

　　2.2 設(shè)置阻尼――讓動(dòng)作慢一點(diǎn)

　　如果僅僅簡單的將模型導(dǎo)入后實(shí)現(xiàn)拆裝，其拆裝速度比較快，達(dá)不到所期待的效果，因此，需要設(shè)置阻尼。阻尼的力學(xué)模型一般是一個(gè)與振動(dòng)速度大小成正比，與振動(dòng)速度方向相反的力。阻尼能模擬空氣，水等流體對(duì)振動(dòng)的阻礙作用。在Quest3D中，Value，Vector與Matrix都有相對(duì)應(yīng)的阻尼可以使用。

　　將零件的位置矩陣信息中Value值刪除后，添加Inertia模塊，并賦予Value值。這樣就給一個(gè)零件設(shè)置阻尼，不過這個(gè)阻尼只對(duì)動(dòng)態(tài)的物體才有效果，對(duì)于靜態(tài)的物體沒有效果。其中Damping值可以更改，當(dāng)Damping值越小時(shí)，阻尼越大。

　　2.3 虛擬拆裝的實(shí)現(xiàn)

　　2.3.1 通過鍵盤實(shí)現(xiàn)拆裝

　　用鍵盤實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝時(shí)，其實(shí)就是改變發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的位置矩陣信息。當(dāng)點(diǎn)擊某個(gè)鍵時(shí)，即外設(shè)觸發(fā)了程序，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)的把事先設(shè)置的Value值賦予給零部件的位置矩陣。這樣發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的位置信息就會(huì)改變，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)拆的過程。類似地，當(dāng)按動(dòng)另一個(gè)按鍵時(shí)，系統(tǒng)將原來零件的位置矩陣信息重新賦給發(fā)動(dòng)機(jī)零件。這樣就實(shí)現(xiàn)了零件的裝配過程。以此類推，可以依次給發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)零部件設(shè)置拆裝程序，就能實(shí)現(xiàn)鍵盤控制的發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝過程[5-6]。 　　因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)包含的零部件較多，而實(shí)現(xiàn)一鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)零部件的拆裝可能性不大，而且也很繁瑣。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的分析，系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)零部件分為十個(gè)部分，從現(xiàn)實(shí)的角度出發(fā)，將每個(gè)部分分別放在不同的位置，便于裝配，用二十個(gè)鍵完成控制其拆裝。具體分配如下：

　　用Q鍵控制帶輪、帶輪螺絲、發(fā)電機(jī)骨架、發(fā)電機(jī)V帶、發(fā)電機(jī)總成的拆開，用A鍵控制其裝配;用W鍵控制空調(diào)總成、空調(diào)V帶、空調(diào)支架、起動(dòng)機(jī)、起動(dòng)機(jī)螺絲的拆開，用S鍵控制其裝配;用E鍵控制進(jìn)氣管、排氣管、配電器總成、上箱蓋、上箱蓋螺絲的拆開，用D鍵控制其裝配;用R鍵控制水泵、凸輪軸齒輪、凸輪軸墊片、凸輪軸鍵、張緊輪、正時(shí)皮帶的拆開，用F控制其裝配;用T鍵控制密封水套、上箱體螺釘、凸輪軸、凸輪軸卡環(huán)、缸蓋的拆開，用G鍵控制其裝配;用Y鍵控制機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、油標(biāo)尺、油管、油底殼的拆開，用H鍵控制其裝配;用U鍵控制活塞連桿的拆開，用J鍵控制其裝配;用I鍵控制飛輪螺絲、飛輪、機(jī)油封支架總成、曲柄軸齒輪、曲柄軸鍵的拆開，用K鍵控制其裝配;用P鍵控制曲柄軸卡套、曲柄軸成套、曲柄軸的拆開，用L鍵控制其裝配;用Z鍵控制汽缸套的拆開，X鍵控制其裝配。

　　2.3.2 通過GUI實(shí)現(xiàn)拆裝

　　為實(shí)現(xiàn)GUI控制模式，需要制作按鈕和下拉菜單。系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)按鈕，分別實(shí)現(xiàn)拆開和裝配功能。下拉菜單中的選項(xiàng)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的幾大部分來設(shè)置的，通過[GUIContainer]、[ComboBox]和兩個(gè) [GUI]Channel元件來實(shí)現(xiàn)。圖3展現(xiàn)出了GUI程序部分，圖4為最終拆裝效果圖。

　　圖3 GUI控制拆裝程序

　　圖4 拆裝效果圖

　　2.3.3 拆裝檔案發(fā)布

　　Quest3D提供了5種輸出格式，要注意輸出的路徑應(yīng)該是英文路徑，Quest3D無法識(shí)別中文路徑。

　　3 結(jié)論

　　解決了Quest3D軟件與CAD系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換問題，通過在Quest3D中建立虛擬拆裝場景，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行貼圖，添加燈光、相機(jī)、模型自發(fā)光等處理，然后進(jìn)行拆裝程序的開發(fā)，利用外設(shè)實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的拆裝過程，更直觀的發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在拆裝過程中存在的問題，取得了一定的沉浸感。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]鄭軼，寧汝新，劉檢華，等.虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2006，18(3)：649-654.

　　[2]Javaram S，connacher H，Lyons K.Virtual assembly using virtual reality techniques[J].Computer-Aided Design，1997，29(8)：575-584.

　　[3]路朝龍.Quest3D從入門到精通[M].北京：中國鐵道出版社，2012：1-30.

　　[4]黃俊銘，艾伯特電通.Quest 3D黑皮書――從入門到精通[M].臺(tái)北：上奇資訊，2010：16-99.

　　[5]李磊磊.基于Quest3D虛擬裝配技術(shù)的研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2011.

　　[6]楊艷紅，鐘相強(qiáng)，陳洋，等.基于Quest3D工業(yè)產(chǎn)品虛擬裝配研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2013(09)：97-100.

　　[責(zé)任編輯：薛俊歌]

　　※基金項(xiàng)目：國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201210363116);安徽工程大學(xué)2014年校級(jí)本科教學(xué)質(zhì)量提升計(jì)劃項(xiàng)目(2014jyxm16);省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(AH201310363286)。