精度：只为虚拟装配的准确无误！

DAE专栏 / 06-08

导读

虚拟装配是虚拟制造的重要环节，“精度”则是虚拟装配的核心！

近年来随着VR和AR技术的不断创新与完善，通过虚拟现实环境模拟制造业中的职业场景，帮助将制造业的传统技能培训转变为更具吸引力和身临其境的体验，赋予高潜力工人以在虚拟环境下动手实践培训的机会。

虚拟装配(Virtual Assembly)，是指利用虚拟现实技术、计算机图形学、人工智能技术和仿真技术等构造虚拟环境以及产品虚拟模型，从而在产品装配过程中进行交互分析以及仿真产品装配过程和装配结果。虚拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。

虚拟装配不是三维模型的简单堆砌，其过程要求在产品零部件三维模型完成后，根据零部件之间的约束条件、层次关系与装配关系，在虚拟现实环境中进行一系列的设计组装；这一过程必须包含足够的信息决策，以判断零部件之间的可装配性。通过公差分析确定各零部件对象之间的公差分配，选择出最佳的装配顺序，并在此基础上进行相应的装配检验，从而对不合理的装配进行修改，达到优化设计的目的。对已设计好且录入数据库的装配设计可以直接从工程数据库中调用装配所需的数据。

虚拟装配是虚拟制造的重要组成部分，利用虚拟装配，可以验证装配设计和操作的正确与否，以便及早的发现装配中的问题，对模型进行修改，并通过可视化显示装配过程。虚拟装配系统允许设计人员考虑可行的装配序列，自动生成装配规划，它包括数值计算、装配工艺规划、工作面布局、装配操作所模拟等。现在产品的制造正在向着自动化、数字化的反向发展，虚拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节。

然而，受技术的限制，虚拟装配在过去很长一段时间精度无法达到要求，以至于虚拟环境下的实践培训往往与实物操作有一定的差距。国内外的虚拟现实厂商不断探索在虚拟现实环境中实现毫米级的与实际环境相匹配的精准虚拟装配。

国际案例：国外航空、汽车制造企业使用新技术在混合现实叠加中实现毫米级精度

日前，一些国外航空制造、汽车制造行业的公司采用某品牌的新技术在混合现实叠加中实现毫米级精度新技术，该品牌提供商可为企业在移动设备上提供高性能和可扩展的增强现实、虚拟现实和混合现实体验，其新技术在混合现实叠加中实现了毫米精度。

据该品牌介绍，大多数设备上的目标跟踪系统都使用2D图像/或基于标记的跟踪。这限制了3D环境中的覆盖进度，因为2D跟踪无法以高精度估算深度，也因此无法估算对象的比例尺和姿态。这意味着，即使用户可以从一个角度、位置观察时可以看到良好的匹配效果，但覆盖图在对齐过程中可能会失去适当的精度。而该品牌新技术解决方案支持用户在3D空间中以高精度识别不同方向的任意形状和大小的3D物体。

MakeReal3D 精准虚拟装配

MakeReal3D针对交互式虚拟装配提供了专业的模型轻量化及工艺动画仿真工具，内置准确的动力学、碰撞检测、柔性仿真、运动机构仿真等实时物理引擎模块及逼真的视景仿真能，支持精确的点线面特征测量以及间隙测量，可直接驱动VR头盔及手柄、复杂的虚拟现实系统、数据手套、力反馈、位置跟踪及全身动作捕捉等外设工具进行交互，并支持协同仿真，帮助用户在产品开发前期就可以快速的进行专业、自然、沉浸式的交互式虚拟装配，提高复杂产品开发效率。

传统的虚拟装配技术将人的经验和决策能力与计算机的计算能力结合起来,辅助装配设计的规划和验证，节约了设计制造的成本。人机交互是虚拟装配系统各项功能的保障和提升，然而目前的虚拟装配往往以桌面应用的仿真为主，忽略了人的交互体验，未能充分发挥虚拟现实技术的交互性特点，导致虚拟装配技术在产品开发中的应用受限。交互式虚拟装配技术以人为中心，为虚拟装配环境建立自然、和谐的人机交互体验，利用交互技术获得逼真的功能仿真与体验，进一步提升虚拟装配的可靠性和效率，进而缩短开发周期、降低成本，提高企业核心竞争力。

MakeReal3D精准虚拟装配实现交互式装配技术在复杂产品开发中的应用

（1）数据干涉检查

主要包括静态和动态干涉检查，静态干涉检查在传统的虚拟装配技术中已有广泛应用，交互式动态的干涉检查则为复杂产品主动的装配设计与验证优化提供了更为可靠的技术手段。

（2）产品布局检查

交互式虚拟装配可快速的1:1仿真复杂产品的数字化环境及可视化的审查产品布局，从而快速的确定零部件间装配关系和空间位置关系，有效检查产品布局。

（3）装配顺序验证与优化

交互式虚拟装配不仅能为复杂产品提供高效的可视化装配人机交互工具，通过实时的物理引擎技术和仿真环境模拟可快速的进行验证与优化装配顺序的合理性。

（4）安装路径的验证与优化

交互式虚拟装配为复杂产品的仿真提供了主动的安装路径方案的验证，包括逼真的交互式装配过程、动态干涉、动态间隙及交互式实时调整与修改。

（5）工具与工具空间的验证与优化

复杂产品的工具方案确定在传统的数字环境中通常需要借助物理样机，交互式虚拟装配使用相关工具仿真装配进行工具选择、工具干涉、操作空间可真实有效的确认工具的合理性、操作性与工具空间方案并进行优化调整。

（6）装配人机工程