发动机装配过程的体视动态模拟系统

  　零部件的装配作业是现代生产过程的一个重要环节，零部件装配成功与否是由零件装配时的几何约束及相应的力学状态决定的。几何约束可以通过运动轨迹分析和动画来描述。

　　参加配合的零件的几何元素称为装配特征，例如平面、柱面和孔等。装配特征之间的配合方式按几何连接形式分为四种：共面反向、孔柱配合、棱孔柱配合和球套配合。共面反向表示零件之间的平面接触，但是法线方向相反；孔柱配合表示圆柱和圆孔同心且相互接触；棱孔柱配合表示棱柱和棱孔的同心且相互接触；球套配合表示球和套的同心配合。常见的发动机零件装配中，最常用的是孔柱配合和共面反向配合。棱孔柱配合相对较少，基本没有球套配合。

　　在实际装配过程中，由于零部件的空间尺寸不明确，加上装配作业中的操作误差，常常会造成装配件之间的位置误差，致使装配件损坏或者卡死。为了保证装配作业成功，必须确定一个合理的装配策略，并且最好能够在实际装配之前，在计算机上模拟装配过程，以检验装配策略的合理性和正确性。

　　下面我们就介绍一个基于体视动画技术的发动机装配过程的动态模拟系统。

　　1体视动态模拟系统的硬件结构

　　传统的动态模拟技术可以较为精确地描述零部件的装配过程，但是由于单视点透视没有深度感觉，很难准确判断零部件之间的干涉情况。而在实际中，我们观看东西的时候，总有立体的感觉，也就是说我们能够感觉到物体之间的距离，也能够感觉到物体与我们之间的距离。当观看物体的时候，在同一时刻，两个不同图象通过不同的角度进入你的左右眼，人脑通过分析两幅图象得到距离和深度。我们也可以通过计算机生成图象来体验这神奇的效果，这就是所谓的体视图象生成技术。如果生成静态的体视图象，那么使用传统的体视投影技术即可。但是，如果要生成类似于发动机装配过程这样的大量体视动画，就要使用体视动画的自动生成技术［1］。

　　要在计算机上观察出体视动画，需要采用合适的观察方法。现在常用的观察方法很多，例如传统的红蓝眼镜方法，新型液晶眼镜方法等等。红蓝眼镜方法不需要在计算机上增加硬件设备，而新型液晶观察设备则必须增加新的硬件，具体结构见图1［2］：

　　图1新增硬件的连接关系

　　从图中可以看出，新增的硬件有控制卡、控制盒和立体眼镜。控制卡插在计算机的扩展槽中，通过信号线与计算机显示卡相连。显示器与控制盒直接与控制卡相连。新型立体眼镜是无线的，因此，不需要与控制盒相连。需要特别说明的是，在这种硬件结构中，显示设备必须是逐行的。

　　在计算机上新增了这些设备后，就可以观察到有深度感的动态图象了，也就能够在计算机屏幕上观察到物体之间的前后关系。当然，所观察的内容也需要是双视点生成的图象。

　　2发动机体视动态模拟系统的软件结构

　　发动机是一个复杂的机构，为了更好地描述整个系统的装配过程，需要将这个系统分解成几个相对独立的子系统。根据所描述发动机的结构特点和功能，将整个发动机分为6个部分。图2是发动机装配过程体视动态模拟系统的结构。它由控制器、整机装配子系统、驱动部件装配子系统、冷却系统装配子系统、机体部件装配子系统、进排气系统装配子系统、增压系统装配子系统和黑板几个主要部分组成。下面对各个模块给以简单介绍。

　　(1)控制器

　　控制器同各个模块相连，可以调用任何一个模块工作，是系统的总指挥，控制整个系统的运行。它的主要工作是根据用户输入的数据和当前状态生成和改变设计环境，控制各个子模块的运行顺序，解决各个子模块间的相关问题。

　　为了实现上述控制，控制器采用了黑板控制法和菜单驱动控制法相结合的控制策略。