CN101226545A - 基于web的三维装配工艺文件及现场示教的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对目前对三维装配工艺设计的需求，公开了一种基于WEB的产品装配工艺的生成方法及现场示教的实现方法，该方法综合了三维CAD设计软件、虚拟现实技术和网络应用的优点，解决了目前的装配工艺设计与三维设计模型脱节，二维纸制工艺不利于操作人员理解和使用，产生的工艺文件不便于管理的问题，具有设计方便、直观性、交互性好的特点，通过它并利用浏览器通过Internet/Intranet，工艺人员可以方便的编制三维装配工艺文件和装配动画，也可以方便、直观地对装配现场的操作人员起到示教的作用。可以明显地提高产品装配设计的效率并减少产品现场装配的周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于WEB的产品装配工艺的生成方法及现场示教的实现方法，尤其是三维装配工艺文件的生成和浏览方法，具体地说是一种在Internet/Intranet下三维装配工艺文件的实现和浏览方法。
背景技术
产品装配是机械制作过程中的一个重要环节。据统计，在工业化国家，产品的生产过程中大约1/3左右的人力在从事有关产品装配活动，制作总费用的20％～30％用于产品的装配，产品装配所需工时占产品生产制作总工时的40％～60％。因此减少装配工艺设计的周期对于提高产品的生产效率有着至关重要的意义。
随着三维CAD软件的迅速发展与普及，三维CAD技术正在代替二维CAD系统成为企业产品创新设计和数字化设计制造的基础平台。也使得产品设计的周期大大缩短，然而目前的装配工艺设计都是针对二维图纸采用人工编制，编制周期长，过分依赖工艺人员的技术水平和装配经验，装配工艺设计繁琐且不规范。而计算机辅助工艺规划(CAPP)系统只是提供一个进行人工编制工艺卡片的计算机平台，基于二维视图的装配工艺设计知识的表达、生成、组织与管理比较困难，并无法直观地，交互地对装配过程进行仿真和评估，另外二维纸质工艺文件无法直观反映装配细节与要求，给工艺技术状态控制、操作人员理解、使用带来困难，而且目前也没有一个对应三维CAD设计模型的计算机辅助装配工艺设计软件。因此，如何充分利用三维CAD设计模型的信息，装配工艺文件便于理解和现场浏览成为目前迫切需要解决的一个问题。
目前对于三维装配技术的研究集中在利用计算机对产品的空间几何、拓扑结构和装配约束关系进行自动分析和推理，建立零部件间的装配顺序优先约束，从而找出所有几何上可行的装配序列，并通过某种评价机制(如最短装配时间和最小装配成本)进行优选。但据申请人所知，目前尚无一个完整的，用于三维装配工艺规划并生成三维工艺卡片和装配过程动画的三维装配工艺设计方法可供人们借鉴使用，为此申请人于2008年1月16日向国家知识产权局专利局申请了名称为《无纸化三维装配工艺文件的实现方法》的发明专利，较好地解决了这一问题。但在实际使用中申请人发现，由于用户装配现场的计算机系统运行速度慢，硬盘容量有限，而且同一个操作终端需存储多种产品的装配工艺文件，因此难以达到想象的运行效果。
与此同时，随着Internet/Intranet的迅速发展和应用的普及，传输的信息也不再仅仅局限于象普通文本那样容量不大的信息，动画等多媒体信息的传输需求也能轻易满足。使得基于WEB的三维装配工艺文件的实现和应用成为了可能。目前各种网络应用软件大部分都是基于Browser/Server模式(以下简称B/S模式)即浏览器和服务器模式。在这种结构下，用户工作界面是通过WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端(Browser)实现，但是主要事务逻辑在服务器端(Server)实现，形成所谓三层逻辑结构。这样就大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本。
随着三维CAD软件成为企业产品创新设计和数字化设计制造的基础平台、虚拟现实技术的逐渐成熟以及Internet/Intranet的迅速发展和应用的普及，对三维辅助装配工艺设计的需求和对易于理解和管理的工艺文件的需求日益增加。因此，开发一种基于WEB的产品装配工艺的生成方法及现场示教的实现方法是当条之急。
发明内容
本发明的目的是针对现有的三维装配系统终端所存在的速度慢，所需存储设备难以满足要求的问题，发明一种基于WEB的三维装配工艺文件及现场示教的实现方法，以大大减轻整个系统对终端设备性能的依赖性。
本发明的技术方案是：
一种基于WEB的三维装配工艺文件及现场示教的实现方法，其特征是它包括以下步骤：
首先，在工艺设计客户端，由工艺人员通过Pro/Engineering三维CAD设计软件的二次开发接口函数读取设计模型的几何信息和装配信息，并存入装配信息数据库，再导入到虚拟现实环境对产品模型进行装配或者拆卸，并进行实时的碰撞干涉检测来获取最终的装配顺序和装配路径，装配路径由一系列离散的空间坐标点表示，步长可以由用户来调整；
其次，根据上步得到的装配顺序和装配路径信息，通过Pro/Engineering的二次开发接口函数制作该装配工序的装配动画，并导出mpg格式的装配动画文件，通过Internet/Intranet访问服务器，打开Web浏览器显示服务器反馈的装配工艺文件表单，由工艺人员根据工步内容对装配工序卡片的文字表格区域进行编辑，并选择各工序下所对应的装配动画文件，各工序的文字表格编辑完成后即向服务器提交完成的装配工序卡片表单；
第三，服务器端对提交的装配工序卡片表单进行处理，将装配工序卡片的工序号作为主码存入数据库，自动对上传的装配动画文件名进行编码，并将编码号作为装配动画文件名进行保存，同时将标识装配工序卡片的工序号与相应的装配动画文件的编码号一一对应保存到数据库中；
第四，在装配现场的客户端，装配操作人员通过Internet/Intranet访问服务器，通过身份验证后，打开网页对装配工序卡片进行查询，并选择需要的工序卡片进行浏览，工序卡片包括文字说明部分和装配动画部分，其中相应的装配动画由嵌入网页的Window Media Player播放器控件来播放，达到现场示教的目的。
所述的装配路径信息为一系列能描述零件模型空间位姿的离散点的集合，包括位置和旋转信息。
所述的虚拟现实环境是可对零件模型进行装配和拆卸操作的软件环境及所支持的硬件。
所述的装配工艺文件包括工序卡片和工艺流程卡片，它们由网页上动画区域和文字区域组成，动画区域为网页中的可播放装配动画的媒体播放器，文字区域是由网页的表格和表单组成。在服务器端，工艺文件中的文字信息保存在数据库的表中，与之相对应的动画信息保存在文件夹目录中。
本发明的有益效果是：
本发明首次将WEB技术用于机械加工领域，能充分发挥WEB所拥有的各项功能，大大减轻了装配终端对计算机性能的依赖性，有利于现场演示功能的充分发挥，发挥了网络的优势，减少设备投资。
本发明利用CAD软件设计三维产品模型信息并在虚拟现实环境下进行三维装配工艺设计，规划零部件的可行装配工序和装配路径，再通过CAD软件的二次开发接口函数制作装配过程演示动画，并通过Internet/Intranet访问服务器打开三维装配工艺设计网页，将装配动画和工艺信息映射后保存到数据库中，实现装配过程仿真和工艺文件设计。使得装配现场可以在客户端通过Internet/Intranet访问服务器，经过权限验证后，通过网页浏览所需的工艺文件。
利用本发明的方法可使得操作人员在操作现场通过触摸屏显示器访问服务器，并登陆系统，对工艺文件查询后选择所需的工序卡片进行浏览，三维动画提供播放，停止，后退，快进等播放功能，达到现场示教的目的，克服了过去需在每个终端存储相应的装配文件和大容量动画文件所带来的不便，不仅减轻了终端设备的存储容量，而且减轻了工艺人员的工作量，工艺人员仅需在服务器中存储所有的文件和动画，无需再向每个终端提供工序文件和动画文件。
本发明成功地解决了目前的装配工艺设计与三维设计模型脱节，二维纸制工艺不利于操作人员理解和使用，产生的工艺文件不便于管理的问题，具有设计方便、直观性、交互性好的特点，通过它并利用浏览器通过Internet/Intranet，工艺人员可以方便的编制三维装配工艺文件和装配动画，也可以方便、直观地对装配现场的操作人员起到示教的作用。同时将工艺信息以表单形式进行保存也使得工艺文件文档更方便于管理和查阅，基于B/S模式的软件结构设计也使得工艺文件传送方便快捷，而且信息更加安全。该发明可以明显地提高产品装配设计的效率并减少产品现场装配的周期，从而为企业达到降低产品成本和快速响应市场的目的。
附图说明
图1是基于WEB的装配三维工艺设计软件流程图。
图2是产品模型由CAD环境导入虚拟现实环境的流程图。
图3是服务器端保存工艺文件的流程图。
图4是装配工序卡片设计流程图。
图5是虚拟现实环境下的装配界面。
图6是浏览器下编辑工艺卡片的界面。
具体实施方式
下面结构附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-6所示。
一种基于WEB的三维装配工艺文件及现场示教的实现方法，其特征是它包括以下步骤：
首先，在工艺设计客户端，由工艺人员通过Pro/Engineering三维CAD设计软件的二次开发接口函数读取设计模型的几何信息和装配信息，并存入装配信息数据库，再导入到虚拟现实环境对产品模型进行装配或者拆卸，并进行实时的碰撞干涉检测来获取最终的装配顺序和装配路径，装配路径由一系列离散的空间坐标点表示，步长可以由用户来调整。其中装配路径信息为一系列能描述零件模型空间位姿的离散点的集合，包括位移和旋转信息，用齐次矩阵表示为：
其中T1描述模型的姿态，分别表示零件坐标系下X、Y、Z矢量在装配坐标系下的向量；T2描述模型的位移，分别表示零件坐标系的原点在装配坐标系下X、Y、Z方向上的位移。
其次，根据上步得到的装配顺序和装配路径信息，通过Pro/Engineering的二次开发接口函数制作该装配工序的装配动画，并导出mpg格式的装配动画文件。其中创建装配动画关键帧的步骤如下：
a.按照装配序列依次创建各零件的装配动画；
b.读入待装配零件的装配路径信息，即一系列离散的位姿点，根据零件的初始位姿确定起始关键帧，然后平滑创建各位姿点之间的动画关键帧，一直到最终的装配位置；
c.判断零件是否装配完，若未完成装配，则回到a；否则关键帧集合创建结束。
然后通过Internet/Intranet访问服务器，打开浏览器下的装配工艺文件，对装配工序卡片的文字表格区域进行编辑，并选择该工序下的装配动画文件。向服务器提交完成的装配工序卡片表单；
第三，服务器端对提交的装配工序卡片表单进行处理，将装配工序卡片的工序号作为主码存入数据库，并建立工序文件与装配工序动画文件之间的映射关系。具体步骤为：自动对上传的装配动画文件名进行编码，并将编码号作为装配动画文件名进行保存，同时将标识装配工序卡片的工序号与相应的装配动画文件的编码号以及文件路径一一对应保存到数据库的表中；
第四，在装配现场的客户端，装配操作人员通过Internet/Intranet访问服务器，通过身份验证后，打开网页对装配工序卡片进行查询，并选择需要的工序卡片进行浏览，工序卡片包括文字说明部分和装配动画部分，其中相应的装配动画由嵌入网页的Window Media Player播放器控件来播放。达到现场示教的目的。
所述的虚拟现实环境是可对零件模型进行装配和拆卸操作的软件环境及所支持的硬件。
所述的装配工艺文件包括工序卡片和工艺流程卡片，它们由网页上动画区域和文字区域组成，动画区域为网页中的可播放装配动画的媒体播放器，文字区域是由网页的表格和表单组成。在服务器端，工艺文件中的文字信息保存在数据库的表中，与之相对应的动画信息保存在文件夹目录中。
下面结合一个实例作进一步的说明：
装配工艺文件设计程序部署在服务器端，装配动画的制作程序以插件形式部署在客户端。用户在Windows 2000/xp环境下运行Pro/Engineering，点击用户定制菜单下的菜单项，可将装配体信息保存至数据库，并打开虚拟装配软件进行虚拟现实环境的装配/拆卸操作，最终将生成的装配序列和装配路径信息保存到数据库。图5为虚拟现实环境下的装配界面。
然后回到Pro/Engineering软件环境，根据得到的装配序列和装配路径信息，点击装配动画制作的子菜单项，由二次开发程序制作装配动画，并以mpg格式的动画文件由用户保存到本地计算机。点击装配工序卡片设计的子菜单项弹出装配工序卡片设计网页，首先是登陆信息，经过身份验证后，可对工序卡片进行编辑。图6为基于WEB的工序卡片设计界面。并且已经导入装配动画文件。设计完成后，工艺人员向数据库提交表单即完成三维装配工艺设计。
在操作现场，由操作人员在客户端通过触摸屏显示器访问服务器，并登陆系统，对工艺文件查询后选择所需的工序卡片进行浏览，三维动画提供播放，停止，后退，快进等播放功能，达到现场示教的目的。
Claims (4)
1.一种基于WEB的三维装配工艺文件及现场示教的实现方法，其特征是它包括以下步骤：
首先，在工艺设计客户端，由工艺人员通过Pro/Engineering三维CAD设计软件的二次开发接口函数读取设计模型的几何信息和装配信息，并存入装配信息数据库，再导入到虚拟现实环境对产品模型进行装配或者拆卸，并进行实时的碰撞干涉检测来获取最终的装配顺序和装配路径，装配路径由一系列离散的空间坐标点表示，步长可以由用户来调整；
其次，根据上步得到的装配顺序和装配路径信息，通过Pro/Engineering的二次开发接口函数制作该装配工序的装配动画，并导出mpg格式的装配动画文件，通过Internet/Intranet访问服务器，打开Web浏览器显示服务器反馈的装配工艺文件表单，由工艺人员根据工步内容对装配工序卡片的文字表格区域进行编辑，并选择各工序下所对应的装配动画文件，各工序的文字表格编辑完成后即向服务器提交完成的装配工序卡片表单；
第三，服务器端对提交的装配工序卡片表单进行处理，将装配工序卡片的工序号作为主码存入数据库，自动对上传的装配动画文件名进行编码，并将编码号作为装配动画文件名进行保存，同时将标识装配工序卡片的工序号与相应的装配动画文件的编码号一一对应保存到数据库中；
第四，在装配现场的客户端，装配操作人员通过Internet/Intranet访问服务器，通过身份验证后，打开网页对装配工序卡片进行查询，并选择需要的工序卡片进行浏览，工序卡片包括文字说明部分和装配动画部分，其中相应的装配动画由嵌入网页的Window Media Player播放器控件来播放，达到现场示教的目的。
2.根据权利要求1所述的基于WEB的三维装配工艺文件及现场示教的实现方法，其特征是所述的装配路径信息为一系列能描述零件模型空间位姿的离散点的集合，包括位置和旋转信息。
3.根据权利要求1所述的基于WEB的三维装配工艺文件及现场示教的实现方法，其特征是所述的虚拟现实环境是可对零件模型进行装配和拆卸操作的软件环境及所支持的硬件。
4.根据权利要求1所述的基于WEB的三维装配工艺文件及现场示教的实现方法，其特征是所述的装配工艺文件包括工序卡片和工艺流程卡片，它们由网页上动画区域和文字区域组成，动画区域为网页中的可播放装配动画的媒体播放器，文字区域是由网页的表格和表单组成。在服务器端，工艺文件中的文字信息保存在数据库的表中，与之相对应的动画信息保存在文件夹目录中。
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