一種基于delmia的電纜維修仿真的工程實(shí)踐方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于DELMIA的電纜維修仿真的工程實(shí)踐方法。本方法包括：確定電纜信息及空間關(guān)系；到DELMIA仿真平臺(tái)中建立虛擬維修環(huán)境；設(shè)計(jì)電纜接頭的拆卸路徑，建立電纜接頭的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作；沿著電纜接頭的拆卸路徑，在電纜模型上設(shè)置不同的控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電纜的柔性活動(dòng)；規(guī)劃手部抓取接頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，建立人體手部的維修動(dòng)作；將仿真分段處理，實(shí)現(xiàn)電纜接頭、電纜和人體模型這三個(gè)仿真對(duì)象的時(shí)空同步。本發(fā)明突破了以往的虛擬裝配中柔性部件當(dāng)作剛體考慮，無(wú)法表現(xiàn)電纜的柔性體，更無(wú)法進(jìn)行柔性體交互式操作仿真的局限性，模擬實(shí)現(xiàn)了電纜的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，可發(fā)現(xiàn)電纜在維修中存在的問(wèn)題，以改進(jìn)電纜的維修性設(shè)計(jì)。
【專利說(shuō)明】一種基于DELMIA的電纜維修仿真的工程實(shí)踐方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助系統(tǒng)維修的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于DELMIA的電纜維修仿真的工程實(shí)踐方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電纜是飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦船、汽車等機(jī)電系統(tǒng)中最重要的一類部件，據(jù)統(tǒng)計(jì)，電纜類零件的故障率占到總故障率的20%。在實(shí)際工程中，很多產(chǎn)品都包含大量的電纜組件，例如在一些電氣設(shè)備艙內(nèi)，能見(jiàn)到大量的電纜，這些電纜布線非常復(fù)雜，其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量。特別是復(fù)雜的裝備系統(tǒng)，有必要在研制階段早期就將電氣布線設(shè)計(jì)納入其設(shè)計(jì)考慮的范疇，但一直以來(lái)缺少有效的輔助設(shè)計(jì)手段。
[0003]目前常用的電纜設(shè)計(jì)方法是模裝法和模板法，這兩類方法均不利于開(kāi)展復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)布局的總體規(guī)劃，有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題晚不便修改，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，成本大的缺點(diǎn)。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于電纜的設(shè)計(jì)中，在產(chǎn)品數(shù)字模型里建立電纜的三維模型，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期就考慮電纜的布局問(wèn)題，同時(shí)利用虛擬維修仿真技術(shù)可以模擬電纜的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)電纜在維修中存在的問(wèn)題，以改進(jìn)電纜的維修性設(shè)計(jì)。
[0004]而柔性電纜在虛擬環(huán)境下的仿真比剛體更為復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)也具有極大的不確定性。目前在虛擬仿真環(huán)境下，數(shù)字樣機(jī)往往只有剛形體的三維模型，而無(wú)法表現(xiàn)電纜等柔性體，更無(wú)法進(jìn)行電纜等柔性體交互式仿真操作。這樣，得到的仿真結(jié)果往往不能對(duì)實(shí)際操作產(chǎn)生較好的指導(dǎo)效果。
[0005]DELMIA是一款數(shù)字化企業(yè)的互動(dòng)制造應(yīng)用軟件。DELMIA向隨需應(yīng)變(on-demand)和準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)(just-1n-time)的制造流程提供完整的數(shù)字解決方案，令制造廠商縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，同時(shí)降低生產(chǎn)成本、促進(jìn)創(chuàng)新。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于DELMIA的電纜維修仿真的工程實(shí)踐方法，主要是從設(shè)備電纜布線的規(guī)范或原則出發(fā)，在對(duì)DELMIA 二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上對(duì)電纜進(jìn)行靜態(tài)建模和動(dòng)態(tài)仿真，實(shí)現(xiàn)電纜插拔、整理、拖拽同步運(yùn)動(dòng)仿真，以達(dá)到在研制階段早期就能盡早發(fā)現(xiàn)電纜維修性設(shè)計(jì)中的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明一種基于DELMIA的電纜維修仿真的工程實(shí)踐方法，通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn):
[0008]步驟一、確定電纜信息及空間關(guān)系，包括:待拆卸電纜、電纜連接的電氣組件、電纜與電氣組件之間的空間關(guān)系、電纜接插件與電氣組件插接件之間的連接關(guān)系；
[0009]步驟二、建立虛擬維修環(huán)境，具體是:將產(chǎn)品虛擬樣機(jī)、人體模型、保障設(shè)施和設(shè)備以及周圍環(huán)境的三維模型導(dǎo)入到DELMIA仿真平臺(tái)中，并設(shè)定各三維模型之間的空間位置關(guān)系;
[0010]步驟三、設(shè)計(jì)電纜接頭的拆卸路徑，仿真電纜接頭的運(yùn)動(dòng)；
[0011]步驟四、仿真電纜的柔性活動(dòng)，具體是:在電纜模型上選擇合適的位置設(shè)置多個(gè)控制點(diǎn)，沿著電纜接頭的拆卸路徑，按距尚電纜接頭從后往如的順序逐步地移動(dòng)控制點(diǎn)，來(lái)完成電纜的位置移動(dòng)，并保存電纜運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵幀；
[0012]步驟五、規(guī)劃手部抓取接頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，仿真人體手部的維修動(dòng)作；
[0013]步驟六、將仿真分段處理，實(shí)現(xiàn)電纜接頭、電纜和人體三個(gè)仿真對(duì)象的時(shí)空同步，具體是:
[0014]首先，確定電纜接頭移動(dòng)的總距離，并將電纜接頭的拆卸路徑進(jìn)行合理的分段；
[0015]然后，對(duì)每一段路徑進(jìn)行時(shí)空同步處理，并生成動(dòng)畫(huà)幀，具體是:對(duì)每一段路徑建立一個(gè)process節(jié)點(diǎn)，在該process節(jié)點(diǎn)下添加三個(gè)并列的activity子節(jié)點(diǎn)，將步驟三?五中生成的對(duì)應(yīng)路徑分段中的電纜接頭的運(yùn)動(dòng)、電纜的運(yùn)動(dòng)和人體的運(yùn)動(dòng)添加到相應(yīng)的activity子節(jié)點(diǎn)下,并使三種運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間保持一致。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于:本發(fā)明通過(guò)采用對(duì)DELMIA軟件中的模塊進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，通過(guò)設(shè)置控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電纜柔性活動(dòng)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)電纜鋪設(shè)規(guī)范和電氣需求及約束，分別完成電纜接頭剛性運(yùn)動(dòng)，電纜柔性運(yùn)動(dòng)以及人體運(yùn)動(dòng)的仿真，再通過(guò)對(duì)電纜接頭運(yùn)動(dòng)路徑的合理劃分，以其為引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了人體模型控制電纜接頭帶動(dòng)電纜的同步運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明突破了以往的虛擬裝配中柔性部件被當(dāng)作剛體考慮，無(wú)法表現(xiàn)電纜的柔性體，更無(wú)法進(jìn)行柔性體交互式操作仿真的局限性，并且采用通過(guò)對(duì)路徑的分段控制的方法，實(shí)現(xiàn)了人體拆卸電纜的時(shí)空同步運(yùn)動(dòng)，保證了虛擬仿真的精確性和真實(shí)性。利用電纜的維修性仿真可以模擬電纜的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)電纜在維修中存在的問(wèn)題，以改進(jìn)電纜的維修性設(shè)計(jì)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為電子樣機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程；
[0018]圖2中，A和B為電纜接頭運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)直的不意圖；
[0019]圖3中，A和B為電纜柔性運(yùn)動(dòng)的示意圖；
[0020]圖4為人體維修動(dòng)作生成流程的示意圖；
[0021]圖5為每一段路徑中人體拆卸電纜同步仿真生成流程示意圖；
[0022]圖6中，A和B為人體手部通過(guò)接頭移動(dòng)電纜同步仿真的示意圖；
[0023]圖7為本發(fā)明實(shí)施例中電纜連接的示意圖；
[0024]圖8為本發(fā)明實(shí)施例設(shè)備艙虛擬仿真環(huán)境示意圖；
[0025]圖9中，A、B和C為人體擰拔電纜時(shí)空同步運(yùn)動(dòng)的仿真截圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]本發(fā)明從設(shè)備電纜布線的規(guī)范或原則出發(fā)，以DELMIA為仿真平臺(tái)，對(duì)柔性電纜仿真模塊進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，深入研究DELMIA中的不同仿真模塊的同步配合，實(shí)現(xiàn)了電纜的柔性運(yùn)動(dòng)，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)合理規(guī)劃電纜接頭的運(yùn)動(dòng)路徑，首先完成電纜接頭的仿真動(dòng)作，然后在電纜接頭的導(dǎo)引下，規(guī)劃電纜及人體跟隨電纜接頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，完成電纜接頭剛性運(yùn)動(dòng)、電纜的柔性活動(dòng)以及人體的運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)三者的協(xié)同統(tǒng)一。
[0028]研究電纜虛擬維修仿真技術(shù)，著重解決電纜的柔性動(dòng)態(tài)行為以及電纜仿真的精確性和真實(shí)性，可以對(duì)電氣組件的維修可達(dá)性、電纜動(dòng)態(tài)干涉、維修人員的姿態(tài)等進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)電纜維修性設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，為提出裝配設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略提供技術(shù)支持。
[0029]本發(fā)明首先根據(jù)電纜鋪設(shè)規(guī)范和電氣需求及約束，細(xì)化分解維修任務(wù)，明確待拆電纜的電氣連接，以確定電纜的拆卸次序。然后通過(guò)規(guī)劃電纜接頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，利用DELMIA的仿真模塊，完成電纜接頭運(yùn)動(dòng)，接著以電纜接頭為引導(dǎo)，在電纜接頭的運(yùn)動(dòng)軌跡基礎(chǔ)上，規(guī)劃柔性電纜和人體的運(yùn)動(dòng)軌跡，完成電纜和人體的建模與運(yùn)動(dòng)仿真，并在此過(guò)程中通過(guò)將電纜接頭運(yùn)動(dòng)軌跡合理劃分，分段完成電纜接頭，柔性電纜和人體運(yùn)動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到人體模型精確而真實(shí)地控制電纜接頭帶動(dòng)柔性電纜運(yùn)動(dòng)。
[0030]本發(fā)明是基于DELMIA的電纜維修仿真的工程實(shí)踐方法，具體實(shí)施步驟如下:
[0031]步驟一、分析電纜的電氣性能，明確電纜信息及空間關(guān)系。確定的信息包括:待拆卸電纜、電纜連接的電氣組件、電纜與電氣組件之間的空間關(guān)系、電纜接插件與電氣組件插接件之間的連接關(guān)系等。
[0032]首先檢測(cè)故障點(diǎn)，明確待拆件，檢查與待拆件連接的電纜情況，確定待拆卸的電纜或電纜束，以及電纜另一端的連接情況。然后根據(jù)電纜裝配序列反推出電纜拆卸的次序。
[0033]步驟二、建立虛擬維修環(huán)境。在計(jì)算機(jī)中導(dǎo)入并顯示產(chǎn)品虛擬樣機(jī)、人體模型、保障設(shè)施和設(shè)備以及周圍環(huán)境等三維模型，然后通過(guò)設(shè)定它們之間的空間位置關(guān)系，從而建立虛擬維修的仿真環(huán)境。
[0034]本發(fā)明采用的DELMIA軟件要求要以DELMIA為標(biāo)準(zhǔn)格式，所以這些軟件生成的三維模型格式需要通過(guò)中間格式互相轉(zhuǎn)換。具體的樣機(jī)生成過(guò)程如圖1所示。由SolidWorks軟件或UG軟件建立的產(chǎn)品模型，應(yīng)首先轉(zhuǎn)換成STEP214格式的中間文件，然后由CATIA軟件打開(kāi)并保存為Product格式的文件，最后結(jié)合維修仿真任務(wù)需求，將模型簡(jiǎn)化成幾塊并對(duì)有關(guān)操作的對(duì)象顏色等屬性進(jìn)行更改。然后將處理好的Product格式文件的產(chǎn)品虛擬樣機(jī)、人體模型、保障設(shè)施和設(shè)備以及周圍環(huán)境等三維模型導(dǎo)入到DELMIA仿真平臺(tái)中，并通過(guò)設(shè)定它們之間的空間位置關(guān)系，從而建立虛擬維修的仿真環(huán)境。
[0035]步驟三、設(shè)計(jì)電纜接頭的拆卸路徑，建立電纜接頭的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。整個(gè)電纜的維修仿真過(guò)程的動(dòng)態(tài)路徑都是在電纜接頭的引導(dǎo)下生成的，因此需要首先設(shè)計(jì)電纜接頭的拆卸路徑。電纜接頭拆卸路徑的設(shè)置應(yīng)在避免干涉的前提下使其路徑最短。
[0036]電纜接頭的擰、拔、放置等仿真動(dòng)作通過(guò)DELMIA仿真平臺(tái)中DPM模塊下的Assembly Process Simulation (APS)子模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0037]首先根據(jù)需求設(shè)置電纜接頭的拆卸的運(yùn)動(dòng)路徑；然后根據(jù)設(shè)置的拆卸路徑建立接頭的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作；最后根據(jù)需要調(diào)整修改電纜接頭的路徑生成新的動(dòng)作，如圖2的A和B所示，是生成電纜接頭拆卸仿真的兩個(gè)示意圖，圖中白色的線表示電纜接頭拆卸的運(yùn)動(dòng)路徑。
[0038]步驟四、在電纜模型上設(shè)置控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電纜的柔性活動(dòng)。
[0039]規(guī)劃電纜跟隨接頭運(yùn)動(dòng)的軌跡，然后在電纜模型上選擇合適的位置，設(shè)置多個(gè)不同位置的控制點(diǎn)，按距離電纜接頭從后往前的順序沿軌跡逐步移動(dòng)控制點(diǎn)，完成電纜的位置移動(dòng)，并保存電纜運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵幀，將它們串聯(lián)起來(lái)，通過(guò)部分剛性整體柔性的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電纜從剛性到柔性運(yùn)動(dòng)的仿真，如圖3所示的A和B所示，為電纜位置移動(dòng)的示意圖。
[0040]步驟五、規(guī)劃手部抓取接頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，建立人體手部的維修動(dòng)作。在實(shí)際設(shè)備維修中，維修人員對(duì)電纜進(jìn)行維修操作時(shí)，需要體現(xiàn)人體手部的精細(xì)動(dòng)作，本發(fā)明通過(guò)合理規(guī)劃手部抓取接頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，來(lái)實(shí)現(xiàn)人體維修電纜的手部動(dòng)作。[0041]人體的維修動(dòng)作通過(guò)DELMIA仿真平臺(tái)中Human Task Simulation模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0042]首先規(guī)劃手部抓取接頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后將人體模型行走至維修部位，保證手部能在舒適范圍內(nèi)觸及電纜接頭，再根據(jù)接頭的形狀，以正確的姿勢(shì)抓住接頭并轉(zhuǎn)動(dòng)手腕，將接頭擰下，最后拔下電纜，如圖4所示，當(dāng)接頭有緊固件時(shí)，先使用工具拆卸緊固件，然后擰松接頭。仿真動(dòng)作有Walk Activity (行走)、MoveToPosture (姿勢(shì)調(diào)整)、Pick Activity (拾取)等。
[0043]步驟六、實(shí)現(xiàn)步驟三、四和五的三個(gè)仿真對(duì)象的時(shí)空同步。
[0044]步驟三、四和五分別說(shuō)明了電纜接頭、電纜和人體模型這三者動(dòng)作的生成方法，它們?cè)贒ELMIA不同的子模塊下創(chuàng)建的，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)際虛擬維修仿真中人體操作接頭帶動(dòng)電纜運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，需要將仿真分段處理，來(lái)實(shí)現(xiàn)三個(gè)仿真對(duì)象的時(shí)空同步，如圖5所示。圖5中表明，先規(guī)劃拆卸電纜接頭的運(yùn)動(dòng)路徑，建立電纜接頭運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)，如步驟三所示；然后規(guī)劃電纜跟隨電纜接頭運(yùn)動(dòng)的軌跡，建立電纜運(yùn)動(dòng)變形動(dòng)畫(huà)，如步驟四所示；規(guī)劃人體手部抓取電纜接頭運(yùn)動(dòng)軌跡，建立人體手部及相關(guān)肢體運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)；最后通過(guò)合理的分段處理將三者結(jié)合，實(shí)現(xiàn)柔性電纜虛擬維修仿真動(dòng)畫(huà)。
[0045]分段處理首先要確定電纜接頭移動(dòng)的總距離，然后根據(jù)距離的長(zhǎng)短將電纜接頭的拆卸路徑劃分每段的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度劃分的越精細(xì)，同步程度就越高，但是所要編輯的幀數(shù)就相應(yīng)地多了起來(lái)，因此選擇一個(gè)合理的長(zhǎng)度劃分很重要，長(zhǎng)度劃分是根據(jù)電纜的實(shí)際長(zhǎng)度以及電纜移動(dòng)的距離來(lái)確定，可由用戶自己定義或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)置。
[0046]劃分完仿真階段后，就要為每個(gè)階段生成動(dòng)畫(huà)幀，方法是往process節(jié)點(diǎn)下添加activity節(jié)點(diǎn)。然后按照前面的方法為每段生成接頭、電纜、手部的運(yùn)動(dòng)，并將它們放在activity節(jié)點(diǎn)下面，并進(jìn)行調(diào)整使三者持續(xù)的時(shí)間保持一致。完成了上一段的仿真，下一段的仿真就按照相同的方法實(shí)現(xiàn)，實(shí)際仿真效果如圖6所示，圖6的A和B是人手拿取接頭牽引電纜運(yùn)動(dòng)的仿真示意圖。
[0047]實(shí)施例
[0048]以一種航空飛行器設(shè)備艙中的電氣控制裝置為例說(shuō)明，該電氣控制裝置用來(lái)為其他用電設(shè)備提供電源。該裝置位于設(shè)備艙靠近戰(zhàn)斗部的前段，與它相連的其它設(shè)備分布不一，而這些用電設(shè)備有各自的電氣接口，通過(guò)電連接器(電纜接頭以及中間連接器)與電氣控制裝置連接與斷開(kāi)。
[0049]圍繞設(shè)備艙中的電氣控制裝置展開(kāi)布線需求分析，明確與之相連的設(shè)備以及相應(yīng)的連接方式。電氣控制裝置的電纜連接示意圖如圖7所示，相應(yīng)的電纜連接如表I所示。
[0050]表I電纜連接一覽表
【權(quán)利要求】
1.一種基于DELMIA的電纜維修仿真的工程實(shí)踐方法，其特征在于，包括如下步驟:步驟1:確定電纜信息及空間關(guān)系，包括:待拆卸電纜、電纜連接的電氣組件、電纜與電氣組件之間的空間關(guān)系、電纜接插件與電氣組件插接件之間的連接關(guān)系； 步驟2:建立虛擬維修環(huán)境，具體是:將產(chǎn)品虛擬樣機(jī)、人體模型、保障設(shè)施和設(shè)備、以及周圍環(huán)境的三維模型導(dǎo)入到DELMIA仿真平臺(tái)中，并設(shè)定各三維模型之間的空間位置關(guān)系; 步驟3:設(shè)計(jì)電纜接頭的拆卸路徑，仿真電纜接頭的運(yùn)動(dòng)； 步驟4:仿真電纜的柔性活動(dòng)，具體是:在電纜模型上選擇合適的位置設(shè)置兩個(gè)以上的控制點(diǎn)，沿著電纜接頭的拆卸路徑，按距尚電纜接頭從后往如的順序逐步地移動(dòng)控制點(diǎn)，來(lái)完成電纜的位置移動(dòng)，并保存電纜運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵幀； 步驟5:規(guī)劃手部抓取接頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，仿真人體手部的維修動(dòng)作； 步驟6:將仿真分段處理，實(shí)現(xiàn)電纜接頭、電纜和人體三個(gè)仿真對(duì)象的時(shí)空同步，具體是: 首先，確定電纜接頭移動(dòng)的總距離，并將電纜接頭的拆卸路徑進(jìn)行分段； 然后，對(duì)每一段路徑進(jìn)行時(shí)空同步處理，并生成動(dòng)畫(huà)幀，具體是:對(duì)每一段路徑建立一個(gè)process節(jié)點(diǎn),在該process節(jié)點(diǎn)下添加三個(gè)并列的activity子節(jié)點(diǎn),將步驟3?5中生成的對(duì)應(yīng)路徑分段中的電纜接頭的運(yùn)動(dòng)、電纜的運(yùn)動(dòng)和人體的運(yùn)動(dòng)添加到相應(yīng)的activity子節(jié)點(diǎn)下，并使三種運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間保持一致。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104008256SQ201410265662
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】周棟, 呂川, 李穎, 耿杰, 熊佳遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)