随着CAD技术和计算机技术的发展，虚拟装配技术在工程领域中应用越来越普遍。虚拟装配是虚拟制造的重要一环，它是以零件三维实体模型为基础，用计算机模拟装配的全过程[1]，以验证机器或部件设计的正确性和可装配性[2]，及时帮助工程技术人员找到设计中出现的问题，直观地发现和修改不合理的设计环节。DELMIA[3](digital enterprise lean manufacturing interactive application)是一款数字企业精益制造的交互式应用软件，在DELMIA的实时三维协同环境下，产品生命周期的早期就可直观地计划、定义、验证和优化其制造工艺和装配仿真路径。本文在DELMIA软件的虚拟环境中模拟了双级圆柱齿轮减速器的装配工艺，包括通过装配模型与装配约束得到装配建模、装配序列规划、装配路径规划、干涉碰撞检测、装配可达性分析和装配过程仿真。传统的装配方法只有在实际装配阶段才能发现设计缺陷，通常需要多次修改，周期长、效率低、成本高，不能适应当前敏捷制造的要求[4]。本文基于“可拆定可装”的原理，即“反装”思路，以DELMIA软件为开发平台，在数据建模的基础上对双级圆柱齿轮减速器的可视化装配进行模拟仿真和分析，结合时序图和仿真结果对双级圆柱齿轮减速器的装配可行性进行优化和调整，实现在设计阶段优化产品以保证产品装配的可行性。

1 双级圆柱齿轮减速器虚拟装配分析

双级圆柱齿轮减速器(图1所示)是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，应用减速器降低转速和增大转矩的功能来满足工作中的需要。为了在设计中确保其装配可行性、提高装配精度，有必要研究其虚拟装配，以便验证装配设计的正确性，及早发现问题并改正。

  

图1 减速箱总成

双级圆柱齿轮减速器装配树如图2所示。对装配树中各零部件间的从属关系进行观察并分析，根据“反装”原理对双级圆柱齿轮减速器进行拆卸序列规划[5]。为简化说明，本文以传动轴中轴总成为例，零部件主要包括中轴、中键、大斜齿轮、中直齿轮、中垫圈、中轴承。

  

图2 减速器装配树

对双级圆柱齿轮减速器进行虚拟装配仿真，在三维装配建模的基础上生成装配序列[6]，将双级圆柱齿轮减速器装配树转换成关联图[7-8]表达形式，关联图又称关系图，是对原因与结果、目的与手段等问题的因果关系用箭头将各要素之间进行逻辑的连接，以便得到更合理的制造与装配的方法，在本文中用关联图G=(A，E)表示装配体集合，其中A为非空节点集，可表示为{Ai|0≤i≤n-1,n≥1,A∈Vertex}；E为子装配体或零件之间具有装配关系的边集。双级圆柱齿轮减速器装配集合为{A0,A1,A2,A3}={上箱体，传动轴，下箱体，轴承盖}，传动轴装配集合为{A1}={A11,A12,A13}={大轴总成，中轴总成，小轴总成}，中轴总成装配集合为{A12}={A121,A122,A123,A124,A125,A126}={中轴，中键，大斜齿轮，中直齿轮，中垫圈，中轴承}，如图3所示。将中轴总成各零件间关系转化为如图4所示的关联图，观察到中轴A121有5个节点度，节点度是指和该节点有联系的边的条数。根据装配层次，由A121出发依次访问A122～A126直至结束，得出A122～A126的装配顺序。对于多种装配序列，考虑到实际装配先后顺序的可行性，即零件A122在A123之前、A123在A124之前、A124在A125之前、A125在A126之前，生成最优装配顺序为{A121,A122,A123,A124,A125,A126}。

让儿童实实在在地获得能适应未来社会生存能力的核心素养，绝不是一朝一夕的事情，这是一个系统教育教学工程。这个系统教育教学工程的第一步是什么？不是“我以为”式的主观阐释，也不是贴标签的课堂展示，而是扎扎实实的调查研究。

  

图3 中轴总成

  

图4 中轴总成装配部件关联图

由中轴总成各零件间关系转化为关联图的方法生成双级圆柱齿轮减速器的关联图，如图5所示。

 

A0—上箱体;A01—螺钉;A02—螺母;A03透视板;A04—螺栓;A05—透视孔塞；A1—传动轴;A11—大轴总成;A12—中轴总成;A13—小轴总成;A2—下箱体;A21—螺钉;A22—螺母;A23—油阀;A24—油

标;A3—轴承盖;A31—连接螺钉

图5 双级圆柱齿轮减速器关联图

2 双级圆柱齿轮减速器虚拟装配实现

本文研究双级圆柱齿轮减速器各零部件的结构层次及工艺规划，基于DELMIA软件实现对该双级圆柱齿轮减速器虚拟装配的仿真与优化，基于DPM 模块实现虚拟装配仿真。DPM模块是提供产品工艺分析以及对产品设计以及功能仿真应用的虚拟环境，也可实现对产品三维模型的数字化虚拟装配。图6所示为减速器装配过程的仿真流程。

  

图6 减速器装配过程的仿真流程

2.1 导入产品装配模型并建立产品的PPR结构树

PPR HUB即产品(product)、工艺(process)、生产资源(resource)和集成中枢(HUB)，提供数字样机和装配现场的资源作为底层数据，定义数字化工厂布局、资源规划、装配关系和人机工程模拟。

  

图7 装配仿真用模型

[1] LI Jianguang, XIA Pingjun. Survey of virtual assembly and its perspective[J]. Aeronauticai Manufacturing Technology,2010 (3): 34-38.

高血压合并冠心病患者的临床治疗需要控制血压,降低血脂,在治疗的时候不要摄入油腻辛辣的食物[3]。临床上常用利尿剂、血管紧张素转换酶抑制剂、硝酸酯类等药物治疗高血压合并冠心病[4]。高血压合并冠心病的临床发病机制复杂多样,单纯的西医治疗效果不够理想,高血压合并冠心病对中老年健康造成了非常大的危害,对患者的生活质量产生了严重的影响,临床中一直都在寻找可靠有效的治疗方式,临床中可以选择中西结合的治疗方式。

2.2 创建Process-list仿真流程

在工艺流程Process节点下，对双级圆柱齿轮减速器总成进行拆卸并创建动作，根据装配序列规划得出虚拟装配路径并添加零部件Move Activities子工艺，即在工艺流程Process节点下建立.CAT Process扩展文件。图8所示为产品的最初始结构形态，各零部件按照最开始规划好的装配工艺路径和先后顺序进行拆卸。依据确定好的装配顺序装配仿真：下箱体—油阀—油标—小轴装配体—中轴装配体—大轴装配体—上箱盖—新通盖—螺栓M12—M20_GB_FASTENER_BOLT—M20_螺母—透视孔_板—螺栓M12—透视孔。在DELMIA仿真环境中指定各零部件顺序并通过Assembly Process Simulation实现双级圆柱齿轮减速器组件的虚拟装配过程仿真。在创建Move子工艺时，需根据产品的实际装配工位状况确定观察视角、装配顺序以及时间信息，如需修改，可双击Move Activities对已编辑的内容做进一步修改，然后记录。对于装配顺序可以在点击Process后点击PERT进行修改。产品整个装配仿真验证的过程基于“反装”的思路即“可拆定可装”原理，在所有可拆卸零部件都定义好运动路径后，运用“反装”原理，将整个产品的拆卸流程“反转倒置”，单击Reverse the Process，选择Reverse the Entire Process选项，双级圆柱齿轮减速器总成拆卸的逆过程即为装配过程，在Simulation工具条中单击 Process Simulation即可看到装配仿真的装配演示过程，如图8所示。

光电发射光谱分析仪中硅有两个分析通道，两条分析谱线，分别是Si251.6 nm、Si212.4 nm。样品在分析时，每个样品分析两次，观察平均值和极差R。把两条硅分析谱线都保留，可以对两条谱线的分析结果进行比较选优。由于样品表面各个点的硅密度分布不尽相同，每次分析两条硅谱线结果稍微有一些差别，根据极差R大小，标样验证的平均值与标样值接近与否，决定选用哪一条分析谱线的结果。如果只用一条硅分析谱线，则会导致分析误差加大。

 

1—下箱体;2—小轴装配体;3—上箱盖;4—透视孔;5—螺栓M12;6—透视孔_板;7—中轴装配体;8—大轴装配体;9—M20_GB_FASTENER_BOLT;10—油阀;11—螺栓M12;12—油标;13—新通盖;

14—M20_螺母

图8 双级圆柱齿轮减速器总成虚拟装配仿真

2.3 减速箱小部件装配过程的动态仿真

通过系统提供的仿真功能，经仿真验证合理、正确的装配过程，完成干涉和Gantt图分析优化[10]后，导出可作为演示文件的装配工艺文档以及装配过程的视频对现场操作人员进行岗前培训，指导现场装配，加强产品知识传播，以避免错装、漏装，从而提高装配效率。

⑬参见张琳、东艳《主要发达经济体推行“竞争中立”原则的实践与比较》，《上海对外经贸大学学报》2015年第4期。

  

1—轴承盖；2—螺栓 图9 定义好的轴承盖等的路径情况

2.4 干涉分析与优化以及文件输出

本文采用“反装”思路，利用三维数字化工厂仿真软件DELMIA对双级圆柱齿轮减速器进行了可视化装配工艺仿真，模拟和解决装配中可能出现的瓶颈问题，可提前检测到设计缺陷、减少产品的交付周期、提高装配精度和产品质量以及最大限度地降低制造成本。仿真结果表明，为检验产品的可装配性，可在虚拟装配中根据产品设计的外形轮廓、精度等级，最大限度模拟产品实体装配过程，以达到预测干涉进而避免干涉，对工业实体拆装具有极大的实施性和借鉴意义。

DELMIA具有相当强大的碰撞检测功能，在对双级圆柱齿轮减速器的装配过程进行干涉检查时，打开Analyze,单击Clash事件的碰撞检测(Clash Analysis),对process进行干涉分析(Interactive Analysis)，检测过程中，干涉发生时仿真过程自动停止，并弹出分析检测窗口，如图10所示。

  

图10 干涉检测结果

通过干涉检查，发现装配过程中该双级圆柱齿轮减速器组件有不合理的装配情况，分析发现干涉主要发生在两处:1)设计阶段固定轴与箱体间的合理装配，只考虑到能将其稳定地固定，没有考虑到小轴上的垫圈与箱体壁的距离，从而造成垫圈与箱体间发生干涉，干涉值为-1.41，此处可通过调整垫圈在轴上的深度来解决；2)只考虑螺栓固定连接上下箱体的轴承套的孔径，而双级圆柱齿轮减速器的螺栓孔深度不够，就会使得用来固定减速器的从动齿轮螺栓与双级圆柱齿轮减速器壳产生干涉，所以此处可增加垫片厚度，从而间接增大深度，或直接加大螺纹孔深度来解决可能会产生的干涉问题。

2.5 甘特图分析与优化

[2] LIU Xinhua, LIU Youhui, LI Qi.Virtual assembly and simulation of vibration sieve based on a human-Interface environment[J]. Procedia Engineering, 2011,15:2988-2992.

  

图11 Gantt图中每个动作所消耗的时间

对Gantt图进行分析，双级圆柱齿轮减速器装配共耗时148.2s，为了提高产品的装配效率、体现并行的设计思想，需对产品装配顺序进行调整，使减速器左侧和右侧的零部件同时进行装配，即两侧螺栓、螺母、螺钉和轴承盖的装配同时进行，图12(a)所示为两侧螺栓、螺母、螺钉和轴承盖未并行前所消耗的时间，共耗时51.6s，图12(b)为通过并行思想使减速器两侧螺栓、螺母、螺钉和轴承盖同时进行装配优化后的装配周期，共耗时25.8s。对优化后的Gantt图(图13)进行分析可知，总装配周期为122.4s，相比优化前缩短了25.8s。进一步分析发现，双级圆柱齿轮变速器传动轴安装总耗时55.4s，这部分耗时长的原因在于下箱体内壁厚度过大从而导致留给传动轴的装备空间得不到保证，此部分属于装配瓶颈工位。因此在保证结构强度的情况下合理调整箱体的壁厚，以达到优化装配工艺的目的。

  

图12 Gantt图中优化前后所消耗的时间

  

图13 装配时间优化后的Gantt图

按照流水线作业的要求对双级圆柱齿轮减速器各个小部件进行装配仿真。本文以轴承盖部件为例，该部件包含轴承盖和6个螺栓。在对轴承盖进行装配时考虑其与上下箱体之间的配合情况，先定义轴承盖的路线，其次是螺栓的路线，定义好的螺栓等部件的路线情况如图9所示，即在装配过程中先安装轴承盖，紧接着用螺栓来固定。其他所有零件的路径定义都采用同样的方法。

3 结束语

在虚拟装配技术中，通常对虚拟仿真过程进行静态和动态干涉检验[9]，以便判断装配路径和顺序的有效性，并对不合理之处进行调整完善。干涉碰撞在实际装配中是不允许发生的。双级圆柱齿轮减速器总成是汽车的重要组成部分，需保持精确的传动比，因此对其装配进行干涉检测是很有必要的。

水利工程的建设，积极推进全面质量管理，采用先进的质量管理模式和管理手段，科学技术和先进的施工技术的推广，利用科学的方法和科技的力量降低工程的材料成本，提高工程质量。施工企业要实施全面质量管理，建立健全质量保证体系，制定和完善岗位质量标准、质量责任和考核办法，实施质量责任制。在施工过程中加强质量检查工作，认真落实“三项制度”，全过程的控制，对项目的质量，关系到企业的前途和命运，是水利水电施工企业基于国内外市场抓住关键。

参考文献：

本文三维模型由SolidWorks创建，保存成.CAT Product中间格式，在制造的数字化处理DPM-APS(assembly process simulation)环境下，将.CAT Product格式的模型导入DELMIA产品列表中(即双级圆柱齿轮减速器组件)，如图7右侧所示，然后对其进行动态仿真装配，体现设计装配一体化；在资源结构的创建上，为简化起见，DPM中的资源不包括如工作台、工具、机器设备以及其他静态的环境设施，在Resources-list节点下插入仿真所需的资源，如创建工作台(workbench)和地板(plant floor)；最后是工艺结构的创建，根据“反装”原理，对双级圆柱齿轮减速器进行虚拟装配过程仿真，依次记录双级圆柱齿轮减速器的拆卸过程，并创建产品各零部件的工艺节点，将工艺顺序通过反置拆卸，依次完成装配过程。双级直齿圆柱齿轮减速器装配过程的PPR结构树形式如图7左侧所示。

甘特图(Gantt图)主要以图示的方式通过活动列表和时间刻度形象地表示出每一个工位的活动顺序与持续时间，编制出其产品生产计划、确定合理的瓶颈工位以及调节生产周期。单击Gantt图标，如图11的装配时序图自动弹出，图11(a)的表格表示出了每个动作所消耗的时间及其起始时间，图11(b)为每个动作所耗时间相对应的条形图。

[5] 吴见.基于DELMIA的十字万向联轴器虚拟装配技术研究与应用[D].合肥:合肥工业大学,2016：22-23.

[4] WU Weijiang. Research and application on virtual assembly technologies of aircraft based on DELMIA[J].Journal of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2008(5):7-8.

[3] 盛选禹,盛选君.DELMIA人机工程模拟教程[M].北京:机械工业出版社，2009.

本文以沪深A股高技术上市公司为研究对象，高技术企业的判断依据为公司披露的高技术企业认定公告与复审公告，时间跨度为2011～2017年。剔除ST、∗ST以及数据缺失公司后，得到共计3766个研究样本。为消除极端值影响，对连续性变量进行了1%水平的缩尾处理。数据来源于WIND数据库。

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[7] 王帅,曹岩,刘红军.基于DELMIA的机翼装配工艺规划研究[J].工程设备与材料,2017(4):129-130.

EPIC (erosion-productivity impact calculator)模型可以在多种气候情景、环境状况和管理制度下模拟上百种作物生长过程和产量。该模型由美国农业部自20世纪80年代提出以来,经过发展和完善,已经得到很好的应用。Cavero等使用EPIC模型成功模拟了大田加工番茄的生长和氮素吸收动态[11]。本研究以设施番茄为研究对象,尝试利用EPIC模型的作物模块,构建寡日照天气条件下的设施番茄生长模型,基于模型模拟的结果明确设施番茄生长对寡日照天气的响应过程,为设施番茄环境调控策略的优化提供理论依据和技术支持。

[8] HU B, MA L, ZHANG W, et al.Can virtual reality predict body part discomfort and performance of people in realistic world for assembling tasks?[J]. International Journal of Industrial Ergonomics,2011,41(1):64-71.

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Spring comes earlier and rapidly gets warm, less rain in summer and longer autumn.