一種基于delmia的電纜維修仿真的工程實踐方法
【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仿真平臺中建立虛擬維修環(huán)境；設(shè)計電纜接頭的拆卸路徑，建立電纜接頭的運動動作；沿著電纜接頭的拆卸路徑，在電纜模型上設(shè)置不同的控制點實現(xiàn)電纜的柔性活動；規(guī)劃手部抓取接頭的運動軌跡，建立人體手部的維修動作；將仿真分段處理，實現(xiàn)電纜接頭、電纜和人體模型這三個仿真對象的時空同步。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，無法表現(xiàn)電纜的柔性體，更無法進行柔性體交互式操作仿真的局限性，模擬實現(xiàn)了電纜的復(fù)雜運動，可發(fā)現(xiàn)電纜在維修中存在的問題，以改進電纜的維修性設(shè)計。
【專利說明】一種基于DELMIA的電纜維修仿真的工程實踐方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實技術(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踐方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電纜是飛機、導(dǎo)彈、艦船、汽車等機電系統(tǒng)中最重要的一類部件，據(jù)統(tǒng)計，電纜類零件的故障率占到總故障率的20%。在實際工程中，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)，能見到大量的電纜，這些電纜布線非常復(fù)雜，其設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到整個產(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)計納入其設(shè)計考慮的范疇，但一直以來缺少有效的輔助設(shè)計手段。
[0003]目前常用的電纜設(shè)計方法是模裝法和模板法，這兩類方法均不利于開展復(fù)雜機電系統(tǒng)布局的總體規(guī)劃，有發(fā)現(xiàn)問題晚不便修改，開發(fā)周期長，成本大的缺點。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于電纜的設(shè)計中，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)計早期就考慮電纜的布局問題，同時利用虛擬維修仿真技術(shù)可以模擬電纜的復(fù)雜運動，發(fā)現(xiàn)電纜在維修中存在的問題，以改進電纜的維修性設(shè)計。
[0004]而柔性電纜在虛擬環(huán)境下的仿真比剛體更為復(fù)雜，運動也具有極大的不確定性。目前在虛擬仿真環(huán)境下，數(shù)字樣機往往只有剛形體的三維模型，而無法表現(xiàn)電纜等柔性體，更無法進行電纜等柔性體交互式仿真操作。這樣，得到的仿真結(jié)果往往不能對實際操作產(chǎn)生較好的指導(dǎo)效果。
[0005]DELMIA是一款數(shù)字化企業(yè)的互動制造應(yīng)用軟件。DELMIA向隨需應(yīng)變(on-demand)和準(zhǔn)時生產(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)品上市時間，同時降低生產(chǎn)成本、促進創(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DELMIA 二次開發(fā)的基礎(chǔ)上對電纜進行靜態(tài)建模和動態(tài)仿真，實現(xiàn)電纜插拔、整理、拖拽同步運動仿真，以達到在研制階段早期就能盡早發(fā)現(xiàn)電纜維修性設(shè)計中的問題。
[0007]本發(fā)明一種基于DELMIA的電纜維修仿真的工程實踐方法，通過如下步驟實現(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、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)計電纜接頭的拆卸路徑，仿真電纜接頭的運動；
[0011]步驟四、仿真電纜的柔性活動，具體是:在電纜模型上選擇合適的位置設(shè)置多個控制點，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控制點，來完成電纜的位置移動，并保存電纜運動的關(guān)鍵幀；
[0012]步驟五、規(guī)劃手部抓取接頭的運動軌跡，仿真人體手部的維修動作；
[0013]步驟六、將仿真分段處理，實現(xiàn)電纜接頭、電纜和人體三個仿真對象的時空同步，具體是:
[0014]首先，確定電纜接頭移動的總距離，并將電纜接頭的拆卸路徑進行合理的分段；
[0015]然后，對每一段路徑進行時空同步處理，并生成動畫幀，具體是:對每一段路徑建立一個process節(jié)點，在該process節(jié)點下添加三個并列的activity子節(jié)點，將步驟三?五中生成的對應(yīng)路徑分段中的電纜接頭的運動、電纜的運動和人體的運動添加到相應(yīng)的activity子節(jié)點下,并使三種運動持續(xù)的時間保持一致。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于:本發(fā)明通過采用對DELMIA軟件中的模塊進行二次開發(fā)，通過設(shè)置控制點，實現(xiàn)了電纜柔性活動，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動，電纜柔性運動以及人體運動的仿真，再通過對電纜接頭運動路徑的合理劃分，以其為引導(dǎo)，實現(xiàn)了人體模型控制電纜接頭帶動電纜的同步運動。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，無法表現(xiàn)電纜的柔性體，更無法進行柔性體交互式操作仿真的局限性，并且采用通過對路徑的分段控制的方法，實現(xiàn)了人體拆卸電纜的時空同步運動，保證了虛擬仿真的精確性和真實性。利用電纜的維修性仿真可以模擬電纜的復(fù)雜運動，發(fā)現(xiàn)電纜在維修中存在的問題，以改進電纜的維修性設(shè)計。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為電子樣機數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程；
[0018]圖2中，A和B為電纜接頭運動路徑設(shè)直的不意圖；
[0019]圖3中，A和B為電纜柔性運動的示意圖；
[0020]圖4為人體維修動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為人體手部通過接頭移動電纜同步仿真的示意圖；
[0023]圖7為本發(fā)明實施例中電纜連接的示意圖；
[0024]圖8為本發(fā)明實施例設(shè)備艙虛擬仿真環(huán)境示意圖；
[0025]圖9中，A、B和C為人體擰拔電纜時空同步運動的仿真截圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
[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，對柔性電纜仿真模塊進行二次開發(fā)，深入研究DELMIA中的不同仿真模塊的同步配合，實現(xiàn)了電纜的柔性運動，在此基礎(chǔ)上，通過合理規(guī)劃電纜接頭的運動路徑，首先完成電纜接頭的仿真動作，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動軌跡，完成電纜接頭剛性運動、電纜的柔性活動以及人體的運動，并實現(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態(tài)行為以及電纜仿真的精確性和真實性，可以對電氣組件的維修可達性、電纜動態(tài)干涉、維修人員的姿態(tài)等進行分析，發(fā)現(xiàn)電纜維修性設(shè)計中的問題，為提出裝配設(shè)計的優(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。然后通過規(guī)劃電纜接頭的運動軌跡，利用DELMIA的仿真模塊，完成電纜接頭運動，接著以電纜接頭為引導(dǎo)，在電纜接頭的運動軌跡基礎(chǔ)上，規(guī)劃柔性電纜和人體的運動軌跡，完成電纜和人體的建模與運動仿真，并在此過程中通過將電纜接頭運動軌跡合理劃分，分段完成電纜接頭，柔性電纜和人體運動的同步運動，以達到人體模型精確而真實地控制電纜接頭帶動柔性電纜運動。
[0030]本發(fā)明是基于DELMIA的電纜維修仿真的工程實踐方法，具體實施步驟如下:
[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]首先檢測故障點，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。在計算機中導(dǎo)入并顯示產(chǎn)品虛擬樣機、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中間格式互相轉(zhuǎn)換。具體的樣機生成過程如圖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，將模型簡化成幾塊并對有關(guān)操作的對象顏色等屬性進行更改。然后將處理好的Product格式文件的產(chǎn)品虛擬樣機、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仿真平臺中，并通過設(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)計電纜接頭的拆卸路徑，建立電纜接頭的運動動作。整個電纜的維修仿真過程的動態(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、放置等仿真動作通過DELMIA仿真平臺中DPM模塊下的Assembly Process Simulation (APS)子模塊來實現(xiàn)。
[0037]首先根據(jù)需求設(shè)置電纜接頭的拆卸的運動路徑；然后根據(jù)設(shè)置的拆卸路徑建立接頭的運動動作；最后根據(jù)需要調(diào)整修改電纜接頭的路徑生成新的動作，如圖2的A和B所示，是生成電纜接頭拆卸仿真的兩個示意圖，圖中白色的線表示電纜接頭拆卸的運動路徑。
[0038]步驟四、在電纜模型上設(shè)置控制點，實現(xiàn)電纜的柔性活動。
[0039]規(guī)劃電纜跟隨接頭運動的軌跡，然后在電纜模型上選擇合適的位置，設(shè)置多個不同位置的控制點，按距離電纜接頭從后往前的順序沿軌跡逐步移動控制點，完成電纜的位置移動，并保存電纜運動的關(guān)鍵幀，將它們串聯(lián)起來，通過部分剛性整體柔性的方法來實現(xiàn)電纜從剛性到柔性運動的仿真，如圖3所示的A和B所示，為電纜位置移動的示意圖。
[0040]步驟五、規(guī)劃手部抓取接頭的運動軌跡，建立人體手部的維修動作。在實際設(shè)備維修中，維修人員對電纜進行維修操作時，需要體現(xiàn)人體手部的精細動作，本發(fā)明通過合理規(guī)劃手部抓取接頭的運動軌跡，來實現(xiàn)人體維修電纜的手部動作。[0041]人體的維修動作通過DELMIA仿真平臺中Human Task Simulation模塊來實現(xiàn)。
[0042]首先規(guī)劃手部抓取接頭的運動軌跡，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，以正確的姿勢抓住接頭并轉(zhuǎn)動手腕，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，先使用工具拆卸緊固件，然后擰松接頭。仿真動作有Walk Activity (行走)、MoveToPosture (姿勢調(diào)整)、Pick Activity (拾取)等。
[0043]步驟六、實現(xiàn)步驟三、四和五的三個仿真對象的時空同步。
[0044]步驟三、四和五分別說明了電纜接頭、電纜和人體模型這三者動作的生成方法，它們在DELMIA不同的子模塊下創(chuàng)建的，為了實現(xiàn)實際虛擬維修仿真中人體操作接頭帶動電纜運動的目標(biāo)，需要將仿真分段處理，來實現(xiàn)三個仿真對象的時空同步，如圖5所示。圖5中表明，先規(guī)劃拆卸電纜接頭的運動路徑，建立電纜接頭運動動畫，如步驟三所示；然后規(guī)劃電纜跟隨電纜接頭運動的軌跡，建立電纜運動變形動畫，如步驟四所示；規(guī)劃人體手部抓取電纜接頭運動軌跡，建立人體手部及相關(guān)肢體運動動畫；最后通過合理的分段處理將三者結(jié)合，實現(xiàn)柔性電纜虛擬維修仿真動畫。
[0045]分段處理首先要確定電纜接頭移動的總距離，然后根據(jù)距離的長短將電纜接頭的拆卸路徑劃分每段的長度，長度劃分的越精細，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，因此選擇一個合理的長度劃分很重要，長度劃分是根據(jù)電纜的實際長度以及電纜移動的距離來確定，可由用戶自己定義或者根據(jù)經(jīng)驗值設(shè)置。
[0046]劃分完仿真階段后，就要為每個階段生成動畫幀，方法是往process節(jié)點下添加activity節(jié)點。然后按照前面的方法為每段生成接頭、電纜、手部的運動，并將它們放在activity節(jié)點下面，并進行調(diào)整使三者持續(xù)的時間保持一致。完成了上一段的仿真，下一段的仿真就按照相同的方法實現(xiàn)，實際仿真效果如圖6所示，圖6的A和B是人手拿取接頭牽引電纜運動的仿真示意圖。
[0047]實施例
[0048]以一種航空飛行器設(shè)備艙中的電氣控制裝置為例說明，該電氣控制裝置用來為其他用電設(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。
[0049]圍繞設(shè)備艙中的電氣控制裝置展開布線需求分析，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、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)計電纜接頭的拆卸路徑，仿真電纜接頭的運動； 步驟4:仿真電纜的柔性活動，具體是:在電纜模型上選擇合適的位置設(shè)置兩個以上的控制點，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控制點，來完成電纜的位置移動，并保存電纜運動的關(guān)鍵幀； 步驟5:規(guī)劃手部抓取接頭的運動軌跡，仿真人體手部的維修動作； 步驟6:將仿真分段處理，實現(xiàn)電纜接頭、電纜和人體三個仿真對象的時空同步，具體是: 首先，確定電纜接頭移動的總距離，并將電纜接頭的拆卸路徑進行分段； 然后，對每一段路徑進行時空同步處理，并生成動畫幀，具體是:對每一段路徑建立一個process節(jié)點,在該process節(jié)點下添加三個并列的activity子節(jié)點,將步驟3?5中生成的對應(yīng)路徑分段中的電纜接頭的運動、電纜的運動和人體的運動添加到相應(yīng)的activity子節(jié)點下，并使三種運動持續(xù)的時間保持一致。
【文檔編號】G06T17/00GK104008256SQ201410265662
【公開日】2014年8月27日 申請日期: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 申請人:北京航空航天大學(xué)