【摘 要】本文针对复杂机械产品结构特点，提出一种基于UG NX、DE和Quest3D的发动机虚拟拆装实现方法。基于UG NX完成发动机整机设计，完成了不同软件平台之间数据格式转换问题，构建发动机虚拟场景，设置运动阻尼，完成基于键盘和GUI的发动机虚拟拆装。装配仿真表明，该系统具有较好的沉浸感。
【关键词】高工论文发表,Quest3D,虚拟装配,发动机,拆装
Virtual Disassembly and Assembly System of Engine Based on Quest3D
CHEN Yang ZHONG Xiang-qiang SU Hou-ren
(School of Mechanical & Automotive Engineering， Anhui Polytechnic University， Wuhu Anhui 241000，China)
【Abstract】According to the structure characteristics of complex mechanical product， and a method for virtual assembly of engine based on UG NX， DE and Qeust3D was proposed. Entire engine design was finished in UG NX， it finished data format transformation for different software platforms， virtual scene of engine was built， motion damping was set up， virtual disassembly and assembly of engine was finished based on keyboard and GUI. Assembly simulation shows that the system has a good sense of immersion.
【Key words】Quest3D;Virtual assembly;Engine;Disassembly and assembly
0 引言
虚拟装配作为虚拟现实技术的重要组成部分，近年来得到学术界和工业界的广泛关注，是近年来重要的研究方向之一。利用虚拟装配技术，可以验证产品零部件之间的正确装配关系及操作正确与否，以便及早的发现装配和设计中的问题，修改模型，提高装配质量和有效解决难以用物理模型解决的技术问题等[1-2]。
文中介绍了Quest3D软件、发动机模型信息的转换和基于Quest3D的发动机虚拟拆装过程。通过装配仿真，证明了该系统具有较理想的沉浸感和反应速度，为产品的装配提出了一种新的技术手段。
1 Quest3D简介
Quest3D具有一套快速制作模组流程，利用Drag&Drop拖拉方式将互动行为模组赋予在适当的角色或物件中，以流程图方式决定模组执行顺序，不需要强大的程式语言基础就可以做出满意的成品和意想不到的效果。在Quest3D里，所有的编辑器都是可视化和图形化的，真正所见即所得 [3-4]。
Quest3D软件打开的界面如图1所示。
图1 Quest3D界面
2 基于Quest3D发动机虚拟拆装及发布
2.1 将collada(.dae)模型导入Quest3D并设置阻尼
通过在UG NX中完成发动机所有零部件的装配，接着对发动机模型格式进行转换。应用Deep Exploration(DE)软件来对NX建立的.prt模型进行转换，而dae格式对于Quest3D软件支持较好，所以最好选择转换成*.dae格式来进行虚拟拆装。
其次，将导出的dae模型放在一个文件夹内，打开Quest3D软件，然后将事先转换好的发动机dae文件全部导入，调整好模型的大小和位置。如果将发动机整机导入DE软件，然后再逐个导出发动机零件，这样在导入Quest3D时默认位置即是装配状态。
值得注意的是，导入的零件在Quest3D中信息并不是在一起的，如图2所示，因此，需要将各个零件的信息复制到同一个StartGroup下，然后进行编辑。
图2 导入到Quest 3D中零件信息
2.2 设置阻尼――让动作慢一点
如果仅仅简单的将模型导入后实现拆装，其拆装速度比较快，达不到所期待的效果，因此，需要设置阻尼。阻尼的力学模型一般是一个与振动速度大小成正比，与振动速度方向相反的力。阻尼能模拟空气，水等流体对振动的阻碍作用。在Quest3D中，Value，Vector与Matrix都有相对应的阻尼可以使用。
将零件的位置矩阵信息中Value值删除后，添加Inertia模块，并赋予Value值。这样就给一个零件设置阻尼，不过这个阻尼只对动态的物体才有效果，对于静态的物体没有效果。其中Damping值可以更改，当Damping值越小时，阻尼越大。
2.3 虚拟拆装的实现
2.3.1 通过键盘实现拆装
用键盘实现发动机拆装时，其实就是改变发动机零部件的位置矩阵信息。当点击某个键时，即外设触发了程序，系统就会自动的把事先设置的Value值赋予给零部件的位置矩阵。这样发动机零部件的位置信息就会改变，从而实现发动机拆的过程。类似地，当按动另一个按键时，系统将原来零件的位置矩阵信息重新赋给发动机零件。这样就实现了零件的装配过程。以此类推，可以依次给发动机各个零部件设置拆装程序，就能实现键盘控制的发动机拆装过程[5-6]。 因为发动机包含的零部件较多，而实现一键对应一个零部件的拆装可能性不大，而且也很繁琐。通过对发动机整机的分析，系统将发动机零部件分为十个部分，从现实的角度出发，将每个部分分别放在不同的位置，便于装配，用二十个键完成控制其拆装。具体分配如下：
用Q键控制带轮、带轮螺丝、发电机骨架、发电机V带、发电机总成的拆开，用A键控制其装配;用W键控制空调总成、空调V带、空调支架、起动机、起动机螺丝的拆开，用S键控制其装配;用E键控制进气管、排气管、配电器总成、上箱盖、上箱盖螺丝的拆开，用D键控制其装配;用R键控制水泵、凸轮轴齿轮、凸轮轴垫片、凸轮轴键、张紧轮、正时皮带的拆开，用F控制其装配;用T键控制密封水套、上箱体螺钉、凸轮轴、凸轮轴卡环、缸盖的拆开，用G键控制其装配;用Y键控制机油泵、机油滤清器、油标尺、油管、油底壳的拆开，用H键控制其装配;用U键控制活塞连杆的拆开，用J键控制其装配;用I键控制飞轮螺丝、飞轮、机油封支架总成、曲柄轴齿轮、曲柄轴键的拆开，用K键控制其装配;用P键控制曲柄轴卡套、曲柄轴成套、曲柄轴的拆开，用L键控制其装配;用Z键控制汽缸套的拆开，X键控制其装配。
2.3.2 通过GUI实现拆装
为实现GUI控制模式，需要制作按钮和下拉菜单。系统中设置了两个按钮，分别实现拆开和装配功能。下拉菜单中的选项是根据发动机的几大部分来设置的，通过[GUIContainer]、[ComboBox]和两个 [GUI]Channel元件来实现。图3展现出了GUI程序部分，图4为最终拆装效果图。
图3 GUI控制拆装程序
图4 拆装效果图
2.3.3 拆装档案发布
Quest3D提供了5种输出格式，要注意输出的路径应该是英文路径，Quest3D无法识别中文路径。
3 结论
解决了Quest3D软件与CAD系统模型的转换问题，通过在Quest3D中建立虚拟拆装场景，对发动机模型进行贴图，添加灯光、相机、模型自发光等处理，然后进行拆装程序的开发，利用外设实现了发动机整机的拆装过程，更直观的发现发动机在拆装过程中存在的问题，取得了一定的沉浸感。
【参考文献】
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[3]路朝龙.Quest3D从入门到精通[M].北京：中国铁道出版社，2012：1-30.
[4]黄俊铭，艾伯特电通.Quest 3D黑皮书――从入门到精通[M].台北：上奇资讯，2010：16-99.
[5]李磊磊.基于Quest3D虚拟装配技术的研究[D].兰州：兰州理工大学，2011.
[6]杨艳红，钟相强，陈洋，等.基于Quest3D工业产品虚拟装配研究[J].机械设计，2013(09)：97-100.
[责任编辑：薛俊歌]
※基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目(201210363116);安徽工程大学2014年校级本科教学质量提升计划项目(2014jyxm16);省级大学生创新创业训练计划项目(AH201310363286)。
