根據零件實物樣品進行測量，按照反求工程(RE)要求由測蹙數據完成零件的三維CAD建模，在工程實踐中具有廣泛的用途，這也就是通常所說的基于實物的反求工程。裝配體反求是指對機構的裝配模型的反求。而虛擬裝配(Virtual Assembly，VA)是指利用計算機工具，通過分析、預測產品模型，對產品進行數據描述和可視化，做出與裝配有關的工程決策，而不需要實物產品模型作支持。在反求工程中應用虛擬裝配對零件模型進行分析并修正，以實現產品功能。

　　1 裝配體反求

　　基于實物的反求分為單個零件的反求和裝配體的反求。依據實物的反求實際上就是一個產品數字化的過程，與傳統正向設計最大的區別在于：正向設計是由設計人員根據想要實現的機構功能依據設計原理經過一系列的設計活動后得到新產品;而反求設計是依據測量數據在三維設計軟件中建模來逼近原型，其CAD建模以實物模型作為建模依據，造型所需的所有信息如輪廓形狀、曲面劃塊、曲面類型、以及CAD建模所需的點、線、構圖平面等都依賴設計人員去分析發現，并通過測量去獲取，并且其裝配關系也是不確定的，需要設計人員通過分析去確定并最后得到能實現其功能的產品。

　　裝配體反求不僅要依據裝配體各零件的測量數據來反求出構成裝配體的各零件的三維模型，還要反求出機構中各零件之間的裝配關系以及裝配體中運動零件的行程等，當零件有復雜內腔時還要反求出其未知型腔，這樣才能求出完整的裝配模型。

　　在裝配體反求中，首先要將裝配體分解成零件組，在零件分解的基礎上再對單個零件進行三維CAD建模并生成零件間的裝配關系。零件分解不僅為裝配體分析提供依據也對整個建模過程提供了重要的輔助決策。裝配體的部分零件裝配關系如銷聯接，平面對齊等可直接通過零件分解得到，但對于裝配體內部零件的裝配關系則難以直接獲取，需要借助于虛擬裝配來加以分析并確定。

　　總的來說，裝配體是由多個零件裝配構成的，對它的反求不僅要考慮對單個零件的結構形狀反求，而且要更多地考慮對零件之間的裝配關系反求，基于裝配的思想要貫穿于裝配體反求設計的全過程。

　　2 反求工程中的虛擬裝配

　　一般正向設計主要采用自上向下的設計方法來實現機械產品的設計，也就是先由產品的功能設計出裝配體，之后再設計裝配中的各零件。而對于裝配體的反求來說，雖然是已經有了裝配體實物做基礎，但各零件的裝配關系并不能完全確定，故在反求設計時先要以各零件的測量數據為依據來進行模型重構，然后再通過虛擬裝配來求出完整的裝配體，因此采用的是自下向上的設計方法，即先在CAD軟件的零件模塊中構造各個零件的三維模型，然后在裝配模塊中建立零部件之間的鏈接關系，并是通過配對條件在零部件之間建立約束關系來確定零部件在產品中的位置。

　　虛擬裝配是一種零件模型按約束關系進行重新定位的過程，是有效的分析反求產品設計合理性的一種手段。其功能有：

　　(1)沖突檢測，即指組成裝配體的零部件進行集合上的干涉檢查，這里的檢查包含有零部件在裝配體的靜態空間位置的相交性，也包含零部件在構成裝配體的裝配過程中在空間上的集合干涉，并通過虛擬裝配來進一步分析確定裝配體零件之間的裝配關系。

　　(2)間隙檢測，即指組成裝配體的零部件進行間隙距離檢查分析，包含零部件之間的裝配間隙及零部件特征之間的間隙距離檢測。

　　(3)未知型腔求解，指對于測量難以得到形狀特征的內腔等通過虛擬裝配確定其形狀。

　　(4)裝配關系分析及確定。指通過虛擬裝配求解不完整的裝配關系，并最終得到完整的裝配模型。

　　零件虛擬裝配是通過定義零件模型之間的裝配約束來實現的，也就是在各元件之間建立的一定的鏈接關系，并對其進行約束，從而確定各零件在空間的具體位置關系。可以這樣說，零件之間的裝配約束關系就是實際環境中零件之間的設計關系在虛擬環境的映射。故如何定義零件之間的裝配約束關系是零件虛擬裝配的關鍵。

　　虛擬裝配是在虛擬環境中根據零部件的約束關系、裝配層次和零部件在虛擬空間的位置和姿態關系，實時、交巨地進行約束識別、定位，使零部件在滿足所有約束的基礎上精確地到達最終的裝配位置。具體在反求設計中表現為依據現已獲取的約束關系對裝配體各零件進行虛擬裝配，通過干涉及間隙檢測實時交互的進行模型修改、約束識別、約束關系分析及確定。

　　反求工程中虛擬裝配的最終目的是要得到完整的裝配模型，此裝配模型包含裝配體中各零件信息模型和裝配信息模型，并保證該機構能實現原裝配體機構的實際工作功能。

　　3 應用實例

　　現以一車鉤機構的反求為例，介紹虛擬裝配在車鉤裝配體反求中的具體應用。在本反求工程的應用中，以Pro/E軟件作為建模平臺，采用自底向上的模式對裝配體進行反求設計，對每個零部件分別進行實體建模，然后進行虛擬裝配。

　　零件建模前，首先進行零件結構分析，按照特征的主次關系，選用合理的順序進行建模。雖然不同的建模順序可以構造同樣的實體，但不同方法構造出來的實體卻具有不同的穩定性和町修改性。通常零件越復雜，其穩定性與可修改性就越差，在技術可能的情況下，應盡量簡化實體特征結構。在實體建模過程中，應盡量使用單個體素。

　　Pro/E軟件具有單一數據庫的特性，在虛擬裝配中，零部件的幾何體是被裝配利用，而不是復制到裝配中。因此不管如何編輯零部件和在何處編輯零部件，整個裝配部件保持關聯性，如果修改某個零件，則引用它的裝配件自動更新，反映零部件的最新變化。

　　車鉤機構包括有鉤體、鉤舌、鉤鎖鐵、推鐵、下鎖銷、下鎖銷杠六個主要零件，其反求步驟如下：

　　(1)應用Pro/E的Part模塊，在Pro/E里導入各零件測最數據，并以此為依據對各零件進行模型重構;漠剖西構過程中應遵循零件在裝配體中的約束關系，如兩平行面之間的距離約束，相鄰平面的位置約束;曲面重構時要考慮到零件裝配輪廓的貼合、共線等要求。

　　(2)應用Pro/E的Assembly模塊，根據車鉤三態各零件位置關系對車鉤各零件模型進行裝配。首先是在裝配模塊中確定合理的裝配約束，將各零件按車鉤閉鎖、開鎖、全開三個狀態進行靜態裝配，即按照各零件的裝配約束將各零件組裝起來，由于鉤體的內腔形狀較復雜，難以直接由測量得到其完整的形狀特征數據，但根據鉤舌、鉤鎖鐵、推鐵、下鎖銷在三態下與鉤體之問的相互位置父系，以及各零件的工作作用所決定的運動極限范圍即可求解出內腔的形狀，如圖1所示。

　　圖1 內腔形狀

　　(3)在以上三種狀態下分別應用Pro/E的全局干涉分析各零件模型問的干涉情況，并應用間隙檢測和距離、角度等測量分析各零件模型的準確性，對于以上槍查發現的問題，消除零件模型之間的干涉并對零件進行修改，使其符合裝配體的功能要求。如下鎖銷和下鎖銷桿在閉鎖狀態下互相干涉，測量分析發現是下鎖銷桿的模型尺寸偏大造成，那么在此裝配狀態下測量出其干涉大小并依此進行模型修改，過程如圖2、3所示。

　　圖2 有干涉狀態                                    圖3 干涉消除狀態

　　在確保各零件能正常工作且滿足原設計功能要求的情況下，可對部分零件進行修改，優化設計模型，以便于各零件及整個裝配體工程圖的生成。

　　(4)由于鉤鎖鐵、下鎖銷及推鐵都是在鉤體內腔內活動，在非破壞性的零件分解時無法獲知它們在內腔中的裝配關系，但通過虛擬裝配能清晰直觀的得到在三態下它們的相互裝配關系。

　　4 結語

　　通過將虛擬裝配應用于裝配體反求工程中，能夠求解出復雜零件的未知結構和內腔空間范圍等，而且能通過實時交互調整各零件的位姿，以確定裝配體零件間的裝配關系及運動限制，可在制造前對裝配體的功能和可裝配性進行評價，從而達到縮短反求產品設計和制造周期，降低反求產品開發成本，并提供產品快速響應市場變化的能力。