4．2 逻辑架构
图3 逻辑架构
数字样机平台是一种支持多用户的虚拟设计环境，能够提供给用户交互式输入、大范围视野的高分辨率、高质量的立体影像。典型数字样机平台的逻辑架构，如图3所示。数字样机平台包括仿真管理系统、仿真应用系统和虚拟现实系统。仿真管理系统为复杂产品数字样机仿真应用提供数据管理及协同管理，仿真应用系统通过配置商l生能图形工作站和专用的数字样机软件，支撑数字样机平台的各项功能。虚拟系现实系统主要包括投影显示系统、图形发生器、中控／系统和VR外设，支撑需具有沉浸式的人机交互式仿真应用。
4．3 功能实现
通过配置数字样机软件及二次开发，实现设计验证与优化、设计协同和维护支持等功能，具体实现，如图4所示。
图4 功能实现
4．3．1 设计验证与优化
(1)装配性验证与优化：通过在数字样机平台中建立与实物样机相似的数字样机，研究人员在虚拟环境中对虚拟产品进行装配，获得产品装配性的相关数据，并对产品的装配性进行分析和评估，验证产品的装配胜能，据此指导或改进产品设计和装配流程；(2)布局合理性验证与优化：以产品为对象，在结构模型的基础上，建立相应的VR模型，通过跟踪器、立体眼镜等VR设备将设计/决策人员融入到VR模型中，沉浸地观察产品结构的布局晴况，验证资源、人员流动的可行性，进而判断布局的合理性，并反馈于设计；(3)维护性验证与优化：针对产品的结构模型，建立相应的VR模型，同时建立维修人员的人体模型，维修设备的资源模型，研究同时考虑这三类模型时对产品系统中可维修厦换设备进行虚拟维修操作，交互、真实地模拟设备维修过程、验证维护活动中操作空间可行性、维护流程的可行性、维修方案合理性；设计人员基此改进没计。
4．3．2 设计协同
(1)产品总体布局与结构可视化：以虚拟现实方式展示的产品总体布局、结构模型，观察者通过佩戴立体眼镜、使用Neowand等VR外设对产品总体布局、结构和功能进行浏览，尽早发现设计的问题并进行改进；(2)产品CAE结果可视化：通过FEA模型、分析结果的云布图、动画过程、等值面／线等方式，向设计者、分析者和决策者沉浸式展示产品的性能，为性能改进、方案决策提供参考；(3)运行体验：基于数字样机仿真软件，根据产品工作原理、工作过程，开发产品可视化系统，展示工作原理，再现工作过程、便于各类人员的理解与交流；(4)综合评审：通过结果展示、场景漫游、运行体验、设计验证与优化和维护支持等功能，为方案评审、综合决策等活动提供支撑。
4．3．3 维护支持
(1)系统培训：基于产品数字样机平台，基于数字样机仿真软件开发产品装配、安装和维护培训系统。通过装配、安装和维护培训系统，装配人员、安装人员和维护人员可在装配、安装和维护实际操作之前进行培训；(2)维护支持：基于产品的故障树，采用维修序列规划方法建立维修任务生成方法。依据生成的维修任务，通过交互式维修仿真对生成的维修任务有效陉进行验证。
5 应用示例
5．1 虚拟装配
基于数字样机平台，利用FOB跟踪Neowand的位姿数据，Neowand作为输入控制设备实现直接操作和系统控制，同时还能进行漫游导航等功能，实现虚拟装配仿真。如图5(a)所示，在虚拟环境中控制器Neowand显示的激光显示器对零件拾取、移动或转动等控制，进行装配过程仿真，最终完成的结果，如图5(b)所示。
图5 人机父互式装配
5．2虚拟实验
基于数字样机平台外开发了破片战斗部威力仿真系统，不仅能够给出破片场中每个破片特征参数和威力参数，以及对特定靶的毁伤情况，而且利用数字样机平台可沉浸式再现破片战斗部威力仿真的宏观过程，即破片场形成、破片飞散、破片作用目标的全过程仿真。破片战斗部威力仿真系统的应用示例，如图6所示。
图6 破片战斗部威力仿真系统
6 结论
(1)虚拟装配关键技术研究：为了真实模拟装配过程，必须考虑人机交互控制、公差、人机功效和零部件的物理特l生等因素对装配过程的影响，更加真实的模拟装配过程；(2)虚拟维修／虚拟培训技术研究：在产品的全生命周期都必须考虑产品维修和使用性能，虚拟维修／虚拟培训技术是解决产品维修性、使用性的设计、评估与培训问题的最有效的技术手段；(3)多领域设计工具集成研究：开展CAD软件、CAE软件和虚拟现实软件等不同领域工具软件集成研究，建立集成方法，为数字样机技术应用奠定基础。
