目前我國家具設計面臨的主要問題是研制的周期較長、部件選材不準確、尺寸設計不精確，設計水平與質量急需提髙，難以滿足現代家具市場的需要，無法在國際市場上占有一席之地。針對家具設計中存在的問題，本文提出引入機械設計領域中新方法、新技術，將虛擬設計技術與家具設計相結合，利用虛擬裝配技術對家具部件進行虛擬裝配和干涉檢驗，對裝配中出現的問題能及早發現并及時解決，在計算機虛擬環境中完成家具產品的開發設計全過程，避免了物理樣機的重復制造，縮短家具設計與制造周期，降低開發成本，為家具產品的設計、開發提供一條新的思路;同時提髙設計師的技術素質，提升設計水平和設計質量。
 

1.虛擬裝配的含義

虛擬裝配是實際裝配過程在計算機上的本質體現，即釆用計算機仿真與虛擬現實技術,通過仿真模型,在計算機上仿真裝配全過程’實現產品的工藝規劃、力口工制造、裝配和調試。從本質上說，虛擬裝配是一種將可視化技術、仿真技術、虛擬現實技術、決策理論以及裝配和制造過程的研究成果加以綜合運用的CAD技術。

2.虛擬裝配的流程

在進行虛擬裝配過程中，首先在虛擬裝配環境VADE(VirtualAssemblyDesignEnvironment)中對產品的裝配過程進行預規劃，提取設計信息，即需要考慮產品零部件之間的層次關系、裝配關系和約束關系，對裝配的可能性和通暢性進行判斷，確定各對象間的公差分配、選擇好裝配順序和裝配路徑。同時在對產品進行虛擬裝配時，將其各部件在空間的運動路徑記錄下來，并在將這些路徑送往CAD系統之前，對其整理優化。在虛擬裝配過程中，干涉檢驗技術也是涉及到的一種相當關鍵的技術。干涉檢驗包括靜態干涉檢驗(可裝配性檢驗）和動態碰撞檢驗（可達性檢驗)。動態碰撞檢驗可通過由裝配路徑等信息形成的虛擬體的方式轉化為靜態干涉檢驗而實現；靜態干涉檢驗首先檢查零件的包容體的干涉情況，如無干涉則一定可裝配，否則通過公差分析來檢查零件的干涉情況，干涉檢驗問題關鍵之一是如何減少計算量。圖1所示為虛擬裝配流程以及各部分內容間的關系，由圖可知，虛擬裝配首先從規劃設計信息開始，其次到部件特征建模，再到虛擬裝配，最后是干涉檢查和生成爆炸視圖，優化裝配順序和路徑等，值得注意的是這一流程是不斷反復的。
 

1.虛擬裝配的內容

(1)可裝配性分析

虛擬裝配的第一階段是可裝配性分析，它是對現實生活中真實的裝配過程進行仿真。可裝配性分析主要是檢查裝配關系、靜態/動態模擬復雜裝配體裝拆工藝過程的可行性;驗證裝配序列、路徑的可行性，分析最佳裝配次序、得出最優裝配路徑；裝配設計與操作的誤正分析，利用干涉檢查功能驗證裝配體中部件與部件之間、部件與其它工具之間的干涉關系，以便及時發現裝配中存在的問題。

(2)裝配精確度分析裝配精度分析的基本法則是“釆用公差分析技術系統，在產品裝配模型基礎上，確立裝配公差分析系統，提供尺寸鏈計算、分析尺寸敏感度，提供分組選配計算分析、調整量和補償量定量分析等功能”裝配精性分析主要是驗證產品部件的裝配精度;預測在產品部件裝配前由于裝配方法的影響和部件制造公差的存在，可能導致產品的變動（偏離最初的設計意圖);在裝配過程中發生裝配干涉時，分析導致問題的原因，并給出具體干涉數值，為修改提共參考依據。

2.虛擬裝配的主要問題

(1)裝配語義的識別語義識別的前提是語義解算，即只有在該語義已被識別的情況下才有可能被操作者認定，并進行語義解算。裝配語義識別是指將虛擬環境中裝配對象的屬性進行匹配，從中識別出基本構成部件間的裝配語義關系，從而實現用戶交互意圖的撤足。在SolidWorks系統中，通常的裝配語義主要有配合關系、層次關系、動作、麻規則與尺寸（參數）等等。這些裝配關系（語義）所對應的是工程中通常遇到的孔/銷/圓柱連接、孔螺/螺栓母連接以及螺釘/螺孔連接等其它多種連接。裝配語義實現的條件主要有：一是部件的裝配方向性，對于一個裝配體來說，任何部件都有裝配方向，即空間中所對應的位置關系；二是部件屬性(特征參數）的匹配性，通過比較裝配語義中部件對應的特征參數，確定它們之間是否存在匹配關系。

(2) 裝配幾何約束的識別

由裝配語義識別可知，一個完

整的裝配體就是“建立幾何約束識別的集合體”；首先依據“幾何約束識另IJ規則”去識另IJ裝配零部件的幾何約束，如果滿足“幾何約束識別規則”，則SolidWorks系統認為裝配零部件間的幾何關系得到識別，就會通過“髙亮顯示”來提示設計者完成裝配操作，反之則取消裝配關系。以圖2為例，圖中髙亮顯示的地方是系統可識別的椅子部件裝配約束關系，其中（1)為重合關系，（2)、（3)為同軸關系，這就是裝配幾何約束的識別。

(3) 裝配體的干涉檢驗

在一個復雜的裝配體中，如果想用視覺來檢查部件之間是否存在干涉是件困難的事，SolidWorks可以在零部件之間進行干涉檢查，并且能查看所檢查到的干涉，可以檢查與整個裝配體或所選的零部件組之間的碰撞與沖突。對裝配體的干涉檢查可分為靜態和動態干涉檢查兩種。對于一個裝配體，在SolidWorks平臺上利用干涉檢查工具進行檢驗，如果發現結合處存在干涉現象，那么會髙亮顯示，此時，干涉分析的結果還給出詳細的干涉數值，一般供修改模型和重新設計時參考。
 

真實裝配中，我們要將所裝配的零部件運到裝配現場，然后根據要求將其裝配好。而在SolidWorks系統中，裝配的方法是：首先建立一個新的裝配體文件（建立裝配體的方法和建立部件的方法相同）;其次向裝配體中導入第一個零部件(即特征實體模型，以此類推導入所需要的部件，直至完成部件裝配）；再次是通過干涉檢查檢驗裝配關系、語義識別、約束關系是否成立，如果沒有產生干涉情形則說明裝配關系成立，若產生干涉情形則需要編輯修改特征模型，直到無干涉;最后利用爆炸技術將部件分離開來，以了解裝配體中部件的詳細情況。

1.椅子裝配實例

基于上文的分析，本文提到的椅子我們釆用的是自頂向下的設計方法。也就是說，首先規劃出椅子整體造型，綜合考慮尺寸參數（長、寬、髙、深度等）、外觀（色彩和材料等）以及結構關系；同時，還要考慮椅子部件在裝配、功能及實際制造等方面的設計需求；其次對組成裝配體的椅子部件進行分別設計，按照前期規劃的設計意圖逐個進行設計（這里主要是基于特征的實體建模設計），并組成裝配體。

圖3是椅子的裝配結果。該款椅子設計中釆用榫卯結構，選擇亞克力（聚甲基丙烯酸甲酯）材質，簡潔美觀，設計尺寸參考人機工程學中相關人體尺寸。

2.椅子裝配體的干涉檢查

因為我們建立的只是裝配體模型，不是實物，所以當裝配體創建好以后，我們僅憑肉眼觀察是不能發現問題的，比如一個部件的模型有可能嵌入到另一個部件的模型中產生干涉。在真正的裝配過程中是不允許也是不可能出現這樣問題的。為此裝配體模型創建完成后有必要對裝配體進行必要的檢查。檢查包括干涉檢查和碰撞檢查，所謂干涉檢查就是檢查裝配體中的任意兩個部件在空間上是否有重疊的地方；碰撞檢查就是檢查裝配體的零部件當運動的時候是否有相互碰撞的現象。事實上，也可以說干涉檢查是靜態干涉檢查，而碰撞檢查是動態干涉檢查，本文涉及的是靜態干涉檢查。圖4中椅子裝配體，在SolidWorks系統中利用干涉檢查工具進行檢驗，發現椅背與椅腿處存在干涉現象（圖中髙亮顯示部分)。干涉檢查結果如圖5所示，對干涉區裝配體的局部進行放大，同時查看干涉檢查時給出的詳細干涉數值，通常這些數值可作為修改參考。

經過分析，椅子產生干涉的可能原因：椅背部件與椅腿的榫卯不匹配存在誤差，導致干涉。根據給出的干涉數值，我們發現椅腿與椅背榫卯存在誤差導致干涉，立即進行修改使之匹配。修改后的模型經干涉分析在裝配體中將不再發生干涉，如圖6所示。

3.爆炸視圖創建

在產品設計過程中，為了更明確地表達產品的結構，往往需要提供一張所有部件按拆卸關系放置的裝配體示意圖，以了解該裝配體中部件的詳細情況，這種裝配體圖就是爆炸視圖。在SolidWorks系統中利用爆炸技術使裝配體中部件按照指定的裝配方向，從裝配體中分離出來。圖7為椅子的爆炸視圖。
 

將虛擬裝配技術應用至家具設計中，從根本上改變了傳統家具設計與開發方式，在實際產品制造之前，便在虛擬制造環境中完成虛擬產品原型代替實際產品進行試驗，對其性能和可裝配性等進行評價，從而達到全局最優，極大地縮短了家具產品設計與制造周期，降低開發成本，提髙家具產品快速響應市場變化的能力。