引言
日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求制造業(yè)以最短的產(chǎn)品開發(fā)周期（Time）、的產(chǎn)品質(zhì)量（Quality）、最低廉的制造成本（Cost）和的技術(shù)支持與售后服務(wù)（Service）即“TQCSP”來贏得市場(chǎng)與用戶，同時(shí)要求制造業(yè)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響減壘最小。制造全球化以及消費(fèi)觀念的變革， 給傳統(tǒng)的制造技術(shù)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，21世紀(jì)的制造業(yè)正在以機(jī)械為特征的傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)代向著以信息為特征的系統(tǒng)技術(shù)時(shí)代邁進(jìn)。隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù) 斷涌現(xiàn)，2O世紀(jì)9O年代以來產(chǎn)生了一種新的制造概念和理論——虛擬制造（Virtual Manufacturing，VM），其全新的制造體系和模式已成為現(xiàn)代制造技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
虛擬制造技術(shù)是許多先進(jìn)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的綜合集成與應(yīng)用，它以數(shù)字化建模技術(shù)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，分析優(yōu)化技術(shù)為基礎(chǔ)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段或產(chǎn)品制造之前 ，實(shí)時(shí)、并行地模擬出產(chǎn)品的未來制造全過程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能、成本和可制造性， 以達(dá)到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本的化，生產(chǎn)效率的化之目的[1].虛擬裝配是虛擬制造研究領(lǐng)域的重要研究分支。
1 虛擬裝配的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
自從20世紀(jì)80年代虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality簡稱VR）概念的提出以來，虛擬現(xiàn)實(shí)作為一門新興學(xué)科正在蓬勃發(fā)展，近年來在工程、航空航天、軍事、建筑等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的，具有視、聽、觸等多種感知的人工虛擬環(huán)境，使置身于該環(huán)境中的人可以通過各種多媒體傳感交互設(shè)備與這一虛構(gòu)的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互作用，產(chǎn)生身臨其境的感覺， 具有自主性、沉浸感和交互性的特征。我國從90年代開始進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面的探索和研究工作。
利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造虛擬環(huán)境，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造稱為虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造，虛擬裝配是虛擬設(shè)計(jì)制造研究領(lǐng)域的重要研究分支，虛擬裝配也是并行工程的支持技術(shù)之一。
虛擬裝配是在虛擬環(huán)境中， 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將設(shè)計(jì)的產(chǎn)品三維模型進(jìn)行預(yù)裝配， 在滿足產(chǎn)品性能與功能的條件下，通過分析、評(píng)價(jià)、規(guī)劃、仿真等改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和裝配的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可裝配性和經(jīng)濟(jì)性。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)品的裝配費(fèi)用占整個(gè)生產(chǎn)成本30％～50％乃至更高，因此對(duì)產(chǎn)品裝配工藝進(jìn)行以提高質(zhì)量和效率、降低成本為目標(biāo)的改進(jìn)和再規(guī)劃，是增強(qiáng)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要環(huán)節(jié)。虛擬裝配技術(shù)可縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期、降低成本、提高質(zhì)量。
近年來，世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家都對(duì)虛擬裝配技術(shù)給予了高度的重視， 投人了大量的人力物力進(jìn)行研究[2-6].
波音公司在數(shù)字化代表產(chǎn)品波音777的展示中，不像以往那樣重點(diǎn)宣傳新型飛機(jī)本身性能如何優(yōu)越，而是強(qiáng)調(diào)他們充分利用數(shù)字化研制技術(shù)以及產(chǎn)品研發(fā)人員的重新編隊(duì)等方面。波音777飛機(jī)項(xiàng)目順利完成的關(guān)鍵是依賴三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與綜合設(shè)計(jì)隊(duì)伍（238個(gè)Team）的有效實(shí)施，保證飛機(jī)設(shè)計(jì)、裝配、測(cè)試以及試飛均在計(jì)算機(jī)上完成，研制周期從過去的8年時(shí)問縮減到5年，其中虛擬裝配的工程設(shè)計(jì)思想在研制過程中發(fā)揮了巨大的作用。
德國Fraunhofer工業(yè)工程研究所較早進(jìn)行了虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)的研究和開發(fā)，他們開發(fā)的第一個(gè)虛擬裝配規(guī)劃原型系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在虛擬環(huán)境中執(zhí)行裝配操作，交互地裝配和拆卸零件， 并在用戶交互的基礎(chǔ)上生成裝配圖，進(jìn)行裝配工時(shí)和裝配成本的分析。
我國從90年代中后期開始進(jìn)行虛擬裝配方面的探索和研究工作[7]，我國虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用研究尚處于起步階段，只有為數(shù)不多的機(jī)構(gòu)如清華大學(xué)、浙江大學(xué)、武漢理工大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)等院校作了有益的研究[8-9]， 由于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備非常昂貴，近年來國內(nèi)大多數(shù)研究被限制在介紹國外的進(jìn)展理論探討范圍內(nèi)， 或者在非虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下進(jìn)行研究。
日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求制造業(yè)以最短的產(chǎn)品開發(fā)周期（Time）、的產(chǎn)品質(zhì)量（Quality）、最低廉的制造成本（Cost）和的技術(shù)支持與售后服務(wù)（Service）即“TQCSP”來贏得市場(chǎng)與用戶，同時(shí)要求制造業(yè)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響減壘最小。制造全球化以及消費(fèi)觀念的變革， 給傳統(tǒng)的制造技術(shù)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，21世紀(jì)的制造業(yè)正在以機(jī)械為特征的傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)代向著以信息為特征的系統(tǒng)技術(shù)時(shí)代邁進(jìn)。隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù) 斷涌現(xiàn)，2O世紀(jì)9O年代以來產(chǎn)生了一種新的制造概念和理論——虛擬制造（Virtual Manufacturing，VM），其全新的制造體系和模式已成為現(xiàn)代制造技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
虛擬制造技術(shù)是許多先進(jìn)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的綜合集成與應(yīng)用，它以數(shù)字化建模技術(shù)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，分析優(yōu)化技術(shù)為基礎(chǔ)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段或產(chǎn)品制造之前 ，實(shí)時(shí)、并行地模擬出產(chǎn)品的未來制造全過程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能、成本和可制造性， 以達(dá)到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本的化，生產(chǎn)效率的化之目的[1].虛擬裝配是虛擬制造研究領(lǐng)域的重要研究分支。
1 虛擬裝配的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
自從20世紀(jì)80年代虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality簡稱VR）概念的提出以來，虛擬現(xiàn)實(shí)作為一門新興學(xué)科正在蓬勃發(fā)展，近年來在工程、航空航天、軍事、建筑等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的，具有視、聽、觸等多種感知的人工虛擬環(huán)境，使置身于該環(huán)境中的人可以通過各種多媒體傳感交互設(shè)備與這一虛構(gòu)的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互作用，產(chǎn)生身臨其境的感覺， 具有自主性、沉浸感和交互性的特征。我國從90年代開始進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面的探索和研究工作。
利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造虛擬環(huán)境，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造稱為虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造，虛擬裝配是虛擬設(shè)計(jì)制造研究領(lǐng)域的重要研究分支，虛擬裝配也是并行工程的支持技術(shù)之一。
虛擬裝配是在虛擬環(huán)境中， 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將設(shè)計(jì)的產(chǎn)品三維模型進(jìn)行預(yù)裝配， 在滿足產(chǎn)品性能與功能的條件下，通過分析、評(píng)價(jià)、規(guī)劃、仿真等改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和裝配的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可裝配性和經(jīng)濟(jì)性。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)品的裝配費(fèi)用占整個(gè)生產(chǎn)成本30％～50％乃至更高，因此對(duì)產(chǎn)品裝配工藝進(jìn)行以提高質(zhì)量和效率、降低成本為目標(biāo)的改進(jìn)和再規(guī)劃，是增強(qiáng)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要環(huán)節(jié)。虛擬裝配技術(shù)可縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期、降低成本、提高質(zhì)量。
近年來，世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家都對(duì)虛擬裝配技術(shù)給予了高度的重視， 投人了大量的人力物力進(jìn)行研究[2-6].
波音公司在數(shù)字化代表產(chǎn)品波音777的展示中，不像以往那樣重點(diǎn)宣傳新型飛機(jī)本身性能如何優(yōu)越，而是強(qiáng)調(diào)他們充分利用數(shù)字化研制技術(shù)以及產(chǎn)品研發(fā)人員的重新編隊(duì)等方面。波音777飛機(jī)項(xiàng)目順利完成的關(guān)鍵是依賴三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與綜合設(shè)計(jì)隊(duì)伍（238個(gè)Team）的有效實(shí)施，保證飛機(jī)設(shè)計(jì)、裝配、測(cè)試以及試飛均在計(jì)算機(jī)上完成，研制周期從過去的8年時(shí)問縮減到5年，其中虛擬裝配的工程設(shè)計(jì)思想在研制過程中發(fā)揮了巨大的作用。
德國Fraunhofer工業(yè)工程研究所較早進(jìn)行了虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)的研究和開發(fā)，他們開發(fā)的第一個(gè)虛擬裝配規(guī)劃原型系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在虛擬環(huán)境中執(zhí)行裝配操作，交互地裝配和拆卸零件， 并在用戶交互的基礎(chǔ)上生成裝配圖，進(jìn)行裝配工時(shí)和裝配成本的分析。
我國從90年代中后期開始進(jìn)行虛擬裝配方面的探索和研究工作[7]，我國虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用研究尚處于起步階段，只有為數(shù)不多的機(jī)構(gòu)如清華大學(xué)、浙江大學(xué)、武漢理工大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)等院校作了有益的研究[8-9]， 由于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備非常昂貴，近年來國內(nèi)大多數(shù)研究被限制在介紹國外的進(jìn)展理論探討范圍內(nèi)， 或者在非虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下進(jìn)行研究。