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基于PC的虚拟样机集成仿真平台及其关键技术的研究

作　者: 王栋
导　师: 俞涛
学　校: 上海大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 集成仿真平台 虚拟样机 虚拟装配模型 场景图 Open Inventor 虚拟装配 加工过程仿真 工作过程仿真 工程分析可视化 FLUENT
分类号: TP391.9
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
下　载: 721次
引　用: 2次
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内容摘要


当今,产品需求的多样化进一步扩大,个性化需求得到迅速增强,能否以最短的时间和最低的成本设计出适应市场需求、质量最好、环境负荷最小的产品将决定一个企业的效益乃至生存。虚拟样机技术无疑可以帮助企业提高产品设计成功率,缩短产品设计周期。由于虚拟样机的“贵族化”身份,使得真正需要此项技术的广大潜在的中小型制造企业用户无法使用。本文研究的目标为:在PC机上研究虚拟样机集成仿真平台的实现原理与方法,以满足广大中小企业对虚拟样机技术的应用要求。论文的主要内容和成果如下:①装配模型是虚拟样机开发的基础。在对已有装配模型研究的基础上,分别指出了已有模型的优缺点,并提出了针对PC的基于扩展组节点场景图技术的虚拟装配模型 的学位论文">虚拟装配模型,该模型兼顾了虚拟装配、虚拟加工、工作过程及工程分析可视化的仿真功能需求。②本文提出了虚拟样机集成仿真平台的框架结构;给出了虚拟样机集成仿真平台内部的交互模式及运行机理;讨论了在虚拟样机集成仿真平台上进行虚拟样机开发的工作流程;并提出了通用舞台的搭建技术。③针对PC的交互特点,实现了虚拟样机开发工艺人员使用的人机多模式交互。包括基于文本格式交互的虚拟样机本体的构建技术,定义了V语言的语法,并从逻辑上进行了原理的实现;包括基于新的虚拟装配场景图技术和Open Inventor引擎机制相结合的交互实现技术;还包括基于虚拟控制器的交互模式的实现;给出了基于三维鼠标技术的人机交互模式的数据结构。④研究了加工仿真和工作过程仿真的关键实现技术,包括切削仿真、立体显示、颜色改变、粒子系统、物体透明度的精确时间控制等关键技术的实现。⑤在工程分析可视化系统的研究中,不但实现了小数据量的刀具温度场的实时性物理仿真,同时开发了虚拟样机集成仿真平台与FLUENT的接口程序,从而实现了PECVD各腔室温度场大数据量的后处理显示,增强了数据场的可视化效果。本论文的研究均在PC上完成,开发工具有:Visual C++.NET、Open Inventor5.0、OpenGL、Unigraphics NX2.0等。以上海机床厂的CJK6430数控车床、申威达有限公司的QZ104切纸机及上海太阳能有限公司的新型PECVD设备为应用实例,对本文提出的理论和新的技术进行了验证和实现。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-13
第1章 绪论  13-29
  1.1 引言  13
  1.2 虚拟样机的需求  13-17
    1.2.1 产品设计质量不高、预见性差  14
    1.2.2 产品开发流程周期长,不能快速响应市场  14-16
    1.2.3 设计、制造费用高,导致产品成本增加,缺乏市场竞争力  16-17
  1.3 虚拟产品开发的体系结构  17-18
  1.4 课题来源  18
  1.5 课题研究的目的和意义  18-20
    1.5.1 开发基于PC的虚拟样机集成仿真平台  18-19
    1.5.2 加强开发高端机械设备的自主创新能力  19-20
  1.6 国内外相关研究现状和发展趋势  20-26
    1.6.1 虚拟样机技术  20-22
    1.6.2 虚拟现实技术  22-26
    1.6.3 虚拟样机与虚拟现实的关系  26
  1.7 论文的主要研究内容及结构安排  26-28
  1.8 本章小结  28-29
第2章 虚拟样机装配模型理论的研究  29-43
  2.1 引言  29
  2.2 装配模型的理论研究  29-39
    2.2.1 联系图模型  29-30
    2.2.2 邻接矩阵法  30
    2.2.3 增强联系图模型  30-31
    2.2.4 关系模型  31
    2.2.5 层次模型  31-32
    2.2.6 混合型模型  32
    2.2.7 DAG模型  32-33
    2.2.8 Open Inventor中的场景图技术  33-35
    2.2.9 基于扩展组节点场景图技术的虚拟装配模型 的学位论文">虚拟装配模型  35-39
  2.3 虚拟样机集成仿真平台通用场景图结构  39-40
  2.4 本章小结  40-43
第3章 虚拟样机集成仿真平台的框架结构  43-53
  3.1 引言  43-45
    3.1.1 产品结构设计对虚拟装配技术的需求  43-44
    3.1.2 产品功能设计对工作过程仿真的需求  44-45
    3.1.3 产品优化设计对虚拟样机性能仿真的需求  45
  3.2 虚拟集成仿真平台的框架结构  45-47
  3.3 虚拟样机集成仿真平台的交互模式及内部运行机制  47-49
  3.4 虚拟样机集成仿真平台工作流程  49-51
    3.4.1 零件建模和转换模块  49
    3.4.2 零件干涉检验与模型修正  49-50
    3.4.3 装配路径干涉检验与装配工艺修正  50
    3.4.4 集成仿真环境的获得  50-51
  3.5 通用舞台的搭建技术  51-52
  3.6 本章小结  52-53
第4章 多模式交互技术的研究  53-71
  4.1 引言  53
  4.2 基于文本格式交互的虚拟样机本体的构建技术  53-62
    4.2.1 V语言的语法设计  54-56
    4.2.2 V语言的实现  56-62
  4.3 基于扩展组节点场景图技术和引擎机制的交互技术实现  62-67
    4.3.1 Open Inventor软件介绍  62-64
    4.3.2 Open Inventor引擎机制  64
    4.3.3 基于时间及事件触发的物体运动控制技术  64-67
  4.4 基于虚拟控制器的交互模式的实现  67-68
  4.5 基于三维鼠标技术的人机交互模式  68-69
    4.5.1 三维鼠标原理  68-69
    4.5.2 基于三维鼠标技术的人机交互式数据结构  69
  4.6 本章小结  69-71
第5章 虚拟加工及工作过程仿真系统关键技术的研究  71-85
  5.1 引言  71-72
  5.2 数控仿真技术国内外研究情况  72-75
    5.2.1 几何仿真  72-74
    5.2.2 物理仿真  74-75
  5.3 切削仿真  75-78
    5.3.1 刀具切入过程仿真  75-76
    5.3.2 飞屑仿真  76-78
    5.3.3 切削加工过程仿真  78
  5.4 立体显示效果的实现  78-80
  5.5 改变虚拟物体颜色的程序实现  80-81
  5.6 工作过程仿真的特效技术—粒子系统的实现  81-83
  5.7 其它几个关键技术  83-84
    5.7.1 控制顶盖透明度的变化  83
    5.7.2 时间控制策略  83-84
    5.7.3 背景及视点的调整  84
  5.8 本章小结  84-85
第6章 工程分析可视化系统的关键技术的研究  85-97
  6.1 引言  85-89
    6.1.1 标量场的显示  87-88
    6.1.2 矢量场可视化  88-89
  6.2 切削刀具的工程分析  89-93
    6.2.1 刀具的温度场分析  89-90
    6.2.2 刀具的应力、应变的有限元分析  90-92
    6.2.3 刀具工程分析可视化的实现  92-93
  6.3 PECVD中各工艺腔室温度场的后处理显示  93-95
    6.3.1 FLUENT软件简介  93-94
    6.3.2 实现温度场及速度场可视化流程  94-95
  6.4 本章小结  95-97
第7章 虚拟样机集成仿真平台应用实例  97-109
  7.1 虚拟样机集成仿真平台实现结果  97
  7.2 通用舞台不同参数配置结果  97
  7.3 通用装配系统装配实例  97-98
  7.4 PECVD工作过程仿真的实现  98-100
    7.4.1 设计原理图  98-99
    7.4.2 工作过程定义  99
    7.4.3 工作过程仿真场景图  99-100
    7.4.4 工作过程仿真结果截图  100
  7.5 虚拟数控加工仿真的实现  100-102
    7.5.1 定义毛坯  101
    7.5.2 工件装夹与卸下  101
    7.5.3 连接与断开连接操作面板  101-102
    7.5.4 控制器界面及虚拟加工过程实现  102
  7.6 PECVD温度场及速度场可视化的实现  102-107
    7.6.1 温度场及气流速度场结构模型  102-103
    7.6.2 镀膜室温度场模型网格划分  103
    7.6.3 工艺条件及边界条件的确定  103-105
    7.6.4 计算模型的确定  105
    7.6.5 PECVD标矢量场仿真结果  105-107
  7.7 本章小结  107-109
第8章 总结与展望  109-111
  8.1 全文总结  109
  8.2 论文研究成果及创新点  109
  8.3 不足与展望  109-110
  8.4 本章小结  110-111
参考文献  111-116
图表清单  116-118
博士学习期间公开发表的论文  118-119
博士学习期间参与完成的主要科研项目  119-121
致谢  121

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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