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虚拟工厂规划仿真系统的研究与实现

作　者: 陈奎
导　师: 王毅刚
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 虚拟工厂规划模型库管理 OpenSceneGraph 混合系统三维仿真
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 72次
引　用: 2次
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内容摘要

中国目前是一个制造业大国,工厂的发展日新月异,越来越多的现代化高科技技术应用到该领域上。虚拟现实技术在国内的迅速发展,已受到各领域的广泛关注,其中将虚拟现实技术应用于工业制造业的研究已逐渐成为热点。在全球数字化的大环境下,很多工厂企业也希望跟随着时代潮流。大多工厂车间在改建或重建时,为了减少建设成本,都需要首先进行合理的设计和规划。规划设计人员在使用传统方法进行工厂规划时,往往会出现设计困难、规划偏差和理解困难等问题,经常会造成更多人力和物力的浪费。工厂规划系统就是运用数字化产品,对工厂的建设进行可视化设计与动态规划。本文从系统的总体框架和系统的软硬件构成开始,详细讲述了虚拟工厂规划仿真系统各子系统功能及各个功能模块的设计方法和实现过程。在本系统中,主要是设计与实现了基于虚拟现实技术的可视化动态规划平台。本文通过将虚拟现实技术与仿真技术的有效结合,设计和实现了工厂规划的动态模拟和仿真系统,主要包括三个功能模块,分别是场景建模、系统仿真和规划评估。论文的主要工作如下:1.为了统一管理虚拟工厂模型,保护模型所有权,本文研究和实现了模型库管理子系统。通过该系统,可以合理采集设备模型,优化模型结构,设定模型格式,管理模型有效信息等,为虚拟工厂规划中的场景建模提供了方便。2.本文详细分析了虚拟工厂场景建模过程中的工厂设备的逻辑属性与可视化三维模型的关系。结合OpenSceneGraph开源软件包的渲染方式,建立高效的场景图,并利用面向对象技术,设计合理的虚拟对象结构,实现虚拟对象的几何模型和行为模型的互操作性,为系统仿真的设计提供了良好的场景规划。3.本文深入研究了连续/离散混合系统的仿真过程,设计合理的仿真时钟推进机制,采用有效的基于消息的事件调度方式,控制和实现系统的三维仿真,并在仿真过程中,可实时进行动态地场景和属性编辑,最终达到整个虚拟工厂规划的修改直观便捷性。本系统软件界面友好,操作简便,效果形象直观。虚拟现实环境提供了多个视图模式,1:1比例的可视化,让设计人员可以感受如同在真实世界中进行的规划设计活动。通过本系统,可构建一个供虚拟工厂规划使用的虚拟现实环境,实现规划设计数据的三维可视化,同时实现规划仿真过程的人机交互,所见即所得,最后可结合实际工厂运作,建立智能的评估和约束系统,对规划结果进行分析和优化处理。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 课题来源及意义  11-12
    1.1.1 课题来源  11
    1.1.2 课题意义  11-12
  1.2 国内外现状  12-13
  1.3 研究目标及内容  13-14
  1.4 论文的组织结构  14-15
第2章虚拟工厂规划仿真系统的总体框架  15-23
  2.1 工厂规划与系统仿真的目标与框架  15-20
    2.1.1 工厂规划的目标  15-16
    2.1.2 系统仿真的目标  16-17
    2.1.3 系统框架  17-20
  2.2 系统的软硬件构成  20-23
    2.2.1 硬件构成  20
    2.2.2 系统开发工具与环境  20-22
    2.2.3 建模软件  22-23
第3章虚拟工厂模型库管理  23-28
  3.1 设计目的  23
  3.2 总体设计  23-24
  3.3 系统实现  24-26
    3.3.1 模型采集  24-25
    3.3.2 模型处理  25
    3.3.3 模型数据库操作  25-26
  3.4 模型文件格式  26-28
第4章虚拟工厂场景建模  28-48
  4.1 建立虚拟对象体系  28-33
    4.1.1 虚拟对象概述  28-30
    4.1.2 虚拟对象类设计  30-33
  4.2 虚拟工厂场景编辑  33-45
    4.2.1 场景图形概述  33-36
    4.2.2 虚拟工厂场景图形的建立  36-42
    4.2.3 虚拟工厂场景编辑的实现  42-45
  4.3 虚拟设备的属性设置  45-46
  4.4 场景文件的I/O 功能  46-48
第5章系统仿真的设计与实现  48-62
  5.1 系统仿真概述  48-52
    5.1.1 系统仿真定义  48
    5.1.2 系统仿真的特点和用途  48-49
    5.1.3 系统仿真的类型  49-50
    5.1.4 系统仿真的步骤  50-52
  5.2 仿真过程设计  52-55
    5.2.1 问题阐述  52-53
    5.2.2 确立仿真目标  53
    5.2.3 仿真事件设计  53-55
  5.3 基于消息的离散事件调度策略  55-57
    5.3.1 事件调度问题分析  55
    5.3.2 消息机制概述  55
    5.3.3 消息的设计  55-56
    5.3.4 离散事件仿真  56-57
  5.4 仿真时钟推进机制  57-59
    5.4.1 仿真时钟概述  57
    5.4.2 仿真时钟设计  57-58
    5.4.3 仿真时钟推进  58-59
  5.5 仿真实例分析  59-62
第6章总结与展望  62-64
  6.1 本文工作总结  62
  6.2 对今后工作的展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录  68

虚拟工厂规划仿真系统的研究与实现

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