前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的三維仿真論文主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
關(guān)鍵詞:建模,裝配仿真,干涉檢查
1 引言虛擬制造是實(shí)際制造工程在計(jì)算機(jī)上的映射,船舶建造仿真要求采用三維的模型來代替實(shí)際的制造工程,將在車間、船臺(tái)(塢)的工作在虛擬的環(huán)境下先運(yùn)行一遍,從分段裝配、舾裝配合、動(dòng)力學(xué)性能、流體力學(xué)性能等多方面進(jìn)行系統(tǒng)的分析,從而得出船舶建造的邏輯順序與合理性,并為建造過程的優(yōu)化準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
2 船舶建造數(shù)字建模及裝配仿真要求船舶的建造是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,現(xiàn)代造船技術(shù)以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向,采用成組技術(shù)和計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù),有層次的對(duì)整個(gè)建造工程實(shí)施分解,在不同的階段,對(duì)三維建模有不同的要求。在以進(jìn)行船舶建造作業(yè)計(jì)劃編制為目的,同時(shí)滿足生產(chǎn)設(shè)計(jì)需要的情況下,對(duì)船舶數(shù)字化建模和裝配仿真技術(shù)的要求是[1,2]:(1)提供編制計(jì)劃所需要的產(chǎn)品特征信息,包括產(chǎn)品的幾何特征、物理特征、工程結(jié)構(gòu)特征等。在實(shí)際建造前根據(jù)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與圖形學(xué)映射關(guān)系確定各個(gè)零件的配合情況;(2)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行干涉檢查,確定整個(gè)裝配方案的可行性,在虛擬環(huán)境下消除產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷;(3)通過裝配仿真,給出產(chǎn)品的裝配信息與約束信息,確定生產(chǎn)計(jì)劃所需要的裝配邏輯順序;(4)以虛擬制造技術(shù)為基礎(chǔ),通過仿真,構(gòu)建裝配工藝路線,實(shí)現(xiàn)可行的裝配工藝規(guī)劃;(5)進(jìn)行裝配工藝仿真后處理,給出適合生產(chǎn)實(shí)際的三維模型與工藝文件。
3 數(shù)字化三維模型的建立這里使用的是CATIA V5 軟件進(jìn)行建模裝配仿真與干涉檢查。CATIA V5 是IBM 和達(dá)索系統(tǒng)公司共同推出的CAD/CAE/CAM 軟件,該軟件能夠在windows和Unix 等平臺(tái)上運(yùn)行,具有較強(qiáng)的三維造型功能,還有較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)仿真功能模塊。
3.1 造船工程分解與任務(wù)包的確定
進(jìn)行三維數(shù)字化建模,不能單純的為了建模而建模,如果只是將船舶按其二維圖紙做成三維物體,則失去了建模的意義。以生產(chǎn)計(jì)劃編制為目標(biāo)的數(shù)字化建模通過船舶工程分解,來分清整個(gè)工藝過程,確立任務(wù)包,在此基礎(chǔ)之上,為后面的裝配仿真打下信息基礎(chǔ)。
船舶生產(chǎn)的過程實(shí)際上是制造零部件,即所謂的“中間產(chǎn)品”。免費(fèi)論文。這些中間產(chǎn)品經(jīng)過幾個(gè)制造級(jí)的逐漸變大變復(fù)雜,終而形成一艘船,即最終產(chǎn)品。免費(fèi)論文。因此從中間產(chǎn)品的角度來分解船舶的建造任務(wù)是理想的方案,這就是產(chǎn)品導(dǎo)向型分解。產(chǎn)品導(dǎo)向型工程分解的原理是:任何系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都是層次分明有序可循的,通過層層分解可以通過圖表的形式揭示其有序結(jié)構(gòu)。
產(chǎn)品導(dǎo)向型工程分解用于造船時(shí),首先按照任務(wù)本質(zhì)的不同將造船全過程分為船體建造、舾裝和涂裝三大類,每一大類又分為加工和裝配兩種作業(yè)。例如,將船體建造分為零件加工、零件裝配、部件裝配、小分段裝配、分段裝配、大分段裝配和船體合攏7 個(gè)制造級(jí)。
3.2 分段模擬建模
(1)船體外板的建模
本文是在具有船殼曲面型值表的基礎(chǔ)上進(jìn)行船殼曲面的三維建模。由于型值表中的數(shù)據(jù)有間隔,在生成型線后,還進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行了光順。在具體建模過程中環(huán)境的設(shè)置如下:以X 正方向?yàn)榇挤较?,Y 正方向?yàn)榇蚁戏较颍琙 正方向?yàn)榇叻较?。只需XZ 平面一邊建立一半船殼曲面,另一邊映射即可。在生成所有曲面之后,如果還有局部的地方出現(xiàn)棱角,還可以充分利用CATIA 中的曲面修改功能,對(duì)于有棱角的地方可以把帶有棱角線兩邊的曲面連接(Join)成一大塊,然后在棱角線兩邊分別用兩個(gè)參考面把這塊大面截?cái)啵⊿plit)成兩塊面,去掉中間有棱角線的曲面。再由這兩塊Split面通過Blent(or Fill)命令連接起來,Blend(or Fill)命令中有保證曲面光順連接的選項(xiàng),可以保證曲面的光順連接。對(duì)于凹凸不平的小塊曲面也可以用這種方法來修改。
(2)零件的建模
零件的建模,其目的是為了在以后的裝配仿真和生產(chǎn)計(jì)劃編制中提供必要的信息。其應(yīng)具備下列基本策略:
(a)特征設(shè)計(jì)與特征提取的綜合利用。特征是產(chǎn)品建模的強(qiáng)有力支持。建模時(shí)應(yīng)將特征設(shè)計(jì)與特征提取結(jié)合起來,充分利用現(xiàn)有的CAD 系統(tǒng)所提供的特征造型功能,盡量從有關(guān)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫直接提取,同時(shí)要充分的利用人機(jī)交互共功能,通過交互輸入定義。
(b)面向?qū)ο蟮慕7绞?。面向?qū)ο蟮慕7绞剑哂邢却趾缶?,由抽象到具體的特點(diǎn),符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的自然思維習(xí)慣,應(yīng)在建模中得到充分應(yīng)用。
(c)模型的層次化組織。免費(fèi)論文。在建模過程中,應(yīng)該具有大局觀,不能只盯著一個(gè)構(gòu)件,而是應(yīng)該考慮整體的層次性,在經(jīng)過詳細(xì)科學(xué)的分解以后,分層有計(jì)劃的建模。
模型不僅要處理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸入信息,還應(yīng)能處理設(shè)計(jì)工程中的中間信息和結(jié)果信息,因此模型的信息應(yīng)隨著設(shè)計(jì)過程的推進(jìn)而逐步豐富和完善。
4 裝配仿真與干涉檢查船舶裝配仿真與干涉檢查是在虛擬的環(huán)境下確定船舶的作業(yè)邏輯順序,提供生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)資料,檢驗(yàn)工藝與設(shè)計(jì)的可行性。它是船舶虛擬制造和生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的至關(guān)重要的一環(huán),是進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃的基礎(chǔ)。裝配仿真包括了零件裝配、部件裝配和分段裝配三個(gè)制造級(jí)的任務(wù)包。在進(jìn)行裝配仿真的過程中,應(yīng)該按照工藝順序依次進(jìn)行虛擬,其作用如下:(1) 擬定裝配方案,優(yōu)化裝配結(jié)構(gòu)。從設(shè)計(jì)和制造工藝出發(fā),在各種約束中尋求裝配的合理性與最優(yōu)性;(2) 改進(jìn)裝配性能,降低裝配成本。船舶裝配所涉及的零件種類繁多,數(shù)量巨大,裝配仿真的任務(wù)首先要確保產(chǎn)品的裝配到位,然后要求裝配能夠比較容易實(shí)現(xiàn),盡量降低成本;(3) 產(chǎn)品可制造性的基礎(chǔ)。由于目前詳細(xì)設(shè)計(jì)一般還是二維的,必須在虛擬三維環(huán)境下檢查產(chǎn)品的可行性;(4) 為計(jì)劃提供必要的信息數(shù)據(jù)。
4.1 裝配仿真
裝配仿真的覆蓋范圍很廣泛,這里具體來說包括裝配順序、裝配路徑和裝配工藝三個(gè)方面的內(nèi)容,其中裝配順序與裝配路徑是最為核心內(nèi)容。
4.2 干涉檢查
船體分段有很多組件構(gòu)成,肉眼很難發(fā)現(xiàn)可能的干涉情況,利用CATIA 所提供的干涉檢查函數(shù),可以自動(dòng)的檢查所有的干涉情況。下面通過實(shí)例來說明。
在構(gòu)件中有一工字梁與角鋼交叉,要進(jìn)行干涉檢查,看兩者是否有接觸而不能裝配,應(yīng)用Compute Clash 命令,將兩個(gè)零件同時(shí)選中,即可分析這兩個(gè)零件的干涉情況。當(dāng)對(duì)話框Result 出現(xiàn)Clash 表示兩個(gè)組件發(fā)生了干涉,出現(xiàn)Contact 則表示選定的兩個(gè)組件相接觸,如果No interference 則表示沒有干涉。
5 結(jié)語本文以編制生產(chǎn)計(jì)劃為目的,研究了基于虛擬制造下的三維數(shù)字化建模的方法。在CATIA 環(huán)境下,研究了怎樣通過對(duì)工藝合理性分析結(jié)合裝配分析,虛擬干涉檢查、產(chǎn)品裝配、生產(chǎn)工藝仿真,最后得到適合生產(chǎn)計(jì)劃編制的數(shù)字化模型。
關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),網(wǎng)絡(luò)會(huì)展,發(fā)展,展望
一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述
虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality,簡稱VR技術(shù)),又稱靈境技術(shù),是以浸沒感、交互性和感知性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心設(shè)備仍然是計(jì)算機(jī),即通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型,以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維虛擬世界,并通過頭盔顯示器(HMD)、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感設(shè)備,給用戶提供一個(gè)觀測(cè)與該虛擬世界交互的三維界面,使用者可以直接觀察、操作、觸摸、檢測(cè)周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化,并能夠通過語言、手勢(shì)等自然的方式與之進(jìn)行實(shí)時(shí)交互,使人和計(jì)算機(jī)很好地“融為一體”,給人一種“身臨其境”的逼真性,而且能夠突破空間、時(shí)間以及其他客觀限制,感受到真實(shí)世界中無法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。
作為尖端科技,虛擬現(xiàn)實(shí)綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和傳感技術(shù)的最新發(fā)展成果,是一種由計(jì)算機(jī)生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊,已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、模擬軍事演習(xí)、工程、教育、醫(yī)學(xué)、字化酒店、商品展示、娛樂等領(lǐng)域,也同樣適用于網(wǎng)絡(luò)會(huì)展。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在會(huì)展業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀
隨著迅速發(fā)展的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與計(jì)算機(jī)多媒體展示技術(shù)的結(jié)合,在展覽方面也不斷涌現(xiàn)出一些結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)會(huì)展。如今國外的虛擬會(huì)展業(yè)已經(jīng)十分成熟,如著名的德國漢諾威展,在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立三維立體的展示系統(tǒng);國外一些城市宣傳也開始采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),如網(wǎng)上新加坡、虛擬龐貝古城、虛擬巴黎圣母院等,運(yùn)用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示一些有價(jià)值的文物、展品和三維場(chǎng)景,使用戶能夠通過Internet遠(yuǎn)程連接去體驗(yàn)。
國內(nèi)的虛擬會(huì)展目前還基本屬于界面包裝,主要通過二維平面靜態(tài)地網(wǎng)頁展示,如中國茶葉博覽會(huì),采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)茶具和茶文化進(jìn)行網(wǎng)上瀏覽,還有虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)球網(wǎng)站(www.vwww.com)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)上展銷;再如武漢國際機(jī)電博覽會(huì),采用網(wǎng)上虛擬武博會(huì)和武博會(huì)同期開幕,未到展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)的客戶通過點(diǎn)擊該網(wǎng)站,就可像親赴現(xiàn)場(chǎng)一樣,可在場(chǎng)館內(nèi)每一個(gè)展位前流連,任意觀看各種產(chǎn)品,了解它們的性能和用途,甚至突破實(shí)際參觀過程中的限制,深入了解展品的內(nèi)部結(jié)構(gòu),瀏覽武博會(huì)的即時(shí)信息。
虛擬展覽系統(tǒng)按其表現(xiàn)形式可分為三類:①運(yùn)用圖文聲像以及環(huán)視圖展示物品和場(chǎng)景。這類系統(tǒng)因表現(xiàn)形式的局限,不能更生動(dòng)、更全面的展示。②單純的三維場(chǎng)景展示,用戶可以隨意漫游,但只提供展覽會(huì)的表面形式,不提供展覽內(nèi)容與展覽場(chǎng)景的關(guān)聯(lián)。③既提供三維場(chǎng)景,也提供實(shí)際展覽內(nèi)容,并與三維場(chǎng)景結(jié)合在一起[3]。
三、基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)會(huì)展發(fā)展的展望
在綜合考慮現(xiàn)有技術(shù)條件及未來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展前景的情況下,網(wǎng)絡(luò)會(huì)展的發(fā)展將會(huì)呈現(xiàn)出兩種模式,即現(xiàn)階段的實(shí)物會(huì)展+網(wǎng)絡(luò)會(huì)展+電子商務(wù)模式和未來的實(shí)物會(huì)展+網(wǎng)絡(luò)會(huì)展模式,具體理念如下:
(一)實(shí)物會(huì)展+網(wǎng)絡(luò)會(huì)展+電子商務(wù)模式
網(wǎng)絡(luò)會(huì)展作為會(huì)展業(yè)一種新的發(fā)展形勢(shì),有著廣闊的發(fā)展前景。但目前網(wǎng)絡(luò)會(huì)展還只是實(shí)物會(huì)展的補(bǔ)充和配角,網(wǎng)絡(luò)會(huì)展只有作為實(shí)體展覽的輔助,才能逐漸地被人們認(rèn)識(shí)而發(fā)展起來。免費(fèi)論文,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。就目前情況而言,線上展會(huì)和線下展會(huì)二者可相互補(bǔ)充,二者有機(jī)融合會(huì)相得益彰的。當(dāng)然雙方會(huì)有部分重疊,但不可輕言取代,否則就是昏了頭了,若干年后或許會(huì)的,但至少目前不會(huì)。因此,我們不能夸大網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的作用,基于傳統(tǒng)會(huì)展的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì),傳統(tǒng)會(huì)展仍然起著主導(dǎo)作用。免費(fèi)論文,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。同時(shí),隨著會(huì)展業(yè)的蓬勃發(fā)展,促進(jìn)了電子商務(wù)技術(shù)向會(huì)展業(yè)的滲透,在某種程度上彌補(bǔ)了網(wǎng)絡(luò)會(huì)展技術(shù)的不足,促進(jìn)著網(wǎng)絡(luò)會(huì)展的發(fā)展。
總之,在目前甚至今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi),我國會(huì)展將遵循實(shí)物會(huì)展+網(wǎng)絡(luò)會(huì)展+電子商務(wù)模式,即充分利用電子商務(wù)技術(shù)大力發(fā)展網(wǎng)絡(luò)會(huì)展,實(shí)物會(huì)展和網(wǎng)絡(luò)會(huì)展并舉,實(shí)物會(huì)展結(jié)束后,網(wǎng)絡(luò)會(huì)展作為實(shí)物會(huì)展的延伸和補(bǔ)充,繼續(xù)實(shí)行“永不落幕的會(huì)展”,并不斷更新、豐富和完善,使實(shí)物會(huì)展和網(wǎng)絡(luò)會(huì)展相互促進(jìn),共同發(fā)展壯大。
(二)實(shí)物會(huì)展+網(wǎng)絡(luò)會(huì)展模式
由于網(wǎng)絡(luò)展會(huì)的模式模糊和傳統(tǒng)展會(huì)的主導(dǎo)地位,中國會(huì)展業(yè)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代還有很長的一段路要走。但從長遠(yuǎn)來看,網(wǎng)上會(huì)展前景不可限量,隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,必將成為現(xiàn)代展覽業(yè)的重要組成部分,必將代替部分實(shí)物會(huì)展,從而實(shí)現(xiàn)實(shí)物會(huì)展和網(wǎng)絡(luò)會(huì)展并存的局面,這是一種必然的趨勢(shì)。免費(fèi)論文,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。免費(fèi)論文,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。因?yàn)榫W(wǎng)上會(huì)展有不受時(shí)空限制、節(jié)省展覽交易成本等優(yōu)勢(shì),很多商品和服務(wù)都適合在網(wǎng)上進(jìn)行展覽和銷售。如網(wǎng)絡(luò)圖書展就有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),因?yàn)閳D書沒有過多的質(zhì)地的要求、尺寸的要求,在網(wǎng)上看到的這本書和書店買到的書幾乎沒有差別。另外,從目前網(wǎng)絡(luò)交易的商品清單看,網(wǎng)絡(luò)交易的對(duì)象正從數(shù)碼產(chǎn)品迅速擴(kuò)展到服裝、電器、日用品、玩具、個(gè)人護(hù)理品等眾多產(chǎn)品,而這些產(chǎn)品正是我國制造的優(yōu)勢(shì)所在,也是目前辦展頻率最高的產(chǎn)品。免費(fèi)論文,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。這些產(chǎn)品將來都可以作為網(wǎng)絡(luò)會(huì)展展示的對(duì)象,市場(chǎng)前景好。免費(fèi)論文,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
此外,會(huì)展業(yè)的發(fā)展與土地資源供給瓶頸的矛盾已見端倪。政府不可能無止境的耗費(fèi)大量土地進(jìn)行場(chǎng)館建設(shè),同時(shí)場(chǎng)館建設(shè)投入大、周期長、風(fēng)險(xiǎn)大,而在互聯(lián)網(wǎng)上建立虛擬展館,舉辦網(wǎng)絡(luò)展覽卻可以節(jié)省大量時(shí)間和金錢,大大提高展會(huì)的效益??梢姡覀兗纫吹侥壳皩?shí)物會(huì)展的優(yōu)勢(shì),也要前瞻性的看到網(wǎng)絡(luò)會(huì)展的優(yōu)勢(shì),尤其是網(wǎng)絡(luò)會(huì)展的后發(fā)優(yōu)勢(shì)和趨勢(shì),為大力發(fā)展網(wǎng)絡(luò)會(huì)展,共創(chuàng)低碳會(huì)展經(jīng)濟(jì)做好一切準(zhǔn)備。
參考文獻(xiàn)
[1]劉偉.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的企業(yè)展項(xiàng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2009(24):49.
[2]許亞丹,王野.網(wǎng)絡(luò)會(huì)展的傳播與經(jīng)濟(jì)比較[J].當(dāng)代傳播,2006(5):66.
[3]顧林,劉連芳,高偉峰,蘇繼坡.基于虛擬實(shí)現(xiàn)的展覽平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2005(10):202.
題
報(bào)
告
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目
HT150銑刀箱體的鑄造工藝設(shè)計(jì)
題目類型
工程設(shè)計(jì)(項(xiàng)目)
論文類
作品設(shè)計(jì)類
其他
一、選題簡介、意義
高速切削技術(shù)是當(dāng)今世界制造業(yè)中一項(xiàng)快速發(fā)展的先進(jìn)實(shí)用的制造技術(shù),具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。隨著高速切削技術(shù)的發(fā)展和高速鏜銑加工中心等高性能機(jī)床的不斷開發(fā),高速銑削技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車和模具等制造行業(yè),工序集約化和高速加工設(shè)備通用化使得高速銑削已經(jīng)成為關(guān)鍵零部件高效、高精度加工首選工藝方案。目前,高速銑削作為提高企業(yè)敏捷力與柔性制造能力的核心技術(shù),在金屬切削加工領(lǐng)域取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,成為當(dāng)今世界制造業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù)。
高速銑削最顯著的特點(diǎn)和技術(shù)核心是采用可靠刀具,這就需要我們研究出非??煽康牡毒邅硎褂?,以高切削速度和高進(jìn)給速度進(jìn)行高精度和高表面質(zhì)量加工,滿足上述功能要求的高速銑刀成為實(shí)現(xiàn)高速銑削加工的關(guān)鍵。國內(nèi)高速切削基礎(chǔ)理論和高速刀具技術(shù)滯后于高速切削加工實(shí)際應(yīng)用,在高速銑刀及其加工數(shù)據(jù)完整性和清晰度方面存在諸多問題,使得高速機(jī)床效能未能得到充分發(fā)揮,嚴(yán)重限制了高速銑削技術(shù)的應(yīng)用范圍。研究銑刀的箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其相關(guān)技術(shù),對(duì)深刻認(rèn)識(shí)銑刀的箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),推動(dòng)高速銑削技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展具有重要理論價(jià)值和實(shí)際意義。
二、課題綜述(課題研究,主要研究的內(nèi)容,要解決的問題,預(yù)期目標(biāo),研究步驟、方法及措施等)
研究內(nèi)容:
本文以常用HT150銑刀箱體為研究對(duì)象,在以下方面開展研究工作:
(1)
根據(jù)HT150銑刀箱體大小規(guī)格繪制二維和三維機(jī)械圖;
(2)
根據(jù)HT150銑刀箱體大小規(guī)格設(shè)計(jì)鑄造工藝圖;
(3)
使用軟件繪制箱體的鑄造工藝圖;
(4)
采用鑄造仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的鑄造工藝進(jìn)行仿真模擬,分析仿真結(jié)果,找到最優(yōu)的銑刀箱體鑄造工藝設(shè)計(jì)。
研究方法:
(1)
鑄造工藝設(shè)計(jì)
參考常用HT150銑刀箱體的規(guī)格尺寸,結(jié)合李弘英、趙成志主編的《鑄造工藝設(shè)計(jì)》,設(shè)計(jì)銑刀箱體的鑄造工藝過程
(2)
步驟
參考國內(nèi)外對(duì)銑刀箱體鑄造工藝的研究成果,
結(jié)合本科階段所學(xué)的知識(shí),對(duì)已有銑刀箱體鑄造工藝進(jìn)行大膽的改進(jìn),設(shè)計(jì)出幾種不同的設(shè)計(jì)方案,通過繪制三維鑄造工藝圖,
并用
鑄造仿真軟件進(jìn)行仿真模擬,分析仿真結(jié)果,得到最優(yōu)的銑刀箱體鑄造設(shè)計(jì)方案。
(3)
措施
查閱相關(guān)文獻(xiàn)和書籍,在現(xiàn)有銑刀箱體鑄造工藝基礎(chǔ)上提出改進(jìn)意見,設(shè)計(jì)改進(jìn)的鑄造工藝;將設(shè)計(jì)好的鑄造工藝通過繪制工藝圖以及鑄造仿真軟件對(duì)鑄造工藝進(jìn)行仿真模擬。
三、設(shè)計(jì)(論文)體系、結(jié)構(gòu)(大綱)
第一章
引言
1.1研究的意義
1.2國內(nèi)外相關(guān)研究
1.3研究內(nèi)容和課題來源
第二章
HT150的概述
2.1HT150的簡介
2.2HT150的基本結(jié)構(gòu)
2.3HT150的工作原理
2.4HT150的特點(diǎn)
2.5HT150的應(yīng)用
第三章
箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1箱體的主要功能
3.2箱體的分類
3.3按箱體的制造方法
3.4設(shè)計(jì)的主要問題和設(shè)計(jì)要求
3.5箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第四章
HT150銑刀箱體的鑄造工藝設(shè)計(jì)
4.1HT150的選取
4.2銑刀功能分解及其交互作用分析
4.3基于HT150設(shè)計(jì)的銑刀功能規(guī)劃
4.4銑刀箱體設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究
4.5銑刀箱體設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
指導(dǎo)教師意見:
簽字:
院(系)審批意見:
年
月
日
簽章:
年
關(guān)鍵詞:非圓齒輪;ABQUS;振動(dòng)特性
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.225
普通圓齒輪能完成定傳動(dòng)比傳動(dòng),然而面對(duì)有變傳動(dòng)比傳動(dòng)需要的機(jī)械時(shí),普通圓齒輪則無法勝任。非圓齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)則可實(shí)現(xiàn)非勻速比傳動(dòng)要求,且該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。其作為新型的傳動(dòng)形式,對(duì)傳統(tǒng)的齒輪加工、設(shè)計(jì)、研發(fā)等技術(shù)提出了更高的要求,傳動(dòng)理論也亟需完善。
1 建立非圓齒輪有限元模型
ABQUS軟件中的有子空間迭代和Lanczos兩種特征值提取方法,適用于不同特征模態(tài)下的仿真分析,通過分析,本論文選擇了適合多自由度系統(tǒng)建模的Lanczos方法計(jì)算。
(1)確定仿真對(duì)象。本論文以非圓齒輪中的卵型齒輪為仿真對(duì)象,設(shè)置仿真參數(shù)如下:齒數(shù)為20,模數(shù)為5mm,,偏心率為0.1,齒頂高系數(shù)為1,頂隙系數(shù)為0.25,計(jì)算出齒輪長半軸為52.728,齒寬為 25mm,內(nèi)徑為25mm。
(2)建立有限元模型:在ABQUS中選擇創(chuàng)建steel材料模塊,設(shè)定相關(guān)模型參數(shù)如下:齒輪材質(zhì)為45號(hào)鋼,彈性模量為2.0×1011N/m,泊松比為0.3,密度為8×103kg/m,將該模塊設(shè)置作為非圓齒輪截面。根據(jù)非圓齒輪的現(xiàn)實(shí)運(yùn)行條件設(shè)置模型的邊界條件參數(shù)。研究可知當(dāng)非圓齒輪完成嚙合時(shí),其內(nèi)表面和軸之間為鍵聯(lián)接、過盈配合關(guān)系,在構(gòu)建模型時(shí),用剛性聯(lián)接來代替齒輪與軸之間的過盈配合,通過動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果顯示,這樣的簡化帶來的誤差可以忽略。為了更加準(zhǔn)確的仿真出非圓齒輪的嚙合過程,需要約束齒輪內(nèi)表面的5個(gè)自由度,包括繞X軸、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)及沿X軸、Y軸、Z軸方向水平移動(dòng)。在仿真軟件中,對(duì)三維實(shí)體模型只能約束3個(gè)軸向平移自由度,而要完成繞X軸、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的約束,可以通過增加一個(gè)非圓齒輪內(nèi)表面耦合來實(shí)現(xiàn),把內(nèi)表面關(guān)聯(lián)至非圓齒輪旋轉(zhuǎn)中心軸上的控制點(diǎn)上,然后借助對(duì)該點(diǎn)自由度的控制來實(shí)現(xiàn)約束非圓齒輪繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。
非圓齒輪的模態(tài)參數(shù)與外載荷沒有關(guān)系,因此無需設(shè)置非圓齒輪的載荷邊界參數(shù)。
在進(jìn)行非圓齒輪有限元模型網(wǎng)格劃分時(shí),應(yīng)盡量避免扭曲網(wǎng)格的出險(xiǎn),在扭曲程度較嚴(yán)重的部位,需采用更小的網(wǎng)格線行,從而降低模型誤差。在構(gòu)建三維模型時(shí),應(yīng)盡量使用六面體結(jié)構(gòu)單元,其得到的仿真結(jié)果相對(duì)更好,計(jì)算量也較低,而若采用四面體結(jié)構(gòu)單元,則仿真結(jié)果精度會(huì)下降,需要使用更多的結(jié)構(gòu)單元來彌補(bǔ),這會(huì)讓計(jì)算量遠(yuǎn)遠(yuǎn)增加。根據(jù)以上原理,本論文中采用掃掠網(wǎng)格劃分技術(shù)構(gòu)建模型,使用8 節(jié)點(diǎn)六面體減縮積分單元,得到非圓齒輪結(jié)構(gòu)模型,包括結(jié)構(gòu)單元49528個(gè),節(jié)點(diǎn)59440個(gè)。
2 非圓齒輪有限元模態(tài)分析結(jié)果
非圓齒輪的結(jié)構(gòu)振動(dòng)可看成是由各階固有振型組合而成,高階振動(dòng)對(duì)非圓齒輪結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響較小,而低階振動(dòng)則會(huì)對(duì)非圓齒輪的動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生較大影響。通??扇∏?0階結(jié)果作為模態(tài)分析對(duì)象。為了更加直觀的對(duì)比出非圓齒輪的振動(dòng)特性,還同時(shí)構(gòu)建了當(dāng)量圓柱齒輪的有限元模型,仿真出其振型及固有頻率,其對(duì)比結(jié)果如表1所示,并得到結(jié)論如下:(1)非圓齒輪的各階固有頻率差別很大,相比而言,圓柱齒輪的各階固有頻率差別很小。這種現(xiàn)象是因?yàn)閳A柱齒輪的輪齒是均勻分布的而非圓齒輪的輪齒則不是均勻分布所導(dǎo)致的;(2)非圓齒輪中不同輪齒的各階振型振幅差距明顯。如從非圓齒輪的第二階傘陣型對(duì)比可見,90度位置的輪齒振幅非常小,而0度位置的輪齒振幅則很明顯;(3)在非圓齒輪振型中,圓周振與對(duì)折振很明顯,而基本沒有徑向振動(dòng)。
綜上所述,在非圓齒輪中,圓周振與對(duì)折振發(fā)生的概率最高;在研發(fā)非圓齒輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)時(shí),要對(duì)仿真結(jié)果中顯示的固有頻率與振型加以分析,避免出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的工作頻率接近卵形齒輪固有頻率的情況,防止共振現(xiàn)象的出現(xiàn)。
在研究并建立某石化廠區(qū)3D仿真GIS的基礎(chǔ)上,應(yīng)用該GIS系統(tǒng)管理廠區(qū)內(nèi)廠房、裝置、設(shè)施設(shè)備、危險(xiǎn)源、罐區(qū)及消防設(shè)施等各類地物的地理位置和屬性信息。在發(fā)生各類燃燒、爆炸、泄漏事故時(shí)可以快速查找事故發(fā)生區(qū)域、調(diào)取事故地點(diǎn)裝置、設(shè)備及消防設(shè)施等地物信息,進(jìn)行救援路線的選擇,從而為石化企業(yè)安全生產(chǎn)、應(yīng)急管理及救援等提供幫助。
關(guān)鍵詞:
GIS,石化企業(yè),應(yīng)急處置,三維仿真
長期以來GIS僅限于人與數(shù)據(jù)或模型之間的交流,這使得認(rèn)識(shí)空間和使用工具處理問題的方法不一致,導(dǎo)致GIS僅能應(yīng)對(duì)一、二維世界中的問題;然而真實(shí)的地理世界是三維連續(xù)分布,傳統(tǒng)的GIS缺乏描述真實(shí)三維客觀世界的能力,導(dǎo)致其很難適應(yīng)GIS社會(huì)化、公眾化的發(fā)展趨勢(shì)[1],制約其在不同行業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用。
相對(duì)2D-GIS,3D-GIS從立體角度描述地理空間現(xiàn)象,將客觀世界以一種逼真的效果帶給人更加真實(shí)的感受,從而為管理者帶來全新的管理方法[2]。3D-GIS從平面和垂向兩個(gè)方面來表達(dá)和描述空間對(duì)象之間的關(guān)系,并且可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間對(duì)象的三維空間分析與操作功能,而這能夠?qū)⒖陀^世界以一種更真實(shí)的方式展示給用戶[3-5]。在石化企業(yè)應(yīng)急處置中通常對(duì)危險(xiǎn)及危害單元僅以危險(xiǎn)等級(jí)的形式表示危險(xiǎn)程度,并不能以直觀的資料如視頻、動(dòng)畫、圖表、聲音等形式展示給管理者[6];建立3D-GIS系統(tǒng)后,管理者可以通過系統(tǒng)直觀地瀏覽重點(diǎn)裝置、危險(xiǎn)源及其他設(shè)備設(shè)施,滿足其對(duì)生產(chǎn)事故的預(yù)警、應(yīng)急管理以及指揮的需求,從而提高事故應(yīng)急管理水平,并可在短時(shí)間內(nèi)制定應(yīng)急救援方案[7]。本文將介紹某石化廠三維仿真可視化管理信息系統(tǒng),表明3D-GIS在石化企業(yè)安全應(yīng)急處置中的前景。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)將某石化企業(yè)下屬某廠內(nèi)各類裝置儀器、廠房、管廊、道路、儲(chǔ)罐等地物通過三維建模的方式生成模型圖,通過Ar-cGISServer,實(shí)現(xiàn)了廠區(qū)圖形要素的三維瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)及緩沖區(qū)分析等功能,為某石化企業(yè)在安全管理、企業(yè)規(guī)劃等方面提供直觀、形象的數(shù)據(jù)及信息。采用B/S架構(gòu)的開發(fā)方式,以ArcGISServer9.3為數(shù)據(jù)管理和開發(fā)平臺(tái),以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)三維仿真數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)等資料海量數(shù)據(jù)的管理、維護(hù);采用Java語言,應(yīng)用Flex富客戶端技術(shù),使系統(tǒng)交互性更強(qiáng)、界面更加友好、網(wǎng)絡(luò)效率更高,系統(tǒng)的整體功能更加強(qiáng)大。嚴(yán)格按照軟件工程相關(guān)規(guī)范進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè),以面向?qū)ο蟮姆治龇椒ㄟM(jìn)分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn),將三維仿真管理信息系統(tǒng)建設(shè)成為易于維護(hù)、易于擴(kuò)展、易于理解、效果逼真、功能強(qiáng)大的三維仿真系統(tǒng)。對(duì)于GIS數(shù)據(jù)的管理和維護(hù),系統(tǒng)將采用B/S和C/S模式的混合開發(fā)方式,以C/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)的編輯、維護(hù),B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的、瀏覽。系統(tǒng)功能分為地圖基本操作、空間分析、數(shù)據(jù)編輯和系統(tǒng)管理等四部分:1)地圖基本操作,包括三維仿真地圖和二維地圖的漫游、放大、縮小、全圖等功能;2)空間分析,包括量測(cè)、緩沖區(qū)分析、要素的查詢、分析、統(tǒng)計(jì)等功能;3)數(shù)據(jù)編輯,提供對(duì)裝置、廠房、儲(chǔ)罐以及廠區(qū)和注記的添加、修改、刪除等功能;4)系統(tǒng)管理,為系統(tǒng)管理人員提供用戶的添加、修改、刪除以及角色、權(quán)限的添加、修改和權(quán)限分配功能。
2應(yīng)用
該系統(tǒng)依托ArcGIS9.3平臺(tái),以石化企業(yè)某廠為基礎(chǔ)構(gòu)建三維仿真管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了各車間廠房、設(shè)備設(shè)施、消防設(shè)施及其他數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和資源共享。在此基礎(chǔ)上,企業(yè)管理者在事故安全應(yīng)急管理工作中可以通過該系統(tǒng)直觀的獲取廠區(qū)的各類地物信息,不僅確保了安全應(yīng)急管理工作中所需數(shù)據(jù)的可靠性,更為在事故發(fā)生時(shí)管理者的應(yīng)急決策提供了技術(shù)支持。管理者通過地圖操作即可實(shí)現(xiàn)即三維仿真地圖和二維地圖的漫游、放大、縮小、全圖等功能。通過查詢統(tǒng)計(jì)分析即可查詢某一區(qū)域內(nèi)廠房、設(shè)備、圓罐等的分布情況;信息查詢可以精確查詢某一裝置的詳細(xì)信息,如名稱、組成、建設(shè)年限、投入使用日期等;消防統(tǒng)計(jì)則可以顯示某區(qū)域內(nèi)消防井、消防栓、消防炮等設(shè)施的分布情況及數(shù)量信息。其他功能如最優(yōu)路徑選擇,當(dāng)事故發(fā)生時(shí),通往事故發(fā)生地有多條路徑中,但其中幾條路徑有障礙或者需要最短的路徑時(shí),可以選擇路徑選取工具,進(jìn)行最優(yōu)路徑選擇。當(dāng)廠區(qū)某處發(fā)生變更時(shí),可以通過系統(tǒng)直接添加或者刪除變更處的信息,從而做到了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新。當(dāng)管理者面對(duì)生產(chǎn)事故應(yīng)急處置時(shí),通過本系統(tǒng)便可快速調(diào)取事故地點(diǎn)詳細(xì)信息,如事故區(qū)域內(nèi)廠房、裝置、設(shè)備、消防設(shè)施等的地理位置、屬性信息,從而便于管理者調(diào)配救援資源,同時(shí)系統(tǒng)還可以根據(jù)管理者的條件設(shè)定,給出最佳的救援線路以縮短救援時(shí)間,減少事故造成的損失。
3結(jié)束語
通過系統(tǒng)開發(fā)的地圖基本操作、空間分析、數(shù)據(jù)編輯和系統(tǒng)管理等功能實(shí)現(xiàn)了某石化企業(yè)某廠區(qū)二、三維可視化。在研究三維仿真GIS在石化企業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)上,針對(duì)企業(yè)所需羅列了管理者通過該系統(tǒng)獲得的技術(shù)支持,如瀏覽全局,查詢裝置、設(shè)備設(shè)施、危險(xiǎn)源的地理位置和屬性等信息,事故發(fā)生時(shí)緩沖區(qū)域的建立、救援路徑的選擇等,不僅能為企業(yè)的日常生產(chǎn)、安全管理提供幫助,更能夠在事故發(fā)生時(shí)為管理者在應(yīng)急處置、救援中提供直觀、科學(xué)的參考。
參考文獻(xiàn)
[1]WuWeiping,ZhuQing,DuZhiqiangetal.DesignandImple-mentationof3DModelDatabaseforGeneral-Purpose3DGIS[J].Geo-SpatialInformationScicence,2010,13(3):210-215
[2]師向東.基于場(chǎng)景圖的GIS三維可視化技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D].沈陽:東北大學(xué),2008:1-61
[3]許捍衛(wèi),茆德柱,何江,等.基于ArcEngine的GIS三維功能開發(fā)技術(shù)研究[J].測(cè)繪工程,2006,15(6):50-53
[4]裴倩,常新盼.三維地理信息系統(tǒng)在數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用研究[EB/OL].2012-5-1[2015-6-25]中國科技論文在線.
[5]RaperJ.ThreedimensionalapplicationsinGeographicalIn-formationSystem[M].TaylorandFrancisLtd.,London,1989
[6]王曉宇,王凱全,周寧.GIS在大型石化企業(yè)事故應(yīng)急管理中的應(yīng)用[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2007,17(9):73-77
關(guān)鍵詞:船舶;虛擬仿真技術(shù);建造評(píng)估;應(yīng)用
中圖分類號(hào):TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-8937(2013)08-0084-02
1 船舶虛擬仿真技術(shù)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
在船舶工業(yè)里面對(duì)虛擬仿真技術(shù)加以應(yīng)用,能使敏捷造船、并行工程以及數(shù)字化造船得以實(shí)現(xiàn),同時(shí)它也是我國傳統(tǒng)造船模式轉(zhuǎn)向現(xiàn)代化的重要環(huán)節(jié)之一。對(duì)虛擬仿真技術(shù)加以運(yùn)用,在建造船舶之前,工程師可在虛擬環(huán)境下對(duì)船舶的建造過程進(jìn)行仿真,從而改進(jìn)和評(píng)價(jià)船舶的工藝與設(shè)計(jì),這樣便于指導(dǎo)船廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)。在船舶行業(yè)里運(yùn)用虛擬仿真技術(shù),能使生產(chǎn)效率得到提升,降低生產(chǎn)成本,使建筑周期縮短,從而為我國船舶行業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。
船舶的建造評(píng)估和設(shè)計(jì)可以使先前工藝或前期設(shè)計(jì)導(dǎo)致的工程修改得以消除,進(jìn)而對(duì)船舶企業(yè)的成本、質(zhì)量以及生產(chǎn)效率產(chǎn)生直接的影響?,F(xiàn)如今,許多國家正在開展以虛擬仿真評(píng)估和數(shù)字化描述相結(jié)合的船舶虛擬制造、設(shè)計(jì)仿真技術(shù)的應(yīng)用研究,并且在船舶建造中也應(yīng)用了多種仿真評(píng)估軟件,而且其研制水平和效率還在近年來得到了大幅提升,包括我國在內(nèi)的許多國家都正在尋求提升研制質(zhì)量、節(jié)省研制費(fèi)用、縮短研制時(shí)間的新方式。
挪威UD公司作為船舶設(shè)計(jì)的佼佼者,現(xiàn)如今,他們?cè)趯?duì)新船型進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),全都會(huì)對(duì)三維模型加以利用,然后在虛擬環(huán)境下綜合評(píng)價(jià)鉆井船的設(shè)備布局、布置、外觀等,分析虛擬船舶水動(dòng)力,對(duì)虛擬評(píng)估進(jìn)行分段劃分,并仿真船舶的作業(yè)過程。
自20世紀(jì)90年代一來,我國開始對(duì)各種先進(jìn)的仿真技術(shù)加以研究,并開展大規(guī)模系統(tǒng)仿真。但將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在海洋和船舶領(lǐng)域的起步還比較晚,現(xiàn)如今,其工作最主要集中在初步實(shí)施和理論研究的應(yīng)用階段,此外,國內(nèi)的船舶研究所也開發(fā)有虛擬仿真的軟件系統(tǒng)和硬件平臺(tái)。
2 將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在船舶的建造評(píng)估中
此項(xiàng)技術(shù)通過對(duì)虛擬實(shí)體模型加以利用,來實(shí)現(xiàn)評(píng)估船舶建造過程的目的,包含船舶生產(chǎn)工藝規(guī)劃、操作順序驗(yàn)證、生產(chǎn)系統(tǒng)創(chuàng)建。它能支持船舶生產(chǎn)管理、機(jī)器人仿真、人機(jī)功效分析、作業(yè)時(shí)間測(cè)定、工藝規(guī)劃與驗(yàn)證等的內(nèi)容。
2.1 在建造前期的論證評(píng)估中運(yùn)用
船舶建造的內(nèi)容之一便是根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)力布局要求以及實(shí)際能力,對(duì)船舶企業(yè)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和發(fā)展條件加以研究,對(duì)船舶企業(yè)的發(fā)展方向和規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè)和論證,將企業(yè)建設(shè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)擬定出來。在建造船舶的前期對(duì)生產(chǎn)規(guī)劃進(jìn)行論證評(píng)估是一項(xiàng)綜合性非常強(qiáng)的工作,這個(gè)過程需要對(duì)企業(yè)多方面信息進(jìn)行分析。此項(xiàng)技術(shù)可用于對(duì)當(dāng)前企業(yè)環(huán)境、生產(chǎn)規(guī)模以及結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行虛擬,并由設(shè)計(jì)人員在虛擬中模擬各種設(shè)想,經(jīng)由分析信息數(shù)據(jù)庫對(duì)各種設(shè)想利弊進(jìn)行分析,同時(shí)對(duì)其可行性加以論證,這就包括環(huán)境影響、船型選擇、生態(tài)保護(hù)、現(xiàn)狀分析等工作。此項(xiàng)技術(shù)為船舶的建造前期論證提供了論證方式和技術(shù)手段。
2.2 在建造方案的設(shè)計(jì)評(píng)估中運(yùn)用
船舶建造方案通過設(shè)計(jì)人員將各種想法不斷形象法和概念法,同時(shí)用相應(yīng)生產(chǎn)手段加以表達(dá)出來,這個(gè)過程需要對(duì)前后進(jìn)行參照,在設(shè)計(jì)方案時(shí),要求方案的初步設(shè)計(jì)和深入設(shè)計(jì)必須具有交互性。對(duì)虛擬仿真技術(shù)所具備的交互性和真實(shí)性特征加以利用,可用于對(duì)三維空間進(jìn)行虛擬,從而使設(shè)計(jì)人員可以對(duì)他們的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行更精確的表達(dá)。例如,由中國船舶工業(yè)集團(tuán)研究所開發(fā)出來的虛擬仿真評(píng)估系統(tǒng)。通過對(duì)不同總組方案的比較,將船舶的建造設(shè)計(jì)思維在虛擬環(huán)境里展現(xiàn)出來,讓設(shè)計(jì)人員可直觀的對(duì)其進(jìn)行評(píng)析,通過對(duì)方案生產(chǎn)環(huán)境、結(jié)構(gòu)布局的協(xié)調(diào)性進(jìn)行觀測(cè)并比較,可對(duì)設(shè)計(jì)思維進(jìn)行修改完善。對(duì)虛擬三維空間加以利用,進(jìn)而為生產(chǎn)方案在場(chǎng)地位置設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)調(diào)整、生產(chǎn)布局選擇、結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面提供依據(jù),從而使后續(xù)生產(chǎn)過程可以更為合理。
2.3 在生產(chǎn)方案的比較中運(yùn)用
此技術(shù)所創(chuàng)建的環(huán)境為三維虛擬環(huán)境,它可對(duì)構(gòu)建環(huán)境進(jìn)行全方位展示,并且通過虛擬現(xiàn)狀,讓建造方案可以更加真實(shí)。此技術(shù)可以讓建造方案在表現(xiàn)上突破原有平面、靜態(tài)的模式,讓建造人員的思想可以更形象和直觀的呈現(xiàn)在操作者面前,使規(guī)劃方案與操作者之間能有更強(qiáng)的交互性,從而對(duì)多人員多層次協(xié)調(diào)參與船舶的建造有利。
可通過許多途徑來實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)需要達(dá)到的目標(biāo),而這當(dāng)中必不可少的一環(huán)便是方案比較。虛擬仿真技術(shù)為方案比較提供了一個(gè)更為有效和方便的應(yīng)用工具。在進(jìn)行方案比較時(shí),可在船舶建造的虛擬系統(tǒng)中對(duì)生產(chǎn)方案加以直接使用,讓設(shè)計(jì)方案可以在虛擬三維空間里得到體現(xiàn)。對(duì)試用不同的方案,并考察其對(duì)生產(chǎn)環(huán)境所形成的影響,對(duì)各生產(chǎn)要素不同的設(shè)想進(jìn)行評(píng)價(jià)比較,并進(jìn)行不同方案的實(shí)時(shí)切換,然后在同一建造序列和生產(chǎn)項(xiàng)目中感受不同的生產(chǎn)效果,從而對(duì)設(shè)計(jì)合理性加以判斷。與此同時(shí),還可運(yùn)用技術(shù)手段量化分析比較方案中的具體指標(biāo),從而使船舶生產(chǎn)方案能更加合理。例如,運(yùn)用SPD-V3.2設(shè)計(jì)軟件虛擬布置機(jī)艙管路的結(jié)構(gòu)方案。在評(píng)估方案的基礎(chǔ)上,對(duì)機(jī)艙管路設(shè)計(jì)合理性以及工藝合理性進(jìn)行驗(yàn)證,進(jìn)而將設(shè)計(jì)中存在的缺陷找出,從而使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)返工率得以降低。
2.4 在建造過程中運(yùn)用
在建造船舶時(shí),對(duì)虛擬仿真評(píng)估技術(shù)加以利用,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶建造方案實(shí)施效果進(jìn)行先期檢驗(yàn),也就是看其能否達(dá)到環(huán)境、生產(chǎn)的最佳綜合效益,并在實(shí)施中不斷選擇和修改,最終幫助決策者來決定后續(xù)的生產(chǎn)方案。比如,可通過虛擬仿真技術(shù)將某虛擬方案和船舶生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合,進(jìn)而將建造方案實(shí)施狀況予以真實(shí)展現(xiàn),從而使由于方案欠缺而造成的效益損失狀況得以減少。此外,此技術(shù)還能對(duì)溫度、噪音等不可見現(xiàn)象進(jìn)行模擬,從而達(dá)到檢測(cè)影響船舶生產(chǎn)各因素的目的。
3 船舶虛擬仿真的評(píng)估應(yīng)用實(shí)現(xiàn)現(xiàn)存問題
①虛擬仿真技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用。作為船舶建造領(lǐng)域極為重要的技術(shù),虛擬仿真技術(shù)一定要與建造技術(shù)規(guī)范、規(guī)定等相符。但由當(dāng)前情況可知,因?yàn)榇敖ㄔ鞓?biāo)準(zhǔn)化問題尚未解決,為保障虛擬軟件商的軟件獨(dú)立性,使得軟件系統(tǒng)之間存在較差的兼容性,要想使仿真成果的協(xié)調(diào)和共享得以實(shí)現(xiàn),就必須對(duì)仿真技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化問題加以研究。通過對(duì)同一設(shè)計(jì)平臺(tái)的開發(fā),使協(xié)同平臺(tái)集成效率得到提升,從而在更大范圍上實(shí)現(xiàn)信息的共享和設(shè)計(jì)的協(xié)同。
②改進(jìn)建造設(shè)計(jì)技術(shù)。在傳統(tǒng)船舶的設(shè)計(jì)中絕大部分平面結(jié)構(gòu)圖的表達(dá)方式為二維表達(dá),最近幾年開始引進(jìn)三維技術(shù),從而形成了三維與二維相結(jié)合的建造技術(shù)模式。但在我國,由于虛擬仿真技術(shù)欠缺完善化和標(biāo)準(zhǔn)化的仿真軟件作為載體,假如能將生產(chǎn)技術(shù)改為規(guī)范化的三維表達(dá)和設(shè)計(jì)模式,將會(huì)對(duì)此技術(shù)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的進(jìn)一步應(yīng)用有利。
③生產(chǎn)設(shè)計(jì)習(xí)慣與傳統(tǒng)觀念問題。因?yàn)榇隧?xiàng)技術(shù)尚且處在推廣使用期,現(xiàn)如今設(shè)計(jì)人員對(duì)此技術(shù)的認(rèn)識(shí)尚且不足,并且傳統(tǒng)觀念并未隨著技術(shù)進(jìn)步而有所改進(jìn)。絕大部分船舶企業(yè)在此項(xiàng)技術(shù)上尚且停留在演示層次,并未認(rèn)識(shí)到此項(xiàng)技術(shù)的深層效用。此外,由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)習(xí)慣對(duì)新方法的使用形成了一定制約作用,要想在短時(shí)間內(nèi)改變此種設(shè)計(jì)習(xí)慣還有一定難度。對(duì)此技術(shù)進(jìn)行及時(shí)的開發(fā)利用,對(duì)此技術(shù)的三維平臺(tái)設(shè)計(jì)平臺(tái)加以搭建,將對(duì)培養(yǎng)設(shè)計(jì)人員普及性有利。
④虛擬仿真技術(shù)有待完善。因?yàn)榇隧?xiàng)技術(shù)自身存在一定局限性,使得此技術(shù)在船舶設(shè)計(jì)某些場(chǎng)合中的應(yīng)用尚且存在一定難度。比如,對(duì)建造方案在構(gòu)思期的表達(dá)模糊性問題以及修改實(shí)時(shí)性問題,建立標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系統(tǒng)、建立預(yù)測(cè)分析模型等問題上依舊存在一定的技術(shù)障礙。
⑤船舶行業(yè)中虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用效果不顯著。此項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)需要投入大量資金和尖端設(shè)備。盡管此項(xiàng)技術(shù)在研究船舶生產(chǎn)作業(yè)形式和建造方案上屬于高科技手段,但由于開發(fā)此項(xiàng)軟件產(chǎn)品的價(jià)格確實(shí)相當(dāng)昂貴,并且其系統(tǒng)兼容性也比較差,現(xiàn)如今,國內(nèi)對(duì)此系統(tǒng)的應(yīng)用還多半依賴于進(jìn)口提供,因?yàn)槟壳拔覈目蒲性簾o法對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行全面配置,在各高校也無法運(yùn)用多系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)學(xué)員的全面培訓(xùn),導(dǎo)致此項(xiàng)技術(shù)在船舶行業(yè)中并不能取得很好的應(yīng)用效果,這也是實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)在船舶設(shè)計(jì)中應(yīng)用的一個(gè)難點(diǎn)。
要想使上述問題得到解決,極為重要的一點(diǎn)便是全面應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù),在軟件開發(fā)公司的作用下,開發(fā)具有普及型的仿真技術(shù)軟件是非常必要的,同時(shí)需要科研院和相關(guān)院校合作,對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的培訓(xùn)。
4 結(jié) 語
因?yàn)樵趪鴥?nèi)的船舶生產(chǎn)評(píng)估過程中應(yīng)用虛擬仿真評(píng)估技術(shù)尚屬起步階段,并且在國外也并無標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用模式可供借鑒,再加上國內(nèi)造船現(xiàn)狀有別于國外,此外,由于船舶虛擬仿真的評(píng)估技術(shù)是伴隨船舶制造工藝以及技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的,所以,它的研究工作、虛擬維修、新工藝等許多方面還有待完善和改進(jìn)。現(xiàn)如今,集成化仿真已經(jīng)成為船舶制造的發(fā)展方向,此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也已經(jīng)成為船舶制造模式最為關(guān)鍵性的技術(shù),并且已經(jīng)變成船舶制造能力得到提升的手段之一,此外,在船舶企業(yè)中應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù),將會(huì)為企業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展提供技術(shù)支撐。
參考文獻(xiàn):
[1] 謝榮.船舶虛擬仿真技術(shù)在船舶建造評(píng)估中的應(yīng)用研究[J].船舶工程,2011,(5).
[2] 蔣艷會(huì),甄希金,韋乃琨,等.船舶虛擬裝配系統(tǒng)研究及應(yīng)用[A].第十二屆全國內(nèi)河船舶與航運(yùn)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].北京:《中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)》電子雜志社,2012.
[3] 謝子明,徐東,朱蘇.虛擬造船技術(shù)應(yīng)用探討[A].2011年中國造船工程學(xué)會(huì)優(yōu)秀論文集[C].北京:《中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)》電子雜志社,2011.
[4] 楊潤黨,范秀敏,王文榮.虛擬仿真技術(shù)在船舶建造過程中的研究與應(yīng)用[J].艦船科學(xué)技術(shù),2008,(1).
關(guān)鍵詞:三維模型,Creator,LOD,DOF
1 引言
虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality,簡稱VR)是20世紀(jì)80 年代末90 年代初崛起的一種實(shí)用技
術(shù),它以構(gòu)想性(Imagination)、交互性(Interaction)、沉浸性(Immersion)三大特點(diǎn)為用戶
提供臨場(chǎng)感。場(chǎng)景建模是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的表現(xiàn)形式之一,它匯集了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)。場(chǎng)景建模用計(jì)算機(jī)軟、硬件對(duì)事物進(jìn)行模擬,這種模擬要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)由三維數(shù)據(jù)信息所構(gòu)成的可操控的空間。其最重要的目標(biāo)是真實(shí)體驗(yàn)和后期的方便自然的人機(jī)交互。目前,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用前景與科學(xué)價(jià)值已引起了人們的廣泛關(guān)注,特別是在軍事、教育訓(xùn)練、工程技術(shù)、建筑工程、醫(yī)學(xué)等方面有廣泛的應(yīng)用前景。
高架庫仿真系統(tǒng)可以作為部隊(duì)倉庫管理人員的訓(xùn)練系統(tǒng),本文主要是探討虛擬現(xiàn)實(shí)軟件Multigen Creator(以下簡稱Creator)在高架庫場(chǎng)景建模(如圖1所示)的中的應(yīng)用。
2 Creator簡介
Creator是美國MultiGen-Paradigm公司推出的一種建模軟件系統(tǒng),專門創(chuàng)建用于視景仿真的實(shí)時(shí)三維模型。它性能優(yōu)越、系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定性好,具有其它建模軟件無法比擬的優(yōu)點(diǎn),在可視化仿真領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,如圖2所示。它具有強(qiáng)大的建模功能,可為眾多的不同圖像發(fā)生器提供建模系統(tǒng)及工具;同時(shí),它提供更靈活的Open Flight格式,該格式成為三維建模領(lǐng)域中流行的圖像生成格式,并成為仿真領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Creator的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:
(1)具有多種視圖結(jié)構(gòu)與開發(fā)工具,有類似于AutoCAD以及3Dmax的菜單及視圖架構(gòu),使用方便。
(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)清晰,便于快速建模與維護(hù)。作為一種層次性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),Creator使用幾何層次結(jié)構(gòu)和屬性來描述三維物體,可以對(duì)幾何層的數(shù)據(jù)進(jìn)行直接操作。
(3)采用LOD(Level of Detail)節(jié)點(diǎn)技術(shù)使創(chuàng)建、結(jié)構(gòu)化、修改和優(yōu)化模型數(shù)據(jù)庫更容易,數(shù)據(jù)處理更加合理,高效,非常適用于大型的視景仿真建模。LOD是Creator數(shù)據(jù)處理的主要技術(shù)之一,它根據(jù)觀察視點(diǎn)的位置,來確定模型的精細(xì)程度,距離視點(diǎn)近的模型精細(xì)度高,而距離視點(diǎn)遠(yuǎn)的模型精細(xì)度低。
(4)采用DOF(Degree of Freedom)節(jié)點(diǎn)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)后期的人機(jī)交互。DOF技術(shù)也是Creator數(shù)據(jù)處理的主要技術(shù)之一,它是通過為動(dòng)態(tài)模型設(shè)置一個(gè)DOF父節(jié)點(diǎn),然后,在Vega(視景驅(qū)動(dòng)軟件)中通過控制DOF節(jié)點(diǎn)來控制其子節(jié)點(diǎn)(該動(dòng)態(tài)模型)在虛擬場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)。
另外,Creator完成三維建模與傳統(tǒng)的AutoCAD、3Dmax建模方法有很大的不同,Creator更多的考慮系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性,它采用紋理、光照等技術(shù)來提高逼真度,減小數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)冗余性,使存儲(chǔ)格式更精煉,滿足觀眾和仿真之間的動(dòng)態(tài)交互。
3 場(chǎng)景建模
高架庫場(chǎng)景建模的流程圖如圖3所示。
(1)模型設(shè)計(jì)
高架庫需要建立的場(chǎng)景三維模型劃分為兩大部分:靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。。靜態(tài)模型主要包括:庫房、控制臺(tái)、高架、軌道等。動(dòng)態(tài)模型主要包括:分揀帶、RGV車、傳送帶、垛機(jī)、轉(zhuǎn)向車、戰(zhàn)儲(chǔ)箱等。另外,還需要掌握整個(gè)倉庫的物體的布局以及哪些物體的表面需要使用貼圖以增加逼真度。對(duì)于需要實(shí)時(shí)交互控制的物體要重點(diǎn)考慮,比如垛機(jī)、控制屏,其中控制屏內(nèi)的每一個(gè)按鈕都需要建模,這是因?yàn)閷?shí)時(shí)交互時(shí)需要操縱它來控制垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)。
(2)實(shí)物數(shù)據(jù)收集
實(shí)地考察高架庫,采集實(shí)物屬性數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù):通過測(cè)量獲得庫房、內(nèi)部設(shè)備的尺寸和位置坐標(biāo)等屬性數(shù)據(jù),通過拍攝獲得實(shí)物的真實(shí)紋理數(shù)據(jù)和參數(shù)。需要說明的是,根據(jù)模型設(shè)計(jì)所述,對(duì)于具有比較復(fù)雜的表面或者無足輕重、可使用貼圖建模的物體,比如控制臺(tái)的計(jì)算機(jī)屏幕、地面紋理、戰(zhàn)儲(chǔ)箱的表面迷彩,需要拍下其表面的圖像,處理后用于最后的紋理建模。拍攝時(shí)盡量正面拍,不要開閃光燈,因?yàn)殚W光燈所造成的光斑可能會(huì)和虛擬環(huán)境及所設(shè)燈光不符。
(3)實(shí)物建模
建模的關(guān)鍵技術(shù)是坐標(biāo)系的各種變換,這是使用Creator進(jìn)行建模的基礎(chǔ)。建模的一般方法是:首先,利用所獲得的屬性數(shù)據(jù)在Creator中分別建立各實(shí)物的模型,然后,把它們集成到場(chǎng)景中。下面僅對(duì)高架庫建模的特點(diǎn)及其方法介紹如下:
① 高架庫組成元素的多樣性決定了其三維模型的復(fù)雜程度非常高,其數(shù)據(jù)庫的面片數(shù)量很大,要驅(qū)動(dòng)這么大的場(chǎng)景,計(jì)算機(jī)要顯示的面片數(shù)是很多的,為了能夠節(jié)省系統(tǒng)資源,可以將一些離瀏覽者比較遠(yuǎn)的模型進(jìn)行一些顯示上的細(xì)節(jié)調(diào)整,這就需要用到LOD節(jié)點(diǎn)技術(shù)。通過LOD節(jié)點(diǎn)我們可以將高架、戰(zhàn)儲(chǔ)箱、傳送帶的轉(zhuǎn)軸(它們占了整個(gè)數(shù)據(jù)庫的50%)進(jìn)行一些細(xì)節(jié)顯示的控制,讓它們?cè)陔x瀏覽者不同的距離時(shí)顯示不同精度的模型。
以戰(zhàn)儲(chǔ)箱為例,當(dāng)距離很近時(shí)應(yīng)顯示最高精度的細(xì)節(jié),比如,這時(shí)因?yàn)樾枰蜷_它的門取放器材,所以它的門要顯示出來;距離稍遠(yuǎn)時(shí),只能看到其外表,所以可以把門所在面上的所有面片合并為一個(gè)面片;當(dāng)距離再遠(yuǎn)些,其頂部的面片可以去掉,漫游到倉庫庫房外時(shí),則不再顯示該戰(zhàn)儲(chǔ)箱。那么,可以使用LOD技術(shù)實(shí)現(xiàn)這三個(gè)細(xì)節(jié)層次,具體設(shè)置步驟如下:
首先,在數(shù)據(jù)庫中該戰(zhàn)儲(chǔ)箱DOF節(jié)點(diǎn)(其名稱為4_1_2)下創(chuàng)建三個(gè)LOD節(jié)點(diǎn),分別為:LOD_1作為最近距離節(jié)點(diǎn),LOD_2作為中距離節(jié)點(diǎn),LOD_3作為遠(yuǎn)距離節(jié)點(diǎn),如圖4所示。LOD的有效距離范圍是SwitchOut-Switch In,Switch Out表示模型距離瀏覽者的最近距離,SwitchIn表示模型距離瀏覽者的最遠(yuǎn)距離,在圖4中,它們的有效距離分別為0-50米、50米-80米、80米-200米。當(dāng)距離超出200米時(shí)就看不到它了,因?yàn)閳?chǎng)景不再渲染它了,這就加快了漫游的速度。
然后,根據(jù)距離越近精度越高的原則設(shè)置三個(gè)LOD節(jié)點(diǎn)下的戰(zhàn)儲(chǔ)箱模型的細(xì)節(jié)。
最后,需要在視景仿真軟件中調(diào)用該文件,以查看該戰(zhàn)儲(chǔ)箱的細(xì)節(jié)控制的效果,然后適當(dāng)調(diào)整各LOD節(jié)點(diǎn)的SwitchOut和Switch In參數(shù)值即可。
② 高架庫需要?jiǎng)?chuàng)建的動(dòng)態(tài)模型數(shù)量很多,如果在Vega中通過為這些設(shè)備(包括設(shè)備上局部的動(dòng)態(tài)構(gòu)件)設(shè)置不同的Player(Vega中可被驅(qū)動(dòng)的對(duì)象),那么任務(wù)量太大,而且不便于人機(jī)交互以及模型之間的關(guān)聯(lián)動(dòng)作的設(shè)置。Creator的DOF節(jié)點(diǎn)技術(shù)可以很好的解決這個(gè)問題。。下面以垛機(jī)(如圖5所示)為例說明DOF的設(shè)置方法。
垛機(jī)需要?jiǎng)討B(tài)控制的部分包括:垛機(jī)、載物平臺(tái)、叉桿(包括低、中、高三組,作用是從高架上取送戰(zhàn)儲(chǔ)箱等)。它們之間的關(guān)系是“父子”關(guān)系,“父”帶著“子”一起運(yùn)動(dòng),“子”的運(yùn)動(dòng)不影響“父”的運(yùn)動(dòng)。所以,在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建DOF節(jié)點(diǎn)的時(shí)候,需要按照它們之間的“父子”順序,自上而下建立5個(gè)DOF節(jié)點(diǎn),名稱分別為duoji、pingtai、cha_down、cha_middle、cha_up,然后把垛機(jī)、載物平臺(tái)、低叉桿、中叉桿、高叉桿的模型分別設(shè)置為這五個(gè)DOF節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)即可,如圖6所示。這樣,在視景仿真軟件(比如Vega)中就可以通過DOF節(jié)點(diǎn)來分別控制垛機(jī)、載物平臺(tái)、低叉桿、中叉桿、高叉桿等模型的運(yùn)動(dòng)了。
(4)編輯紋理
由于高架庫模型數(shù)量很大,需要使用大量的貼圖,所以在編輯紋理時(shí),一定要用圖形處理軟件將圖像處理得盡可能最小,以圖像不失真為準(zhǔn)。否則,圖像太大會(huì)消耗掉大量的顯存,影響實(shí)時(shí)渲染的速度。
對(duì)紋理貼圖寬高比只要求和所應(yīng)用的面相同或大致相同的圖像來說,只要把它的寬高比、明亮度、色調(diào)等稍作調(diào)整就可以了,如戰(zhàn)儲(chǔ)箱的貼圖處理。
圖形格式要和后期使用的實(shí)時(shí)場(chǎng)景仿真軟件所支持的格式相符,比如Vega 支持的紋理的格式有RGB、RGBA、INT、INTA、BMP、JPG。
(5)紋理建模
紋理建模就是把編輯好的真實(shí)場(chǎng)景的紋理貼圖應(yīng)用到相應(yīng)的模型上,所有使用的貼圖都放在貼圖庫里進(jìn)行統(tǒng)一管理。圖7所示是將編輯好的戰(zhàn)儲(chǔ)箱的正面紋理作為貼圖應(yīng)用到它的模型表面。。
最后,導(dǎo)出為.flt文件。
4 結(jié)束語
本文以基于Creator建模工具進(jìn)行高架庫的場(chǎng)景建模的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),說明了Creator在創(chuàng)建用于視景仿真的實(shí)時(shí)三維模型方面,具有其他建模軟件沒有的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì),非常適合像高架庫一樣海量數(shù)據(jù)的大場(chǎng)景的建模。另外,本文所闡述的建模流程、高架庫建模中的實(shí)際要求及其解決方法對(duì)所有基于Creator進(jìn)行的場(chǎng)景建模都有一定的借鑒意義和實(shí)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn):
[1] 孟曉梅,劉文慶.Multigen Creator教程[M].國防工業(yè)出版社,2002。
[2]王冬海.三維視景仿真技術(shù)在地鐵列車運(yùn)行控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用[D].北京交通大學(xué)碩士畢業(yè)論文,2004。
關(guān)鍵詞:SMT 貼片機(jī) 仿真 虛擬設(shè)備 3D
表面貼裝技術(shù)(Surface Mounting Technology,SMT)是應(yīng)用最為廣泛的新一代的電子組裝技術(shù),元器件不斷的向微型化和密集化方向發(fā)展被譽(yù)為電子組裝技術(shù)一次革命。
在電子產(chǎn)品組裝生產(chǎn)的傳統(tǒng)模式中,設(shè)計(jì)一般是由設(shè)計(jì)工程師在計(jì)算機(jī)上利用多種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具來完成,生產(chǎn)制造則在各種數(shù)控設(shè)備(如貼裝機(jī)等)上完成。每一種產(chǎn)品在加工之前,制造工程師首先必須對(duì)設(shè)備編程并反復(fù)試驗(yàn),以確保操作規(guī)程的可行性和正確性,然后進(jìn)行試生產(chǎn),反復(fù)修改直到最后定型,再投入實(shí)際的批量生產(chǎn)。生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間很長,投入資金很大。
SMT虛擬生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì),即采用計(jì)算機(jī)建模與仿真技術(shù),在高性能計(jì)算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下,在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)同工作,通過三維模型及動(dòng)畫或虛擬現(xiàn)實(shí),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)及企業(yè)各級(jí)過程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程,以增強(qiáng)制造過程各級(jí)的決策與控制能力。虛擬制造是對(duì)已有或未來的制造活動(dòng)進(jìn)行仿真,它基本上不消耗現(xiàn)實(shí)物質(zhì)資源,所進(jìn)行的過程是虛擬過程,所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是虛擬的。隨著市場(chǎng)競爭的加劇,產(chǎn)品交貨周期必須縮短,生產(chǎn)成本必須控制,因此迫切需要在這兩個(gè)“孤島”間建立聯(lián)系,虛擬制造被認(rèn)為是其最好的解決方案。
1. 三維可視化建模的基本理論
1.1 幾何建模的基本方法
對(duì)于三維物體建模,幾何建模包括體素和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面:體素,用來構(gòu)造物體的原子單位,其選取決定建模系統(tǒng)所能構(gòu)造的對(duì)象范圍;結(jié)構(gòu),用來決定體素如何組合已購成新的對(duì)象。
1.2 建模軟件
(1) 3DMAX:3DMAX的功能強(qiáng)大,內(nèi)置工具十分豐富,同時(shí)外置接口也很多,命令簡單明了,易于掌握。3DS Studio的算法很先進(jìn),所帶來的質(zhì)感和圖形工作站制作的圖形幾乎沒有差別,可存儲(chǔ)32位真彩圖像,其強(qiáng)大的功能使它成為PC三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)的首選軟件。
(2) Solidworks: Solidworks有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn),能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能,而且對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來說,操作簡單方便、易學(xué)易用。
(3) Pro/Engineer: 采用模塊化方式,用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇,而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式,能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起,實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站,而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。
2. SMT設(shè)備可視化建模和仿真
建摸三維模型的軟件有很多,SolidWorks、Pro/Enginner、UG、AuToCAD、3DS Max
等等。但是考慮到容易獲得3DS檔.采用了3Dsmax進(jìn)行貼片機(jī)建模。由于動(dòng)臂式貼片機(jī)的曲線機(jī)構(gòu)較多,特別是供料器與貼片頭的弧度設(shè)計(jì), 利用3Dsmax有利于各個(gè)元件參數(shù)的修改與模擬,將會(huì)具有較高的仿真程度。同時(shí)旋轉(zhuǎn)式貼片機(jī)具有高速貼裝頭,軌道沿X、Y方向運(yùn)行的特點(diǎn),并且每個(gè)貼片頭安裝的吸嘴數(shù)量較多。另外3Dsmax具有強(qiáng)大的裝配功能,能夠?qū)崿F(xiàn)管理并發(fā)進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)并行工程。在動(dòng)畫制作上,旋轉(zhuǎn)式貼片機(jī)通過兩個(gè)方向的絲桿傳動(dòng),以及貼片頭的轉(zhuǎn)動(dòng),共同實(shí)現(xiàn)了芯片的高速吸取貼裝工作。
根據(jù)組裝生產(chǎn)產(chǎn)品的不同,在表面貼裝工藝中基本有單面板生產(chǎn)和雙面板生產(chǎn)這兩種,生產(chǎn)工藝流程為:印刷錫膏——貼元器件——回流焊接——清洗——測(cè)試——包裝; 生產(chǎn)流水線則包括送料機(jī),印刷機(jī),高速機(jī),貼片機(jī),回流焊,收料機(jī),包裝機(jī)等。通過建模與仿真可以更直觀了解各種設(shè)備運(yùn)行方式,并為生產(chǎn)培訓(xùn)節(jié)約成本。本論文主要以貼片機(jī)為核心,其他設(shè)備建模方法和貼片機(jī)建模相同。
2.1 貼片機(jī)外部建模
2.1.1 貼片機(jī)的外殼
貼片機(jī)的外殼的主要組成:本體部分、顯示器控制部分和操作控制部分外殼本體。
(1)本體部分:可以分為上架外殼、下架外殼和基礎(chǔ)連接架三部分組成。
將基礎(chǔ)連接架與裸機(jī)相連;F架外殼與基礎(chǔ)連接架相連;上外殼架與下架外殼相連。這樣就是外殼本體成為一個(gè)剛性好、穩(wěn)定性高的整體結(jié)構(gòu)。
(2)顯示器:顯示器安放在外殼本體上,警示燈通過螺栓直接安裝在外殼本體上。
(3)操作控制部分在這里主要指的是鍵盤、電器開關(guān)等。鼠標(biāo)和鍵盤的安裝可以相對(duì)隨意一點(diǎn),可以和PC顯示器放在一起。對(duì)于電器開關(guān),需要直接安裝在外殼本體上。
2.1.2 建模實(shí)現(xiàn)
(1)殼體建模:通過拉伸、擠出、修剪、布爾運(yùn)算等命令來獲得模型結(jié)構(gòu)。
(2)顯示器建模:創(chuàng)建簡單的長方體再通過布爾運(yùn)算功能截取顯示器的主體結(jié)構(gòu)。警報(bào)器的建模,合并幾個(gè)圓柱體。
(3)操作控制部分:主要是電器開關(guān),建模相對(duì)較簡單。
(4)裝配模型
2.2 貼片機(jī)內(nèi)部建模
由于實(shí)體貼片機(jī)的內(nèi)部組成較復(fù)雜.因此,在實(shí)際建模過程中,做出相應(yīng)的簡化,旨在強(qiáng)調(diào)工作過程原理的實(shí)現(xiàn)。內(nèi)部系統(tǒng)包含:機(jī)架、PCB傳送系統(tǒng)、X定位系統(tǒng)、Y定位系統(tǒng)、Z定位系統(tǒng)、貼片頭部件、吸嘴庫、喂料器、其他部件等。
2.2.1 建模實(shí)現(xiàn)
(1)貼裝頭:由于貼片的形式有三種:旋轉(zhuǎn)式、轉(zhuǎn)塔式、動(dòng)臂式。這里主要?jiǎng)?chuàng)建旋轉(zhuǎn)式貼片頭。通過圓柱體的布爾運(yùn)算和陣列操作創(chuàng)建。
(2)送料器:通過拉伸創(chuàng)建圓盤型送科器,以及輔助原件。
(3)X.Y定位臺(tái):通常有兩種結(jié)構(gòu):支撐貼裝頭沿X.Y方向運(yùn)行(動(dòng)臂式);支撐PCB沿X.Y方向運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)塔式)
(4)吸嘴級(jí)底座:通過圓柱體的布爾運(yùn)算創(chuàng)建。
(5)視覺對(duì)中系統(tǒng):上照相機(jī)固定安置在機(jī)座上,貼裝頭從送料器位置每抓取一個(gè)元件后,都要首先移動(dòng)到其上進(jìn)行視覺檢查,檢查其元件缺陷和位置偏差,而后才移動(dòng)到貼裝位置進(jìn)行貼裝;下照相機(jī)通常和處于中間位的貼片頭固聯(lián)在一起,可以隨貼片頭沿X—Y方向在貼片工作臺(tái)面內(nèi)移動(dòng).完成PCB定位標(biāo)識(shí)的視覺檢查。
(6)PCB傳送機(jī)構(gòu):建模主要以長方體和圓柱體及相應(yīng)的布爾運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。
建立完成模型如圖1所示。
圖1 貼片機(jī)模型
結(jié)論
以上簡介了貼片機(jī)得建模以及模擬仿真的過程??梢钥闯鲇?jì)算機(jī)技術(shù)在模擬仿真這方面用很大的幫助作用。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)在沒有真實(shí)機(jī)器的情況下達(dá)到培訓(xùn)人員的作用。另一方面,我們也可以運(yùn)用模擬仿真更好地服務(wù)真實(shí)貼片機(jī)研究。最后,我們可以看出可視化虛擬仿真技術(shù)會(huì)更具有廣泛的發(fā)展前景?!?/p>
參考文獻(xiàn)
[1] 胡躍明,杜娟,吳祈生,等.基于視覺的高速高精度貼片機(jī)系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2003,9(9):760—764.
[2] 龍緒明.先進(jìn)電子制造技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.
實(shí)踐教學(xué)是創(chuàng)新能力培養(yǎng)最直接最有效的載體之一。實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建要盡量設(shè)置一些綜合性、設(shè)計(jì)性及具有探索性的實(shí)踐項(xiàng)目,讓學(xué)生參加一些高新技術(shù)項(xiàng)目的訓(xùn)練,提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。
建構(gòu)“五崗六層”生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系
我校通過對(duì)生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的深入研究,開發(fā)了以生物發(fā)酵、酶制劑制造、食品檢驗(yàn)、食品類生產(chǎn)操作、生物制品營銷崗位為依托,以單項(xiàng)實(shí)踐、綜合實(shí)踐、課程設(shè)計(jì)、社會(huì)實(shí)踐、企業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)為支撐的“五崗六層”生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系框架(表略),在進(jìn)行崗位實(shí)踐教學(xué)能力結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,制定出了各實(shí)踐項(xiàng)目的目標(biāo)、內(nèi)容及考核方式,編制了與之配套的微生物應(yīng)用技術(shù)實(shí)踐、企業(yè)實(shí)習(xí)等15門實(shí)踐課程標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)教材
架構(gòu)“五位一體”的生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)實(shí)踐教學(xué)支撐保障體系
實(shí)踐教學(xué)設(shè)備、仿真環(huán)境與校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)基地、校外基地、實(shí)踐教學(xué)資源庫、雙師型教學(xué)團(tuán)隊(duì)“五位一體”的支撐保障體系是生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系得以實(shí)施的基礎(chǔ)。其中實(shí)踐教學(xué)設(shè)備以及仿真環(huán)境與校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)基地是生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)實(shí)踐教學(xué)得以實(shí)現(xiàn)的載體。近年來,我校生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)建成了基因工程、酶工程、細(xì)胞工程等18個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室,購置600多萬元實(shí)踐教學(xué)儀器設(shè)備。建成了檸檬酸生產(chǎn)車間、啤酒釀造車間、果蔬汁生產(chǎn)車間、焙烤車間、今麥郎實(shí)訓(xùn)室等校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)車間,基本滿足了發(fā)酵產(chǎn)品及生物制品的模擬式教學(xué)和體驗(yàn)式教學(xué)的需要。深度合作的校外實(shí)習(xí)基地是保證頂崗實(shí)習(xí)順利進(jìn)行的關(guān)鍵。我校生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)與青島啤酒(徐州)彭城有限公司、徐州恒順萬通食品釀造有限公司等8家生物技術(shù)、食品類企業(yè)建立了深度合作關(guān)系。實(shí)踐教學(xué)資源庫方面,我們不僅開發(fā)了實(shí)踐教學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)踐教學(xué)教材,還開發(fā)了一些動(dòng)畫素材及多媒體課件。在師資隊(duì)伍建設(shè)方面,從行業(yè)企業(yè)聘請(qǐng)專家和工程技術(shù)人員構(gòu)建專兼結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)雙師團(tuán)隊(duì),不僅能大幅度提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量,而且為校內(nèi)專業(yè)教師雙師素質(zhì)的塑造提供了一個(gè)直接高效的培養(yǎng)機(jī)會(huì)。