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虚拟现实在染整生产线设计中的应用研究

作　者: 孙福臻
导　师: 阎勤劳
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 生产线设计虚拟现实人机交互动态仿真
分类号: TS190.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 119次
引　用: 3次
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内容摘要

虚拟现实技术在制造业中的应用为生产线的规划设计提供了新的思路和手段。基于虚拟现实技术的生产线设计可以建立具有形象外形外观、精细内部结构、真实机械原理、逼真运动仿真的装备模型,可以在沉浸式环境中进行直观的交互设计与动态仿真,在物理实现之前就能查看生产线设计的合理性、验证生产工艺的可行性,感受现场生产环境、体验生产操作的舒适性,实现设计和规划过程的并行开展,从而为现实生产线的建设和生产工艺的具体实施提供前瞻性的决策与优化方案。本文以机械科学研究总院先进制造技术研究中心正在研究开发的全自动短流程筒子纱染色示范线为研究对象,针对筒子纱染色生产线传统设计与规划方法存在的不足,在研究系统布置设计理论的基础上,以虚拟现实软件Lightning为开发平台,将系统布置设计方法(SLP)与虚拟现实技术相结合,实现了传统二维平面布局与三维立体显示的协同规划,并在虚拟环境中对生产工艺进行交互式仿真,获得了合理的生产线布局与工艺规划。主要从以下几个方面进行了研究:1.分析现有生产线设计中存在的不足和筒子纱染整工艺流程,利用SolidWorks软件进行机械手的机械结构设计与有限元校核,完成其它关键设备的零部件的装配,获得生产线三维实体模型库。2.研究应用系统化布局理论,根据筒子纱染整工艺要求和工厂的实际生产纲领,进行染整车间生产平衡的计算,确定选用设备的数量,确定染整生产线的具体工艺流程和生产区域的划分,并将系统化布局设计方法应用于该生产心啊,完成生产线的平面布局设计。3.研究CAD(Computer Aided Design)系统与VR(Virtual Reality)系统数据转化与模型处理技术,完成生产线设备实体模型到面片模型的转化及模型的简化,利用Creator软件建立生产线实时三维(RT3D)数据库,并根据平面布局,实现生产线布局的三维立体显示。4.研究ART(Advanced Realtime Tracking)跟踪系统和空间鼠标工作原理,通过相关协议程序开发完成交互设备与虚拟现实软件lightning的连接,实现在虚拟环境中的旋转、移动以及漫游等人机交互操作。并根据生产线工艺流程与生产计划,通过TCL编程实现虚拟生产线的交互式仿真,获得优化的生产线方案。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-21
  1.1 论文的背景及意义  11-12
    1.1.1 选题的背景  11
    1.1.2 研究意义  11-12
  1.2 研究现状  12-18
    1.2.1 染整生产线设计技术  12-13
    1.2.2 虚拟现实技术  13-17
    1.2.3 虚拟现实在生产线设计中的应用  17-18
  1.3 课题的来源  18
  1.4 主要研究内容  18-19
  1.5 技术路线及方案  19-21
第二章染整生产线三维实体建模  21-36
  2.1 引言  21
  2.2 生产线系统构成  21-22
  2.3 染色系统建模  22-34
    2.3.1 物流设备建模  22-23
    2.3.2 装载设备设计  23-28
    2.3.3 在线调湿机实体建模  28-29
    2.3.4 染色机实体建模  29-32
    2.3.5 离心脱水机实体建模  32-33
    2.3.6 微波烘干机实体建模  33-34
  2.4 染料助剂自动配送系统实体建模  34-35
    2.4.1 染料自动配送系统建模  34-35
    2.4.2 助剂自动输送系统的建模  35
  2.5 小结  35-36
第三章染整生产线的布局设计研究  36-49
  3.1 引言  36
  3.2 生产线布局设计的目标、原则  36-37
    3.2.1 染整生产线布局设计的目标  36
    3.2.2 染整生产线布局的原则  36-37
    3.2.3 染整生产线布局类型与物流形式  37
  3.3 生产平衡计算及作业流程分析  37-40
    3.3.1 生产平衡计算  37-39
    3.3.2 作业流程分析  39-40
  3.4.S LP 基本理论与步骤  40-43
    3.4.1 系统布置设计法（SLP）的概念  40
    3.4.2 系统布置设计法（SLP）的程序  40-43
  3.5 基于SLP 的染整生产线布局设计  43-48
    3.5.1 染整生产线SLP 的输入要素  43
    3.5.2 染整生产线SLP 的程序  43-48
  3.6 小结  48-49
第四章生产线模型数据库的构建  49-61
  4.1 引言  49
  4.2 模型转换  49-51
    4.2.1 数据转换的基本方法  49-50
    4.2.2 数据转换的实现  50-51
  4.3 模型数据库开发工具  51-52
    4.3.1 Creator 软件介绍  51
    4.3.2 OpenFlight 数据结构  51-52
  4.4 基于 Creator 的数据库构建  52-59
    4.4.1 模型数据库的建立流程  53
    4.4.2 生产车间建模  53-54
    4.4.3 设备模型的网格细化与修补  54-55
    4.4.4 纹理映射  55-59
  4.5 三维立体布局的实现  59-60
  4.6 小结  60-61
第五章虚拟环境下的方案评价与仿真  61-75
  5.1 引言  61
  5.2 仿真平台的构建  61-64
    5.2.1 硬件的选择  61-62
    5.2.2 软件开发平台  62-63
    5.2.3 平台的整体实现与开发流程  63-64
  5.3 虚拟环境下的方案评价  64-70
    5.3.1 Lightning 中的初始设置  64-65
    5.3.2 跟踪交互设备设置  65-66
    5.3.3 模型数据库的移植  66-67
    5.3.4 模型的调取  67
    5.3.5 虚拟漫游与方案评价  67-70
  5.4 交互式动态仿真  70-74
  5.5 小结  74-75
第六章结论与展望  75-77
  6.1 结论  75
  6.2 展望  75-77
参考文献  77-80
附录  80-83
致谢  83-84
作者简介  84

虚拟现实在染整生产线设计中的应用研究

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