工程装备虚拟训练系统关键技术研究

研究军用工程装备虚拟训练系统开发中的几个关键性技术难题。首先探讨基于快速三维拟合曲面技术和NURBS复合曲面重构技术的工程装备零部件三维建模方法,阐述建模步骤与生成方法。其次研究三维视图环境中的可视化零部件装配交互式控制技术,以生成逼真形象的拆装交互训练场景。最后研究了虚拟维修与拆装环境中的碰撞检测技术,以恰当处理虚拟空间中的零部件运行、装配和原理演示问题。     

基于LMedS的三维建模方法在虚拟制造中的应用

本文针对虚拟制造技术建模中曲面拟合的问题,将线性回归方法中的LMedS随机参数估计算法应用于曲面建模的过程中,在优化点云数据的基础上实现了三维模型的曲面拟合,并在OpenGL环境下自主编程实现。实验时针对机械制造业中的桁架门式起重机进行三维建模,结果表明:与现有基于NURBS(非均匀有理B样条)曲面拟合方法相比,该方法所建立的虚拟三维模型细节更为逼真,可较好的应用于虚拟制造领域。     

基于云制造的生产线虚拟与物理系统互联信息模型的建模方法及应用

基于目前对数字孪生技术、虚实融合技术、云制造技术的研究和探索,提出一种云制造模式下的生产线虚拟与物理系统互联信息模型的建模方法。通过对生产线组成要素进行行为规则建模,构建生产线虚拟孪生模型;利用物联网技术实现虚拟模型与物理模型的数据融合,并基于仿真优化技术实现产品生产阶段虚实闭环迭代优化。最后基于INDICS平台,通过案例分析对本互联模型进行了有效性验证。     

基于形状特征的自由曲面建模技术

针对自由曲面重构建模中存在的问题,对曲面数字化及离散点参数优化技术进行了研究。基于自由曲面的形状特征,提出了一种曲面自适应数字化技术。建立了基于显式的最小二乘重构误差的参数优化模型,运用子空间共轭梯度内部反射牛顿优化技术实现了大规模数据点的参数优化。研究结果表明,自适应数字化技术大大提高了曲面的采样效率;参数优化模型合理且优化算法收敛迅速。     

基于逆向工程的汽车覆盖件CAD建模技术研究

为了得到复杂曲面的三维模型,分析了利用逆向工程进行三维模型重建的关键技术,提出了一种实现汽车覆盖件快速CAD建模的方案.采用数字近景摄影测量技术和三维光学测量系统相结合的方法实现点云数据精确采集,利用Imageware和catia软件相结合的方法,经过点云处理、曲线曲面重构、精度分析,最终得到产品三维模型.结果表明,方案可以快速、精确的实现复杂曲面的三维建模.     

航天发射仿真训练系统的三维建模

视景仿真技术己经成为仿真系统软件的一个重要组成部分,三维建模是视景仿真的一个关键技术。阐述了航天发射仿真训练系统的三维建模方法,分析了在建模过程中应用到的关键技术及其模型优化方法,解决了场景大、模型复杂与系统实时性要求高的矛盾。采用Creator建模软件,建立了航天发射仿真训练系统的三维建模,提高了培训效果。     

基于Imageware和UG的蜗轮逆向工程曲面重构方法研究

对曲面重构的方法进行研究,实现单件蜗轮三维模型的快速重构。采用非接触式三维扫描仪获得点云数据,使用逆向工程软件Imageware对点云数据进行预处理和曲面重构,主要讨论曲线重构曲面和点云直接拟合曲面的两种方法,并对两种方法得到的曲面进行拟合精度和光顺性的对比分析,在UG中完成蜗轮三维模型的基准坐标系对齐和后续实体的建模操作。结果显示,曲线重构曲面的方法更能满足蜗轮齿面的精度和光顺性要求。采用这种方法可以快速实现蜗轮三维模型的精准重构,为蜗轮单件、小批量的快速再制造提供了CAD模型。     

某型火箭布雷车虚拟维修训练系统的设计

某型火箭布雷车技术先进、结构复杂,使用、维护、保养训练难度大,在此背景下基于虚拟现实技术研制了该装备的虚拟维修训练系统。采用了操作信息流与系统故障树协同的建模方法,构建嵌入流程层、数据层、步骤层和方法层的故障诊断维修框架。维修训练软件平台基于Unity3D虚拟现实平台开发,实现布雷车维修训练过程与三维场景的实时展示,为受训人员提供逼真、准确的虚拟维修作业环境。实践证明,将虚拟现实技术、故障树技术和故障诊断技术应用于维修训练教学中,可有效地提高训练效率和教学效果。     

基于Creator/Vega的虚拟校园漫游系统的研究与实现

以山东建筑大学为背景,采用Creator软件平台开发了虚拟校园漫游系统.文中介绍了虚拟校园建模流程,通过纹理制作及映射技术降低了复杂模型的制作难度、增加了模型的真实感,利用三维模型优化技术提升了系统的响应速度、实现了实时性与真实性的平衡.最后使用vega驱动平台,成功实现了对校园虚拟场景的运行和仿真.     

汽车三维虚拟道路重构系统的设计与实现

为实现汽车标准等级路面谱和实测路面谱的重构,建立空间坐标系下路面不平度的一维Autoregressive(AR)模型和二维双自变量AR模型.通过对自相关系数矩阵进行奇异值分解,将双自变量路面不平度AR模型转换为两个单自变量AR模型,降低了建模的复杂程度.利用建立的二维AR模型对B级标准路面和实测路面进行重构,通过功率谱对比,验证了模型的正确性.基于上述一维和二维路面不平度AR模型以及Visual C++与Matlab混合编程方法,构建汽车三维虚拟道路重构软件系统,给出系统的框架结构.系统通过将路面不平度数据添加在路形上,可生成由规则化路面节点的三维坐标信息所构成的三维虚拟道路.通过对VPG、CarSim和ADAMS三种应用软件路面文件的格式进行分析,给出系统利用三维虚拟道路信息生成上述三种应用软件路面文件的方法.     

三维CAD/CAE一体化的参数化动态有限元建模

提出了一种基于CAD参数化技术与CAD／CAE一体化技术的参数化动态有限元建模方法，该方法解决了三维实体有限元建模中几何模型的描述与驱动、参数联动、模型自动更新等一系列问题，为先进的参数化有限元分析与优化设计提供了关键技术基础；阐述了三维参数化动态有限元建模方法中的若干关键技术，包括具有典型意义的基于AutoCAD／MDT二次开发环境ObjectARX的CAD／CAE集成方法、复杂三维组合曲面网格全自动生成算法、复杂三维实体的四面体网格全自动生成算法、面向对象的有限元模型描述方法，以及有限元模型的参数驱动方法等；建立了一个三维参数化形状优化设计应用原型系统。     

基于虚拟环境的集成快速模具制造系统研究

提出基于虚拟环境的集成快速模具的制造系统方法，着重探讨自由曲面重构、特征建模、模具制造并行机制与虚拟环境、快速模具制造等关键技术，并提出系统实现的技术路线。     

A SmartPen for 3D interaction and sketch-based surface modeling

This paper presents an innovative, portable, and low cost system for fast and interactive design of sketched models using 3D curve networks. The system is based on a stereo camera and a wireless pen-shaped device, called the SmartPen, which can be extended or bent to facilitate concave objects’ acquisitions. Its tip position is tracked in 3D and used to trace the style lines of the object to be modeled in the virtual space. Starting from the 3D irregular curve network, progressively drawn by the user, a new Sketch-based Modeling Framework automatically creates the inferred 3D virtual model. The interactive system integrates perceptual and conceptual modeling, allowing both for the reconstruction of existing objects via user-drawn strokes on the physical object and for free-hand strokes which together contribute to realize the desired 3D curve network. Real-time reconstruction of the sketched surface interpolating the 3D curve network is obtained through an interactive curvature-based optimization approach which determines the smooth subdivision surface that best fits the traced 3D curve network.     

江苏省现代职业教育体系“3＋4”人才培养建设思考--以淮海工学院机械设计制造及其自动化专业为例

分析了江苏省现代职业教育体系建设试点项目的目的,探讨了在淮海工学院进行“3＋4”衔接培养机械专业高层次技能人才的必要性。从项目的组织机构设置、分段考核方式确定、人才培养方案的重构、课程一体化建设等方面提出了具体的实施措施。     

基于SolidWorks的截面草图曲线约束优化技术研究

二维截面曲线重建与正向设计技术相结合是实现复杂外形产品CAD模型重建的重要方法。针对该问题提出了基于SolidWorks软件草图的二维截面曲线约束优化技术,并对截面草图曲线的拟合表达、约束表达和约束优化模型的建立及其求解等关键技术进行了深入研究。应用实例表明,基于SolidWorks的截面草图曲线约束优化方法可以得到在满足约束条件下的数据点列最优逼近曲线,基于该优化曲线可以高效、准确地构建出复杂外形产品的曲面模型。     

三维涡轮叶片气动优化方法的研究

提出一种进行三维涡轮叶片气动优化的多目标多约束方法.根据五次多项式方法进行三维涡轮叶片的参数化建模,采用N-S(Navier-Stokes)方程和湍流模型进行三维流场分析计算,K-S(Kreisselmeier-Steinhauser)函数法作为优化方法,利用近似技术加速循环优化速度,以气动效率和总压比为目标函数,对涡轮叶片进行多目标气动优化、形状优化.算例表明,使用该方法能使涡轮叶片的性能得到明显改善,证明提出的优化方法可行有效.     

运用PLC和SQ对系统三维运动的自动控制研究

针对工业过程控制中存在很多三维运动控制的现象,对该类系统的运动特性做归纳总结。建立此类运动的通用控制目标,运用PLC技术对系统进行手动或自动控制方式下的三维混合运动或者单维运动,该控制方法采用限位开关对系统的运动轨迹进行限位,它适合于所有的三维运动。在具体应用中,只要通过实时改变行程开关的位置就可以达到运动控制的目的。通过试验和应用在三维运动混合机的运动控制中,取得了良好的控制效果。     

连续分度弧面凸轮的三维实体造型方法研究

通过分析连续分度弧面凸轮的形成机理,基于范成法和曲面方程法原理建立了连续分度弧面凸轮的三维实体造型方法.基于UG平台实现了三维实体造型系统二次开发,同时对这两种造型方法进行了深入分析比较.该方法的研究为连续分度弧面凸轮机构虚拟设计制造的几何精确建模提供了可靠理论依据.     

基于Solidedge的电动单梁半门式起重机研发

以三维设计软件Solidedge为平台,以某企业电动单梁半门式起重机为研究对象,参考现有同类型起重机的具体结构及功能,生成该起重机所有数字化虚拟零部件,对上述数字化虚拟零部件进行虚拟装配,构建其数字化虚拟样机,对该虚拟样机进行分析研究、性能评估和结构修改。在此基础上,生成该电动单梁半门式起重机所有非标零部件的二维制造工程图,从而完成对电动单梁半门式起重机的虚拟研究开发。     

基于均匀设计和NN-GA的CAD模型多目标直接优化方法

提出了一种基于试验数据的多目标直接优化方法,该方法采用均匀设计原理安排试验方案,利用三维CAD模型的参数化驱动特点,完成虚拟试验过程和数据获取,以试验数据为训练样本,建立了CAD模型参数与目标之间的非线性映射关系的神经网络模型,运用Pareto遗传进化算法和小生境技术对CAD模型进行多目标参数优化,可在指定区域内找出CAD模型的Pareto最优解集。