[BIM模型与智能设计]基于时间Petri网的断路器虚拟装配系统研究

提出了一种基于时间Petri网模型的断路器自动化虚拟装配系统,采用时间约束的嵌套式Petri网模型对装配系统行为逻辑进行描述。将建立的Petri网模型中的库所、变迁与Unity 3D软件的虚拟场景中的实体对象相对应,采用时序驱动的方法在Unity 3D中对断路器自动化装配实体进行了虚拟重现。开发了基于C#函数库的虚拟装配系统数据交换引擎,可通过Wi-Fi、工业串口与外部实体实现数据交换。采用包围盒法对虚拟装配单元和零部件进行碰撞检测设计,进而实现了断路器自动化装配系统的虚拟现实仿真,并验证了该系统的可行性和有效性。     

基于Petri网的虚拟装配环境建模及其应用

通过分析虚拟装配环境的结构及性能,针对场景图数据结构在虚拟装配应用中的不足,定义了一种基于知识的层次对象时间Petri网,并用于建立虚拟装配环境的应用层模型。该模型以虚拟手的位姿作为输入,运行后输出具体的操作事件更新场景图,完成装配活动,以满足虚拟装配环境的实时和并发等动态性能要求,实现了虚拟装配大量离散事件的处理及装配意图的响应。给出了基于知识的层次对象时间Petri网的产品装配模型表达,不仅表达了产品结构及装配关系,同时记录零部件在装配过程中的方位及约束状态等动态信息,从而在虚拟装配环境中实现了装配与拆卸并存的实际装配活动。此外,还给出了由产品装配层次图生成的基于知识的层次对象时间Petri网装配模型的算法,说明了基于应用层模型的装配、拆卸操作以及装配过程仿真,开发了原型系统。     

基于遗传算法和延时Petri网的柔性装配系统的设备调度方法

为解决柔性装配系统的设备调度问题,提出了一种将基于延时Petri网的装配过程仿真与基于遗传算法相结合的调度方法。在该方法中,遗传算法使用的染色体是由延时Petri网模型中的部分选择库所名称排列而成,每个染色体都代表一种设备调度方案。遗传操作包括选择、交叉和变异3种类型,利用基于延时Petri网的装配过程模型进行仿真,得到每个染色体相对应的装配时间,进而将装配时间通过适应度函数转化为适应度。该方法融合了Petri网和遗传算法各自的优点,较好地解决了柔性装配系统中的装配建模和装配任务分配优化的问题。仿真实验证明该方法是有效的。     

二次开发UG实现飞机操纵系统零件参数化设计与虚拟装配自动化

在对飞机硬式机械操纵系统组件功能和构造特点分析以及零件实体造型和参数化模型建立的基础上,采用UG二次开发工具UG/Open编程,通过编辑不同类型零件参数化模型的几何特征参数实现零件参数化设计;针对UG交互方式进行大型复杂系统虚拟装配存在的操作过程烦琐和重复性差等不足,基于已建立的零部件装配用方位参照信息开发实现装配过程中的零部件自动坐标定位并对虚拟装配过程加以记录,实现虚拟装配自动化。     

基于逻辑Petri网模型的断路器数字孪生车间系统

针对断路器批量化制造过程中的生产逻辑关系建模与控制问题,提出一种基于逻辑Petri网的断路器数字孪生车间系统建模与控制方法.基于物理车间的构成信息和断路器批量化制造工艺特点,建立了逻辑约束的递进式Petri网,实现了对物理生产过程的精准建模分析.在此基础上,采用模型结构分析、系统协同优化、物理引擎开发等方法,结合逻辑P...     

汽车主减速器虚拟装配中的关键技术研究

针对汽车主减速器虚拟装配系统的开发需求,以Unity作为开发工具,结合HoloLens设备,对主减速器虚拟装配中的着色器、碰撞检测和人机交互等关键技术进行研究.通过分析不同光照模型及其所实现的渲染效果引入Half Lambert光照模型,并将其与Blinn-Phong光照模型相结合实现能够获取逼真场景的着色器渲染技术,并根据Unity中基本碰撞器和网格碰撞器的使用特点提出了一种针对主减速器虚拟装配的碰撞检测方法,此外还基于HoloLens的凝视、手势和语音等三大基本输入方式实现了一整套简单、自然、人性化的全新人机交互方式.     

活塞式空压机的三维建模与虚拟设计研究

以BV-30型活塞式空压机为研究对象,在分析其结构特点的基础上,运用3ds Max三维建模软件创建了该空压机的三维模型和装配仿真动画,导入Unity 3D完成对压缩空气系统的虚拟漫游及操作。避免安装过程中零部件安放顺序的错误,节约时间,实现了对空压机的虚拟运行操控。     

基于关系对象Petri网的飞机装配系统模型快速构建方法

为支撑飞机装配系统分析与优化,提出了基于关系对象Petri网的装配系统模型快速构建方法.依据现场组织模式分析了装配作业单元分解结构,给出了装配系统关系对象Petri网的模型定义,建立了作业单元对象和关系的表示方法.以模型定义与表示为基础,阐述了装配元对象和逻辑对象模型的构建步骤与规则.采用对象简化网对模型状态空间进行压缩,并建立了基于线性不变量的模型特性验证方法.以某型飞机机翼装配单元为对象进行了实例分析,结果证明了该方法的有效性.     

交互式发动机虚拟装配系统研究

以直列四缸发动机为例,针对实际装配过程中的低装配精度、慢装配效率和高装配成本问题,对装配序列、装配路径及虚拟装配实现方法进行了研究。利用碰撞检测算法并结合Petri网,对发动机装配序列进行研究,得到了装配路径轨迹;借助虚拟现实设备的外部连接,结合人机交互技术,进行了发动机虚拟装配;最终以VB软件为工具开发了虚拟装配系统,实现了对虚拟装配的研究与验证,解决了实际装配中装配序列及路径问题,对实际装配有着巨大的指导意义。     

基于连接结构知识的装配序列规划

通过分析组成装配体的零件特征,提出了连接结构的概念.采用面向对象技术,以连接结构作为装配信息的载体,对不同类型的连接结构的装配信息,采用相同的层次结构进行组织和存储.以连接结构作为基本装配单元,建立基于知识的装配Petri网模型,运用连接结构知识,构建装配Petri网模型,从而大大减少模型中的节点.在此基础上,利用Petri网点火原理,求解装配体的基于连接结构的可行装配序列.连接结构知识的引入可以降低装配序列规划的复杂性,提高装配顺序规划的效率.     

工业机器人三维虚拟监控系统的设计与实现

针对目前对工业机器人缺乏有效的手段进行实时监控的问题,以ABB-1400六自由度工业机器人为研究对象,设计了一种能够反映工业机器人实时状态并具有良好人机交互能力和真实感的三维虚拟监控系统。系统基于Unity3D虚拟现实引擎,通过结合三维实体建模技术、模型渲染技术以及数据采集与传输技术实现了B/S架构下工业机器人三维虚拟监控系统。现场调试的结果表明,该系统能够实时再现工业机器人的真实状态。     

基于NX MCD的物料装配及分拣设备设计

为实现机电成套设备的优化设计,提出一种基于NX MCD环境建模,联合TIA博途自动控制设计,实现系统仿真与调试的方法。以物料自动化装配及分拣系统的研发为例,在NX MCD中完成机械建模、物理属性定义,构建虚拟样机;在TIA博途中完成PLC控制程序与HMI设计。借助PLCsimAdvanced建立虚拟PLC与虚拟样机的信号映射,通过仿真调试对模型和程序进行验证。继而搭建硬件设备,以PROFINET工业以太网集成控制变频、伺服系统,实现实体整机运行。最后通过OPCUA通信使虚拟样机与硬件PLC进行数据交换,从而达到虚实协同运行。结果表明：装配分拣单元的虚拟模型与硬件设备运行动作逻辑一致,且实时同步。基于NX MCD的数字孪生设计方案为复杂机电产品的研发提供了行之有效的技术方案。     

基于多域集成Petri网的飞机装配系统模型

针对飞机装配系统的建模描述、分析诊断等管理问题,提出一种将多域集成概念与Petri网相结合的建模方法。阐述了多域集成Petri网模型的概念以及各个领域网模型的要素表达。给出多域集成Petri网的具体建模步骤,构建了装配资源系统各领域的形式化表达模型,从多角度集成描述了装配系统的组成元素、静态结构与基本属性,基于表达模型分析了系统相应领域的行为性能。以某型号客机装配系统为例论述了多域集成Petri网模型的有效性与可行性。     

基于时延Petri网的飞机部件装配线仿真与优化

提出一种基于时延Petri网的飞机典型部件装配线的建模方法,通过此方法对飞机部件装配线进行仿真和优化,提高飞机典型大部件装配线的效率。根据部件装配线的特点,以Petri网替换算法为基础建立了飞机部件装配生产线Petri网模型,基于此模型进一步构造出Td PN网模型,通过对Td PN模型和该模型的可达标示图的分析,求解出各个装配工序的最早装配时间和最晚装配时间来对整个装配线进行优化。最后,以某型飞机外翼装配线为例,建立仿真模型,并对装配线进行优化,说明了该方法的有效性。     

基于Unity 3D的装甲车辆虚拟现实运动系统的设计

随着信息技术的快速发展,虚拟现实技术在许多领域越来越多的应用。从装甲车辆培训人员的情况入手,在三维软件3D Max中建立装甲车辆的三维模型图,将装甲车辆的模型图导入到当今使用比较普遍的虚拟现实Unity 3D引擎中。在Unity 3D中完成模型导入后的虚拟场景漫游的建立,在Unity 3D中通过C#编写脚本,实现装甲车辆在场景中的运动与碰撞检测算法。通过建立硬件系统,实现硬件系统的输入对虚拟现实场景中装甲车辆运动的控制,为后续装甲车辆培训人员的操作提供参考。     

基于SolidWorks的离心泵叶轮参数化设计系统的开发

叶轮的3D模型是CFD数值模拟和CAM加工的前提。为获得离心泵叶轮的3D参数化模型,本文用VB对SolidWorks进行二次开发,基于木模图扭曲叶片表面的型值点,采用无原型参数化方法实现了扭曲叶片的3D参数化模型;采用特征建模技术实现了离心泵叶轮前/后盖板的3D参数化模型。提出基于零部件在装配体中的空间坐标实现离心泵叶轮的参数化虚拟装配。该方法所建叶轮模型精度高,对后期特性分析和数控加工有实用价值。     

增强现实交互环境下发动机装配序列呈现方法研究与实现

针对增强现实环境的呈现特点,以汽车发动机丰田5A为具体研究对象,从设计与实现具有通用性的发动机装配引导系统的角度出发,对增强现实环境下发动机装配序列呈现方法所涉及的核心技术进行研究。具体研究内容包括:(1)对增强现实环境下的交互特点以及汽车发动机的主要装配序列进行分析;(2)发动机几何模型与运动模型在Unity3D中的描述方法;(3)基于Kinect的人手交互功能的实现。最后,通过原型系统的开发与实现验证所提出方法的可行性。     

基于VRML-Java3D的交互式装配可视化环境构建

为了实现基于网络的可视化虚拟装配环境,笔者研究了Java3D与VRML相结合的方法。通过Loader接口将VRML造型文件导入到Java3D场景图中,借助Java语言的事件处理模型,并结合Java3D中的Interpolator内插器对象和Alpha对象,实现交互式添加、拆卸、移动和旋转等装配过程。最后以电机中的转子装配为例,给出了一个基于VRML-Java3D的交互式装配可视化环境。     

一种基于Petri网的功能/数据分析方法

为实现Petri网模型中的数据分析和功能分析,提出了基于关联矩阵的方法.以一个典型的企业信息化系统为例,采用Petri网建立系统模型来描述系统的功能结构和数据流程.基于关联矩阵分析了系统功能特性和数据正确性及两者间的关系;依据最近邻连接方法的思想提出一个聚类算法,以实现子系统的自动划分.结果表明,采用Petri网方法能有效地描述和分析数据与企业过程关系,促进基于Petri网统一模型的企业信息化系统开发方法的研究.     

EON Studio环境下基于Petri网的虚拟维修技术研究

在描述维修过程方面,现有的虚拟维修过程建模缺乏将抽象的维修任务描述与底层的仿真动作相结合.针对此问题介绍了一种基于Petri-Eon Studio的虚拟维修仿真系统,给出了一个虚拟维修系统框架.对维修过程采用任务层和动作层元素相结合进行描述,组成维修任务、维修工序、维修工步、动作单元和基本姿势构成的多层次结构.用Petri网描述维修任务并对维修过程进行建模,用Eon Studio提供的动作仿真方法进行动作层的实现.将Petri网模型和Eon Studio的仿真程序集成在Visual C++6.0平台上,用Petri网模型的分析结果驱动虚拟场景进行维修仿真,并控制维修仿真过程.