船舶柴油机虚拟维修仿真系统研究可复制黏贴 优秀毕业论文.pdf

学校代码： 10289 分类号： tp391 密 级： 公开 学 号：092020017 江苏科技大学江苏科技大学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 船舶柴油机虚拟维修仿真系统研究 研 究 生 姓 名 荀号 导 师 姓 名 张胜文 申请学位类别 工学硕士 学位授予单位 江苏科技大学 学 科 专 业 机械制造及自动化 论文提交日期 2012 年 5 月 2 日 研 究 方 向 信息化制造 论文答辩日期 2012 年 6 月 3 日 答辩委员会主席 潘宝俊 教授 评 阅 人 2012 年 6 月 3 日 船 舶 柴 油 机 虚 拟 维 修 仿 真 系 统 研 究 荀 号 江 苏 科 技 大 学 分类号： tp391 密 级： 公开 学 号： 092020017 工学 硕士学位论文 船舶柴油机虚拟维修仿真系统研究 学生姓名 荀号 指导教师 张胜文教授 江苏科技大学 二 o 一二年六月 a thesis submitted in fulfillment of the requirements for the degree of master of engineering research for marine diesel engine virtual maintenance simulation system submitted by name xun hao supervised by professor name zhang shengwen jiangsu university of science and technology june, 2012 江苏科技大学学位论文原创性声明江苏科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 江苏科技大学学位论文版权使用授权书江苏科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文 被查阅和借阅。 本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于： (1)保密，在 年解密后适用本授权书。 (2)不保密。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日 摘要 i 摘 要 近年来随着计算机技术的发展，虚拟维修技术也越来越受到企业的重视。但因为 还处于研究初期，技术还不够成熟，而且对于复杂产品该技术还未得到广泛的应用。 随着制造工业和船用柴油机技术的不断发展，船用柴油机作为典型的复杂产品其结构 发生了很大的变化，船用柴油机的开发设计为了降低成本、缩短研发周期，人们在不 断的探索和完善一种新的设计方法在虚拟环境中进行设计、制造，并进行虚拟装 拆。本文从虚拟维修仿真技术的核心技术出发，构建了虚拟维修仿真系统的体系结构 框架。并且针对虚拟维修仿真系统开发的关键技术提出了一种基于遗传算法的拆卸序 列规划的策略，并结合产品的结构树将其应用于复杂产品中。最后通过船舶柴油机的 虚拟维修仿真论证了该研究的可行性。本文的主要研究内容如下： 1）分析了虚拟维修技术的应用形状、发展趋势，以及当前虚拟维修技术的使用、 和设计模式。 2）概述了虚拟维修技术的建模技术，并给出了各建模的方法，包括虚拟样机的建 立、虚拟人的建立、虚拟环境的建立以及三维模型的建立等。 3）针对当前虚拟维修技术发展的需要，提出了本文虚拟维修系统的架构模型。并 分析了开发虚拟维修系统的关键技术。 4）在分析了虚拟维修关键技术的基础上，结合遗传算法以及产品结构树，提出了 面向复杂产品的拆卸序列规划的具体实现方案。 5）分析了虚拟维修的影响因素，给出了虚拟维修的评价指标，并给出了各项指标 的量化过程。 6）基于虚拟仿真软件（tecnomatix）对船用柴油机缸盖件给出了具体的虚拟维修 操作并对本文的研究进行了验证。 关键字关键字: : 虚拟维修仿真； tecnomatix； 拆卸序列规划； 维修评价 abstract iii abstract in recent years, with the development of computer technology, virtual maintenance technology gets the attention of the enterprise application more and more. but because it is still at the beginning of the study, and its technology is weak. so the technology has not been widely applied for the complex products. as the manufacturing industry and the development of marine diesel engine, marine diesel engine as the typical complex products its structure produced very big change. marine diesel engine of the design development in order to reduce costs and shorten the development cycle, people in the continuous exploration perfect a new kind of design methodin the virtual environment to carry on the design, manufacturing and virtual installation. pre-stalling 3d model products in the virtual environment can get rid of the prototype test to rely on, and the rationality of the design scheme before actual processing manufacturing. by this also can adjust if confirmed. in a virtual environment of the product installation and virtual manufacturing, that doesnt only save the cost but also increases the efficiency of design and manufacture. the main research content of the present study is as follows: 1) to analyze the application shape, developing tendency of virtual maintenance technology as well as the usage and design model of the current virtual maintenance technology. 2) to summarize the modeling technology of virtual maintenance technology, and give various modeling methods, including the establishment of virtual prototype, virtual people, virtual environment, and 3d model, etc. 3) to put forward the architecture model of virtual maintenance technology in this essay aiming at the need of current virtual maintenance technology, and analyzes the key technology of virtual maintenance. 4) on the basis of the analysis of key technology of virtual maintenance, it provides the key operation of virtual maintenance technology-the solution idea and solution methods of disassembly sequence 5) to analyze the influence factors of virtual maintenance, gives assessment criteria of virtual maintenance, and provides the quantification process of each criterion. 6) according to the virtual simulation software-tecnomatix, this thesis provides specific operation of virtual maintenance of marine diesel engine cylinder parts, and 江苏科技大学工学硕士学位论文 iv makes the checking to above research. keyword： simulation of virtual maintenance; tecnomatix; disassembly sequence planning; maintenance evaluation 目录 v 目 录 摘要 . i abstract . iii 第 1 章 绪论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 虚拟维修仿真概述 . 1 1.3 国内外研究现状 . 2 1.3.1 国外研究现状 . 2 1.3.2 国内研究现状 . 4 1.4 本文选题 . 5 1.5 本文主要研究内容 . 5 1.5.1 本文研究目标 . 5 1.5.2 本文研究内容 . 6 1.6 论文组织结构 . 7 第 2 章 虚拟维修系统体系结构研究 . 9 2.1 虚拟维修系统 . 9 2.1.1 虚拟维修的定义 . 9 2.1.2 虚拟维修系统的优点 . 12 2.2 虚拟维修与现实维修的关系 . 13 2.3 虚拟维修仿真系统体系结构 . 14 2.3.1 系统功能需求分析 . 14 2.3.2 系统体系结构 . 15 2.4 虚拟维修仿真系统的支持平台及开发工具的选用 . 16 2.4.1 系统支持平台的选用 . 16 2.4.2 三维建模软件的选用 . 17 2.4.3 数据库软件的选用 . 18 2.4.4 程序设计的开发工具选用 . 18 2.5 虚拟维修仿真系统的关键技术 . 18 2.5.1 虚拟维修仿真系统研究所涉及到的关键技术 . 18 2.6 本章小结 . 20 第 3 章 虚拟维修样机建模技术研究 . 21 3.1 虚拟维修样机的概念 . 21 3.2 产品模型建模技术 . 22 3.2.1 产品信息模型建模技术 . 23 3.2.1.1 零件信息 . 23 3.2.1.2 装配关系信息 . 23 3.2.1.3 拆卸信息 . 25 3.2.1.4 拆卸分类信息 . 26 3.2.2 产品几何模型建模技术 . 27 江苏科技大学工学硕士学位论文 vi 3.3 维修工程应用模型建立技术 . 28 3.3.1 拆卸影响因素 . 28 3.3.2 拆卸性评价指标 . 28 3.4 本章小结 . 30 第 4 章 基于遗传算法的拆卸序列规划研究 . 31 4.1 装配体模型的表示 . 31 4.2 基于遗传算法的序列规划设计 . 32 4.2.1 遗传算法的特点 . 32 4.2.2 遗传适应性函数的设计 . 33 4.2.2.1 变量指标模型的建立 . 34 4.2.2.2 适应性函数的构建 . 35 4.3 面向拆卸序列规划的遗传算法相关操作 . 36 4.3.1 遗传个体的编码 . 36 4.3.2 遗传初始种群的产生 . 36 4.3.3 遗传算子相关变换操作 . 37 4.3.3.1 选择操作 . 38 4.3.3.2 交叉操作 . 38 4.3.3.3 变异操作 . 41 4.4 基于遗传算法的拆卸序列规划系统基本框架及其实现方案 . 43 4.4.1 系统基本框架 . 43 4.4.2 遗传算法程序实现方案 . 44 4.5 本章小结 . 45 第 5 章 基于无序结构树的复杂产品拆卸序列规划研究 . 46 5.1 复杂产品的分层 . 46 5.1.1 拆卸部件的分层 . 46 5.2 复杂产品结构树的建立 . 47 5.2.1 无序结构树的概念 . 47 5.2.2 无序结构树的描述 . 48 5.2.3 无序结构树表达的优势 . 48 5.3 基于无序结构树的复杂产品的拆卸序列规划 . 49 5.3.1 规划思路 . 49 5.3.2 规划设计 . 49 5.4 本章小结 . 50 第 6 章 船舶柴油机缸盖件虚拟维修性验证 . 51 6.1 船舶柴油机缸盖件维修性分析 . 51 6.1.1 维修拆卸性分析 . 51 6.2 面向维修的虚拟仿真操作步骤 . 56 6.3 虚拟维修场景的创建 . 56 6.3.1 装配体三维模型的导入 . 56 6.3.2 虚拟场景的布局分配 . 58 6.4 基于界面的交互操作维修仿真评价 . 58 6.4.1 仿真操作 . 59 6.4.2 仿真评价 . 62 目录 vii 6.5 本章小结 . 66 结论 . 67 参考文献 . 68 攻读硕士学位期间发表的学术论文 . 71 致谢 . 72 江苏科技大学工学硕士学位论文 viii contents ix contents abstract(chinese) . i abstract(english) . iii chapter one introduction . 1 1.1 background of the research . 1 1.2 the overview of virtual simulation . 1 1.3 current research situation at home and abroad . 2 1.3.1 current research situation abroad . 2 1.3.2 current research situation at home . 4 1.4 topic selection of this paper . 5 1.5 main research contents of this paper . 5 1.5.1 research target of this essay . 5 1.5.2 research contents of this paper . 6 1.6 organization structure of this essay . 7 chapter two system structure of virtual maintenance system research . 9 2.1 system of virtual maintenance . 9 2.1.1 the definition of virtual maintenance . 9 2.1.2 the characteristics of virtual maintenance . 12 2.2 the relationship between virtual maintenance and actual maintenance . 13 2.3 system structure of virtual maintenance simulation system . 14 2.3.1 the analysis of system functional needs . 14 2.3.2 structure of this system . 15 2.4 the selection of supportive platform and deveoping software to achieve virtual maintenance simulation system . 16 2.4.1 the selection and usage of system supportive platform . 16 2.4.2 the selection and usage of 3d modeling software . 17 2.4.3 the selection and usage of data base software . 18 2.4.4 the selection and usage of developiong tool for program design . 18 2.5 key technology of virtual maintenance simulation system . 18 2.5.1 key technology referred to the resaech for virtual maintenance simulation system . 18 2.6 summary . 20 chapter three research for virtual maintenance disassembly modeling technology 21 3.1 conception of v