制造单元的三维可视化重构及仿真技术研究

摘要

可重构制造是一种指导和管理制造系统进行重构的制造哲理，它使制造系统通过内部自身变化来快速响应外部的市场环境变化。本文针对制造系统布局问题研究了制造单元设备布局方法和布局方案的可视化及运行仿真技术。论文主要研究和解决了以下几个方面的问题： (1)应用面向对象技术，通过对虚拟设备行为抽象，分析归纳了各类生产设备的共同和独特的属性与行为，建立了相应的设备模型库，为制造单元的设备布局设计以及快速重组设计提供了有效的建模和分析工具。建模采用传统的CAD建模软件Solidworks建立三维模型，使用PolyTrans把CAD模型转换成FLT格式。研究了将FLT模型文件，包括材质和纹理转化为FST格式的方法，有效解决了制造单元规模扩大时，仿真系统运行速度减慢的问题。研究了虚拟制造单元构建的总体框架和快速构造方法，另外还研究了Vega虚拟现实平台相关技术及其应用方法。 (2)研究了采用遗传算法进行设备的布局优化的方法。根据保证车间物流费用最小的原则，建立了车间设备布局问题的目标函数和约束条件，进行了设备布局优化的遗传算法设计，包括编码方法及各遗传算子操作。遗传算法的优化结果以设备布局文件的方法输出，并可在系统中将布局优化方案三维可视化。 (3)利用立体显示原理，即双目视差原理，采用双目视差中的负视差，并通过OpenGL的四组缓冲立体(Quad-BufferedStereo)功能，编程实现Vega环境下的三维模型在EONICATCHER立体投影系统中的立体显示。该方法主要使用通用的vgProp函数对窗口vgWindow的属性VGWINSTEREO设置为VGTRUE开启立体模式，vgProp函数设置初始属性和类事件属性。同时对线程与TManager类进行相关的定义。 (4)进行了制造单元运行过程仿真的初步研究，在C++Builder和Vega平台上开发了原型系统。以一个柔性制造单元为例，实现了可视化设备布局和制造单元构造。用户可以从设备库中任意选择设备摆放在车间中，并可改变设备的位置和方位。也可以通过系统提供的遗传算法优化模块对制造单元进行快速自动化构造，另外，在该实例上还展示了制造单元运行的柔性化仿真。系统可以根据用户输入的工艺流程控制文件来仿真制造单元的运行过程，从而对制造单元的工艺规划进行直观的验证和评价。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章制造单元三维可视化重构与仿真系统总体框架

第三章可视化技术及三维立体显示研究

第四章可视化布局及优化

第五章制造单元运行仿真

全文的总结与展望

参考文献

作者在攻读学位其间发表的论文

独创性声明

致谢