虚实融合技术在智能制造中的应用研究

摘要

随着信息技术的发展，智能化越来越引起人们的关注，在“中国制造2025”与“工业4.0”的大背景，智能制造的应用研究如火如荼地展开。而随着物联网、虚拟现实等技术的发展成熟，世界主要发达国家提出了信息物理系统（CPS）的概念，CPS被认为是“工业4.0”的内涵核心。与此同时，我国也将CPS作为引领制造方式变革的综合技术体系，运用于制造业的生产过程中。本文以某坦克齿圈生产车间为研究对象，研究了虚实融合的相关理论，并在此基础上优化了车间的设施布局和物流系统，这是虚实融合智能车间实现的前提。主要工作如下： 1.对智能制造中CPS与数字孪生理论进行了介绍。阐述了它们之间的关系，分析了虚实融合智能车间，既是一种数字孪生车间，又是一种CPS。 2.对智能制造中CPS集成和关键技术进行了研究。重点研究了CPS的分类、CPS异构性集成、CPS的数据集成三个关键问题，并给出基于虚实融合车间设计基础。 3.对某坦克齿圈生产车间的设施布局进行优化设计。智能车间设计的初期，是以合理的车间设施布局为前提，参照物理车间设施中的工艺流程、物流量以及实际约束因素，运用SLP理论对车间设施布局进行调整。 4.对设施布局优化后的车间进行三维场景再现。主要利用3DMax三维仿真软件与Unity3D引擎软件建立与物理车间的场景一致动态虚拟生产车间，并具有一定的交互能力，完成了物理车间向虚拟车间的映射。 5.对整个车间的物流系统进行仿真并优化。利用eM-Plant物流仿真软件对车间物流进行仿真，从车间人员分配、设施能源消耗、设施利用率三个指标的仿真结果，分析研究车间中的物流瓶颈，优化车间物流的约束因素，并根据优化的结果对物理车间进行调整，完成虚拟车间向物理车间的映射。 本文在智能制造中虚实融合理论和技术指导下，研究了虚拟车间与物理车间的双向映射，完成了车间设施布局与物流优化。本课题的研究的理论以及设计方案对智能车间的设计具有很好的指导意义，并为实现车间的CPS最终实现打下基础，具有一定的研究意义和应用价值。

目录

第一个书签之前

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 信息物理系统在智能制造中的关键地位

1.1.2 智能车间是智能制造体系中的重要方面

1.1.3 虚实融合在车间中的应用优势及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本课题的研究内容与章节安排

第二章 虚实融合的智能制造关键技术研究

2.2 智能制造中的关键理论研究

2.2.1 信息物理系统概述

2.2.2 信息物理系统中系统集成的分类研究

2.2.3 信息物理系统集成异构性问题研究

2.2.4 信息物理系统的数据集成关键问题研究

2.3 物联网技术在智能制造中的研究

2.3.1 物联网技术概述

2.3.2 物联网技术框架

2.3.3 物联网相关核心技术

2.4 虚拟现实在智能制造中的应用研究

2.4.1 虚拟现实概述

2.4.2 VR技术产品三维可视化设计中的应用

2.4.3 VR技术在产品性能设计中的应用

2.4.4 AR技术在产品装配及维修中的应用

2.5 虚实融合的智能车间应用设计研究

2.6 本章小结

第三章 坦克齿圈车间布局及工艺流程优化

3.1.1 智能车间设施规划概述

3.1.2 车间设施布置的基本形式

3.2 基于SLP方法车间设施布局分析

3.2.1 车间设施布置的基本元素

3.2.2 车间设施布置的基本步骤

3.3 某坦克齿圈加工车间设施布局分析

3.3.1 基于离散事件仿真的产品工艺流程分析

3.3.2 齿圈加工车间物流分析及物流相关表

3.3.3设施相互关系分析

3.3.4 设施位置相关图

3.3.5 设施面积相关图

3.4 本章小结

第四章 基于虚拟现实的车间设计研究

4.2 虚拟车间开发流程

4.3.1 建立智能虚拟车间模型

4.3.2 建立虚拟车间场景

4.3.4 虚拟车间中人机交互功能实现

4.4 本章小结

第五章 基于eM-Plant车间物流系统仿真及优化研究

5.1.2 eM-Plant仿真软件介绍

5.1.3 车间中eM-Plant软件对象介绍和主要功能

5.2 基于eM-Plant的车间生产线仿真

5.2.1 建立车间仿真对象模型

5.2.2 车间生产线仿真建模

5.3 基于eM-Plant的车间生产线仿真结果分析及优化

5.3.1 车间生产线仿真结果分析

5.3.2 车间生产线仿真结果优化

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间申请的专利

致谢