TBM虚拟装配系统关键技术开发

摘要

全断面掘进机是国务院确定的振兴民族装备制造业16项重点扶持的重大项目之一，国家在先进制造领域重点扶持全断面掘进机的研究与开发，以制造物理样机和进行工程试用为目标，争取在2015年实现系列化和产业化。国外相关方向研究已有很多成果，但大多出于商业利益考虑而处于保密状态。因此为实现国内全断面掘进机的自主开发，就要求对全断面掘进机的结构与功能进行大量的基础研究。
　　本论文是以虚拟现实技术为基础，主要研究TBM在装配过程中遇到的问题进行研究。盾构机的装配一般分为工厂装配和现场装配。工厂装配是为了验证盾构机制造和设计是否一致，设计是否合理，设计功能，能力是否实现;现场组装则是为了施工做好准备。本论文中主要以TB880EΦ11.182m全断面掘进机为研究对象，进行了全断面掘进机的虚拟装配分析，并规划了主要部件的装配顺序，开发了全断面掘进机的虚拟装配系统。主要研究内容如下:
　　(1) TBM虚拟装配模型与仿真环境设计。将TBM的Pro/E模型利用第三方软件Deep Exploration转化为flt文件，然后在Creator软件中添加DOF，将Creator制作完成的文件导入Vega仿真软件，在Vega软件中，进行设置TBM虚拟模型的位置与视角等，为虚拟装配系统的开发打下了基础。
　　(2) TBM虚拟装配系统包括一个TBM的装配工艺模块。将TBM整机以及各个部件看成是一个个刚性结构，即装配和拆卸过程是一个可逆的过程。采用拆卸法规划了TBM整机和各个部件的装配工艺顺序，可以得出更为合理的装配顺序，提高装配的效率。
　　(3)本论文中采用了被动立体式虚拟现实系统，该系统主要包括人机交互设备（控制柜）、立体金属屏幕、立体信号转换器、带偏振光镜片的投影仪、图形工作站。作者开发的控制柜，实现了TBM虚拟装配系统的交互作用。利用计算机串口通信，开发了嵌入式系统实现了交互性。
　　(4) TBM虚拟装配系统的软件系统包括TBM零部件数据库、刀盘控制模块、前盾中盾控制模块、尾盾和拼装机控制模块、后配套系统控制模块。该系统可在非常具有沉浸感的虚拟环境中模拟TBM真实的装配和拆卸过程。可用于对TBM装配操作人员进行虚拟操作培训，具有非常明显的研究价值与经济效益。
　　(5)在本论文中，展示了TBM虚拟装配系统的仿真过程。主要包括TBM整体的拆卸和装配过程，刀盘的拆卸和装配过程，前盾与中盾的拆卸和装配过程，尾盾与拼装机的拆卸和装配过程以及后配套系统的装配和拆卸过程。
　　在本论文中，完成了TBM虚拟装配系统的开发，主要开发了其装配工艺模块，零部件数据库模块，仿真模块等功能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 全断面掘进机(TBM)的国内外发展

1．2 全断面掘进机(TBM)国内外研究现状

1．3 虚拟装配技术的概念及其应用

1．3．1 虚拟装配技术简介

1．3．2 虚拟装配技术的特点

1．3．3 虚拟装配技术在生产实际中的应用

1．4 本课题的研究思路和内容

1．5 本章小结

第2章 虚拟现实系统的主要技术构成及其应用

2．1 引言

2．2 虚拟现实系统简介

2．3 虚拟现实系统软件开发技术——虚拟现实技术

2．4 虚拟现实系统的硬件系统集成

2．5 虚拟现实系统在TBM装配中的应用

2．6 本章小结

第3章 TBM虚拟装配系统仿真建模与视景驱动

3．1 建模软件MultiGen-Creator

3．1．1 OpenFlight数据格式特点

3．1．2 Pro／E模型文件转换

3．1．3 TBM虚拟模型添加DOF

3．2 视镜驱动软件vega简介

3．2．1 Vega操作界面简介及其优势

3．2．2 多通道技术在TBM虚拟装配中的应用

3．2．3 基于MFC的Vega应用程序的基本架构及其实现

3．3 本章小结

第4章 TBM的虚拟装配工艺规划

4．1 虚拟装配工艺规划的内容与优点

4．2 虚拟装配工艺规划的特点及装配顺序的生成方法

4．3 交互式虚拟环境下TBM装配顺序规划

4．3．1 TBM模型加载

4．3．2 TBM装配顺序规划

4．3．3 装配实例——TBM的刀盘，前盾和中盾

4．4 本章小结

第5章 TBM虚拟装配系统的开发

5．1 TBM装配系统的硬件架构

5．1．1 TBM装配系统硬件架构开发

5．1．2 TBM虚拟装配通信协议的研究

5．1．3 TBM虚拟装配嵌入式系统的研究

5．2 TBM虚拟装配系统的软件架构

5．2．1 仿真程序软件架构

5．2．2 TBM虚拟装配系统数据库的开发

5．2．3 软件各模块功能简介

5．3 TBM虚拟装配系统运行效果

5．3．1 串口通信使用后的效果

5．3．2 TBM虚拟装配系统实际运行效果测试

5．4 本章小结

第6章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文