车辆虚拟装配数据管理系统的开发与研究

论文摘要

“虚拟装配”（Virtual Assembly）是虚拟制造研究领域的重要研究分支,也是产品数字化定义中的一个重要环节,在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。使用该技术可以降低开发成本,缩短开发周期,提高企业的竞争力。信息数据是虚拟装配的基本元素,是各个装配环节必不可少的组成部分。所以数据的管理直接影响虚拟装配系统的装配效果和质量。因此,实现虚拟装配系统数据的统一管理是具有十分重要的意义,能够对虚拟装配技术的发展及应用起到较大的推动作用。本文首先给出了在虚拟现实环境下的虚拟装配建模理论,分别介绍了几何建模、运动建模和物理建模的建模方法。并且根据虚拟装配自身的特点将几何建模分为三层,使其能够很好的实现CAD系统中的信息重用。而且通过对建模理论的分析,证实了在虚拟装配系统中所用数据的复杂性,为虚拟装配数据管理系统开发的必要性提供保证。本文根据数据提取在装配过程中的不同,将其分为三部分：装配前数据提取,装配中数据提取和装配完数据提取。研究了各部分所要涉及到的数据及其提取算法。并且实现了虚拟装配系统中装配树的建立以及装配用零件信息各层次之间的映射,还介绍了UG/Open二次开发的相关技术和STL三角面片文件的内部数据结构。为后续的数据管理系统的实现提供了有力保证。通过对数据管理技术的研究,本文提出了用XML文件进行数据管理的方法。给出了零件数据、约束数据、装配体结构数据、装配动画数据、装配路径、装配序列数据等的XML文件描述。并且研究了XML文件的解析技术,利用其解析技术较好的实现了数据的统一管理和各个环节之间的信息传递。最后,基于Window XP平台和在VC++2005编程环境下,利用C++编程语言和OSG场景管理库开发了原型系统。并且利用主减速器作为实例,验证了信息管理系统设计的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 虚拟装配国内外研究现状
• 1.2.2 数据管理技术研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 论文的组织与安排
• 第二章 虚拟装配系统模型建立
• 2.1 几何建模
• 2.1.1 零件的层次建模方法
• 2.1.2 虚拟装配环境下层次模型的重构
• 2.2 运动建模
• 2.2.1 齐次变换矩阵
• 2.2.2 对象位置
• 2.3 物理建模
• 2.4 本章小结
• 第三章 虚拟装配数据提取
• 3.1 数据提取算法
• 3.1.1 图模型的信息提取算法
• 3.1.2 层次模型的信息提取算法
• 3.2 装配前数据提取
• 3.2.1 零件整体属性信息和几何特征元素数据提取
• 3.2.2 面片信息提取
• 3.2.3 零件模型层次之间映射
• 3.3 装配中数据提取
• 3.3.1 零件模型位姿矩阵的获取
• 3.3.2 装配动画数据的获取
• 3.4 装配完数据提取
• 3.4.1 装配树的建立
• 3.4.2 装配树信息的获取
• 3.5 本章小结
• 第四章 虚拟装配系统的数据存储与管理
• 4.1 XML简介
• 4.1.1 XML的特性
• 4.1.2 XML语法
• 4.1.3 XML的应用领域
• 4.1.4 XML解析器
• 4.2 虚拟装配数据存储的XML文件格式设计
• 4.2.1 零件整体信息结构描述
• 4.2.2 特征数据结构描述
• 4.2.3 约束信息结构描述
• 4.2.4 装配体结构描述
• 4.2.5 装配动画结构描述
• 4.2.6 装配路径结构描述
• 4.2.7 装配序列结构描述
• 4.3 XML格式文档解析
• 4.4 本章小结
• 第五章 虚拟装配数据管理系统实现及实例应用
• 5.1 虚拟装配数据管理系统实现
• 5.1.1 硬件环境
• 5.1.2 OSG概念及其体系结构
• 5.1.3 虚拟装配数据管理系统功能模块介绍
• 5.2 实例验证
• 5.2.1 总体实现流程
• 5.2.2 零件信息
• 5.2.3 装配体结构
• 5.2.4 装配动画
• 5.2.5 装配路径
• 5.2.6 装配序列
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结及展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间论文发表及参加课题情况