特种装置虚拟维修系统的设计与实现

论文摘要

本文主要依托中国船舶重工集团公司第七○四研究所的特种装置研制的项目,通过前期对国内外虚拟维修技术的历史和现状进行分析与探讨,针对现在虚拟维修中存在的不足和应用需求,阐述开展特种装置虚拟维修研究的现实意义和研究内容。首先,本文明确了利用成熟商业软件技术进行虚拟维修场景的构建原则,提出维修样机的特种重建和约束重建方法和步骤,并建立可双向检索的虚拟维修工具库和虚拟维修人员人体模型库。其次,本文提出基于PERT图的虚拟维修任务单元分解方法,然后采用自底向上和逐步封装的方法完成整个虚拟维修流程的构建,对维修对象进行了自由度分析以及几何约束的推理和求解。并且,针对基本任务单元维修时间的确定,基于任务单元层次化的维修时间模型和系统维修时间模型分别进行研究,最后提出基于PERT图的维修任务单元进行顺序重构的方法。最后,通过维修管理与维修仿真的关联需求研究,利用DELMIA二次开发技术完成了虚拟维修仿真信息的自动提出,实现知识库的重用。接着,再利用数据库技术和计算机软件技术开发了基于PC终端的虚拟维修的管理系统,最后为实现船员维修的现场管理和学习,开展了基于PDA的虚拟维修管理系统探索,实现了维修任务管理、维修工艺工序查询和维修过程信息管理。综上,本文采用虚拟现实技术,对特种装置的维修操作进行仿真与验证分析,采用数据库技术与基于DELMIA的二次开发技术,对特种装置的维修数据进行分析和管理,为特种装置的设计人员、使用人员及维护人员提供一个沉浸式的虚拟维修仿真分析验证和管理的软件平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 概述
• 1.1 项目来源
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究工作概述
• 1.4 本文的组织结构
• 第2章 虚拟维修样机与维修资源库的构建
• 2.1 虚拟维修场景的构建
• 2.2 基于多层次信息表示的装置虚拟维修样机建立
• 2.2.1 多装置虚拟维修样机层次化信息表示
• 2.2.2 基于 Garland网格简化的几何层数据构建
• 2.2.3 基于场景可见性计算的虚拟维修样机显示层数据构建
• 2.2.4 虚拟维修样机特征约束层数据构建
• 2.3 虚拟维修资源库的构建
• 2.3.1 维修工具库的建立与双向检索
• 2.3.2 虚拟维修人员人体模型的定制与建库
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于任务的虚拟维修过程建模与仿真
• 3.1 基于资源与时间约束的虚拟维修过程建模
• 3.1.1 基于 PERT图的虚拟维修任务单元分解
• 3.1.2 基于随机 Petri网的虚拟维修任务单元模型综合
• 3.2 基于任务单元的维修过程仿真
• 3.2.1 维修对象行为的几何约束推理
• 3.2.2 虚拟人、工具与维修对象的行为交互
• 3.2.3 船上特种装置的维修时间模型研究
• 3.2.4 基于 PERT图的维修任务单元顺序重构
• 3.3 本章小结
• 第4章 面向维修管理的仿真信息提取与重用
• 4.1 基于维修过程分解的虚拟维修工序信息提取
• 4.2 基于规则的虚拟维修零件与工具信息提取
• 4.3 基于操作语义的虚拟维修过程人员信息提取
• 4.4 本章小结
• 第5章 虚拟维修管理系统设计与开发
• 5.1 维修管理系统总体框架
• 5.2 基于维修仿真的装置维修管理信息提取
• 5.3 基于 PC终端的维修管理子系统开发与实现
• 5.3.1 子系统数据库设计与模块分布
• 5.3.2 子系统的模块设计与实现
• 5.4 基于 PDA的维修管理子系统研究
• 5.4.1 子系统的原理机制和设计
• 5.4.2 子系统关键技术研究
• 5.4.3 子系统的实现
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢