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支持产品全生命周期的3D工业仿真信息建模研究

发布时间:2023-07-24

编辑人:灵图互动

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3D工业仿真作为虚拟现实技术在产品全生命周期的应用,可增强产品生命周期各阶段、系统各层次的决策和控制能力,对支持产品全生命周期的设计具有重要意义。在产品的仿真分析中,零部件的拆卸与装配过程可描述产品的故障特征、拆装顺序、拆装操作、维修资源、维修策略等维修过程信息,参与产品3D工业仿真的整个过程,是产品生命周期的重要组成部分.因此,虚拟环境下面对维修拆装过程的信息建模是3D工业仿真的一项关键技术。

Antonino应用VR技术进行工业仿真,针对维修作业和过程评估,提出了CAD数据转换、创建虚拟环境、交互技术等问题的解决方案。Iowa大学开发的MAW系统可提出3D工业仿真维修性设计的修改建议,制定维修作业计划,对产品进行维修性分析。J R Li采用桌面式虚拟现实技术和面向对象方法,开发了V—REALISM工业仿真维修培训系统,实现了维修路径的规划和演示。华中科技大学的尹文生以全生命周期理论为基础,提出了面向机电产品设计的工业仿真虚拟维修系统框架。闵少松等针对3D工业仿真的维修对象、维修行为采用面向对象的方法进行建模,研究了虚拟环境中自动维修仿真作业的实现方法。刘子建等研究了信息跟随模型、模型配置信息的建模理论,提出了“一元四体”(AMFB)结构的产品信息模型,运用ACIS平台完成了试验软件系统HDCAD的开发.何剑彬等建立了3D工业仿真维修作业过程描述模型,可实现维修作业间的逻辑关系、约束条件和维修资源配置的表达。

综上所述,3D工业仿真的虚拟模型及建模系统的研究多限于模型的几何表达、物理特性仿真等方面,缺乏在生命周期过程中描述、表达模型的工程语义、设计等过程信息的研究,难以全面支持产品生命周期中3D工业仿真的分析和设计.因此,3D工业仿真信息模型应具备以下3方面的要求。

1)信息的完备性。信息模型除包含完整的几何拓扑信息,还应包含拆装路径、拆装资源、拆装序列等非几何的3D工业仿真信息,满足产品的3D工业仿真维修性预计分析和维修操作规划。

2)信息的一致性。模型的3D工业仿真信息在虚拟操作过程中会发生变化,所以展示的模型信息也应随之变化,形成信息模型的几何拓扑数据与维修拆装产生的非几何数据的动态跟随,保证产品全生命周期中不同阶段数据的一致。

3)信息表达的高效性。3D工业仿真信息模型应具有设计合理的数据结构,信息高效表达的方式与组织结构,有利于系统检索、存取信息数据,并具备良好的可扩充能力。

3D工业仿真三维建模

鉴于3D工业仿真信息建模的要求,从模型是信息的载体以及信息一致性、完备性、高效性的需求出发,面向产品全生命周期的3D工业仿真维修拆装阶段,研究3D工业仿真信息模型的理论和结构,提出虚拟环境下产品工业仿真信息的多层表达、多体结构的信息模型,运用属性机制存取、管理模型的几何拓扑信息数据与维修信息数据,构建信息多层次表达的树型框架结构,满足支持产品全生命周期设计中信息的一致性和完备表达的要求。

3D工业仿真信息模型是以几何拓扑信息为基本体,集成信息检索体、信息控制体的模型.该模型的建模方法是一种可完备表达、高效存取和管理产品全生命周期中维修拆装信息及其关系的理论。基本体是模型的几何及其拓扑关系的总称;检索体负责3D工业仿真信息的检索和跟随,是实现信息集成的结构体;控制体负责控制信息的配置和对设计过程的信息支持,是实现信息有效配置的结构体.

3D工业仿真信息模型构建

相比较传统的属性方式,运用包含树型框架结构的新型属性机制建立模型几何拓扑数据与非几何信息数据的映射关系。新型属性机制将模型的几何拓扑数据和非几何信息作为属性类进行统一处理,分别定义为形体属性和信息属性,再通过树型框架结构建立模型的几何拓扑信息与维修信息之间的映射关系,为设计者在维修拆装过程中实时修改、添加连接在几何体上的3D工业仿真信息提供支持,形成模型信息的动态跟随。

3D工业仿真信息模型的基本体是包含点、线、面、环等几何元素和拓扑关系组成的结构体,构成了模型的空间结构。系统通过STEP标准格式导人其他CAD软件系统的模型数据,转换成基本体所表征的几何拓扑数据结构,作为承载维修信息的载体。

3D工业仿真信息模型的检索体是实现3D工业仿真信息检索与跟随模型的结构体,是信息表达和集成的主要途径.为满足全生命周期数字化设计的需求,会在维修拆装过程中不断修改、调整与其相关的设计参数,致使在建模过程中实时产生大量的设计信息。

检索体的数据结构运用包含树型框架结构的属性机制,实现几何数据与非几何数据的映射,并将检索体的非几何数据存储于数据库中,并进行存取和管理。

对产品各个阶段的信息进行分类,每个类包含一个指向信息的实体指针,用户通过该指针查询信息所属基本体上的几何体或者拓扑关系。每个类的信息定义一个标识,用户通过标识查找或调用信息,以实现对信息的检索。

3D工业仿真信息模型构建

3D工业仿真信息模型的控制体是在维修、拆装等过程中控制各类设计信息与模型有效配置的结构体.通过对零件的拆装序列、维修资源、零件装配关系等维修信息的配送,实现对维修设计过程的信息支持。

针对产品全生命周期中面向3D工业仿真的信息需求,提出了虚拟环境下信息多层次表达、多体结构的信息模型及建模原理,研究了模型的基本体、检索体和控制体的结构,结合属性机制和树型框架结构建立了模型的几何拓扑信息和产品信息的映射,实现了信息的动态跟随,保证了信息的一致性,体现了模型作为信息载体的作用,为虚拟环境下产品3D工业仿真系统的研究提供了有益的借鉴。

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