论文部分内容阅读
协同设计是当今复杂产品设计的发展方向,复杂产品装配阶段必然会出现偏差,因此,在设计阶段发现产品的装配问题尤为重要。传统的开发设计都是零部件设计完成后,生产样机进行装配和验证,发现设计问题后再进行修改,再进行装配验证。这个过程往往要多次迭代,得到最终设计结果,开发时间长、成本高。利用三维数字化和虚拟现实技术对复杂产品进行装配仿真,发现产品的设计问题,快速修改产品的三维模型,再进行装配验证。这个过程中,不需要生产物理样机,可以减少开发时间,降低设计成本;此外,允许异地设计人员在同一虚拟环境中共同对产品进行装配和分析评价,可进一步缩短产品开发验证时间。针对上述需求,本文主要从三个方面开展相关研究,内容如下:首先,研究分布式协同虚拟装配仿真的现状,阐述了虚拟装配理论和协同仿真(CSCW)理论,对系统的功能要求进行分析,针对“复制式”和“集中式”分布式协同架构的缺点,提出了“复合型”两层分布式协同架构,确认了系统实现的关键技术,即分布式碰撞检测算法、协同机制和协同装配顺序规划。其次,对包围盒碰撞检测技术进行深入研究分析的基础上,针对装配体模型数量大导致碰撞检测实时性不足的问题,提出了分布式碰撞检测算法。该方法通过遍历装配模型获取模型层级关系,构建模型包围盒树,以包围盒法在客户端做快速碰撞检测,以网格检测在服务器进行精确碰撞检测检测,充分利用系统资源,减少检测耗时,让系统有良好的实时性。再次,深入研究并提出了基于TCP通信开展多用户分布式协同仿真的协同机制解决方案,主要通过多线程技术实现多任务处理,数据类型转换和数据包封装提高传输效率,状态加锁解决操作冲突,在线交流进行任务分配,解决了多人员开展协同操作的多任务协同处理问题。最后,研究协同装配顺序规划,采用拆卸法完成装配顺序规划;基于上述研究基础上,以Unity3D为基础平台,结合Microsoft.Visual.Studio.NET.2012开发平台构建分布式协同虚拟装配仿真系统,以大型风机模型为仿真对象,对系统可靠性进行了分析验证。