轴类零件智能加工单元MES系统及仿真技术研究
这是一篇关于MES系统,虚拟仿真,VUP,Robot Studio,轴类零件的论文, 主要内容为2008年世界金融危机以来,世界各主要工业国家都提出了各自的制造强国战略,中国此时也提出了国家战略。“中国制造2025”战略主要是确定工业发展的方向,向数字化、网络化和智能化发展。随着广大客户对产品需求向更高的品质与个性化转变,要求企业能够实现数字化、模块化和柔性化制造。轴类零件是许多工业装备不可或缺的重要零部件,在机电设备、汽车、航空航天及家电产品中应用广泛。轴类零件生产企业具有多品种、变批量、交货快的生产特点,这就要求企业在生产过程中必须做好车间的信息管理工作,以实现柔性化生产,对订单能够快速响应。针对我国轴类零件制造企业,特别是中小企业信息化低、生产效率低的问题,本文主要研究轴类零件柔性智能加工单元及其生产控制系统的设计和优化,并用虚拟仿真技术进行方案验证,主要内容概括如下:1.根据轴类零件加工单元的现状,利用系统布局规划(systemtic layout planning,SLP)方法设计了两个轴类零件智能加工单元布局方案。根据两个最小原则和两个避免原则,选用了其中最优的一个方案。再利用Solid Works三维设计软件进行建模,包括立体仓库、AGV小车、机器人、数控车床、数控加工中心、环形输送线、电子看板等设备。2.利用IRAI仿真软件中的VUP平台对整体加工单元进行动作仿真。将Solid Works建立的模型按照自动计算比例因子导入,再使用机器人Robot Studio软件,设计机器人的运动轨迹、I/O信号和动作指令等,实现机器人在加工单元中的同步仿真。利用VUP平台自带的动作设置功能与西门子PLC梯形图的编写,实现了AGV小车自动取料动作;环形输送线运料动作;检测工位合格与不合格产品的剔除动作。应用VUP平台分别与Robot Studio软件和西门子PLC软件进行通信,完成智能加工单元整体流程动作仿真。3.采用B/S(浏览器/服务器)的架构模式,和Intellij IDEA编辑工具,Java编程语言,基于SSM(Spring+Spring MVC+My Batis)技术框架。数据库采用My SQL数据库软件,开发了一款适用于轴类零件智能加工单元的MES系统。通过虚拟仿真制造,可为轴类零件智能加工单元设计方案进行验证,也可对生产过程进行可视化展示。仿真与MES系统的结合实现了制造过程的数字化和网络化,有效的提高了企业的生产效率、降低了成本、为同类企业提供了转型的设计借鉴意义。
压铸工艺过程与模具设计虚拟仿真实验及数字孪生平台搭建
这是一篇关于虚拟仿真,压铸工艺,压铸模具,数值模拟,数字孪生的论文, 主要内容为随着铝合金压铸产业的高速发展,压铸人才紧缺、压铸产业信息化和智能化程度较低等问题愈发突出。为适应压铸行业发展需要,本研究以典型环类压铸件——曲轴后端盖的压铸工艺流程开发和质量检测实验为案例,采用Unity3D软件设计开发兼具压铸虚拟仿真实验和数字孪生平台,具体研究内容如下:首先,为使压铸虚拟仿真平台具有学习的指导性和实效性,选取了汽车上应用较普遍且及其重要的曲轴端盖和凸轮轴盖两个典型压铸件建立工艺案例库。凸轮轴盖压铸模及工艺开发作为前期工作业已完成,本文针对企业急需攻关的曲轴后端盖进行了模具设计和工艺开发,通过铸件特征分析和理论设计,确定两套浇注排溢系统设计方案和压铸机型号;然后将两方案的模型导入Pro CAST进行数值仿真,根据充型和凝固等仿真分析结果,最终确定钳形浇道、8溢流槽为最佳方案,充型时不容易形成紊流,凝固时孤立液相区补缩更好。随后,对最佳压铸方案开模并试模生产,对压铸样件展开实验分析,发现压铸件外观质量良好,经X射线探伤未发现铸件裂纹,厚大缩孔位置与缺陷仿真预测极度吻合;光学和电子显微镜观察组织发现,铸件晶粒细小、组织致密,与组织仿真结果一致;能谱和X射线衍射分析表明,铸件成分均匀,组织内部无杂质;拉伸和显微硬度实验结果表明,铸件力学性能满足使用要求,本研究可为端盖类铝合金压铸件模具及工艺开发提供参考。最后,将模具、压铸机和机械手等其他机械零件三维模型导入3D Max渲染模型;渲染后模型导入Unity3D,制作场景和UI人机界面;应用VS2019编写C#程序,实现平台各模块功能;以工业物联网为信息传递平台,将压铸生产总控PLC(S7-1200)信号通过OPC协议与Unity3D虚拟仿真平台建立实时通信,实现从物理空间到孪生空间的映射;生产数据上传阿里云数据库,并在生产现场显示器上实时显示生产进度,便于现场技术人员了解生产进程,合理安排产能。本研究集压铸件工艺及模具开发、工厂场景和工人操作、模具装配和压铸机运动仿真等为一体开发了虚拟仿真实验模块,基于现有压铸设备控制系统和虚拟仿真实验模块,引入数字孪生技术概念,开发了压铸生产管理系统,最后利用阿里云服务器对系统进行数据管理。压铸工艺及模具开发,实现了曲轴端盖的高效、高质量生产;虚拟仿真实验让风险高、成本高且难以到达实验要求的课程实验方便开展;压铸数字孪生系统,优化了压铸生产节拍,提高了生产效率。
多无人机系统虚拟仿真平台的设计与实现
这是一篇关于多无人机,ML-Agents实时交互,虚拟仿真,训练环境,游戏AI的论文, 主要内容为多机系统相比于单机系统具有容错率高、载荷大等特点,对复杂任务环境有较强的适应性,具有重要的研究价值,但其规模大、成本高的特征,导致实物研究难度较大。为了缩短研究周期、提高开发效率,本文面向城市环境搭建了多无人机系统的虚拟仿真平台,用以展示多样化的城市任务场景,并支持智能算法的在线训练和验证,主要研究内容包括:(1)针对多无人机系统任务场景多样性的特点,开发管理软件统一管理仿真数据。首先,基于Swing框架设计图形用户界面。之后,开发视频展示模块,演示虚拟环境中的多无人机任务场景。其次,根据数据交互的次数,将仿真类型分为单次交互仿真和多次交互仿真,前者以集群任务分配为代表,后者以围捕、红蓝博弈任务为代表,主要使用强化学习方法,在“试错”中不断训练模型。针对两种类型分别基于数据库和消息队列交互的方式设计仿真数据存储模块。最后基于My SQL数据库开发仿真数据监管模块。(2)针对无人机集群多类型任务的演示需求和智能算法对训练环境的需求开发了视景软件。利用3ds Max建模工具和Fantastic City Generator等场景搭建工具在Unity游戏引擎中搭建了虚拟城市环境和各目标场景,并将任务场景分为演示类场景和训练类场景。演示类场景完全在虚拟环境中实现,使用C#脚本驱动场景运行,利用动画特效、轨迹插件等技术在城市环境中模拟多无人机系统的任务场景。训练类场景考虑和算法端的数据交互,基于ML-Agents框架开发,利用环境数据帮助强化学习算法训练并通过视景演示直观地观察训练的状态。(3)针对旋翼类无人机的动态任务环境,以围捕任务为例,考虑任务目标和条件约束设计围捕模型。由于多智能体强化学习网络的训练需求,在虚拟任务环境中考虑对方无人机的行为决策,面向围捕场景和博弈场景,基于寻路方法、人工势场法、聚类方法和比例控制法设计了对方的策略,目的是通过双方的行为交互训练出合理的网络参数,使得执行效果更贴近于真实任务环境。
碳纤维凝固过程虚拟仿真平台设计与实现
这是一篇关于碳纤维,凝固浴,双扩散,虚拟仿真,B/S架构的论文, 主要内容为碳纤维作为一种高性能材料,广泛应用于国防军工、医疗、交通运输等多个领域,被列为国家重点战略性材料。在碳纤维的生产过程中,凝固成形过程这一关键工序对原丝质量影响较大,进而对提升最终产品的质量较为关键。因此,对凝固成形过程的工艺研究、机理建模和虚拟实现具有重要意义。本文在研究碳纤维凝固成形机理的基础上,建立了碳纤维的凝固成形过程的动态模型、数值仿真和三维动画呈现,并设计和开发了基于B/S架构的碳纤维凝固过程虚拟仿真平台。平台将展示碳纤维生产的三维场景、初生纤维凝固成形的动画、纤维内部溶剂浓度的变化过程和工艺参数对纤维直径和成形速度的影响。仿真平台支持多用户同时登录和并行操作,用户可设置工艺参数,进行工艺参数与产品质量的相关分析。本文的主要工作包括:(1)分析了碳纤维凝固过程工艺与产品质量的关系,研究了凝固成形机理,建立了碳纤维凝固过程模型。模型包含双扩散模型,描述原液细流中溶剂和凝固剂的双扩散过程;相分离模型,描述原液细流由液相变为固相的过程;初生纤维运动模型,描述流变力、摩擦力和惯性力与速度的关系;初生纤维半径模型,描述由物质守恒得出的流量与速度之间的关系。(2)采用方程数值求解与实验数据拟合相结合的方法进行凝固浴过程的仿真。根据四个模型相互关联关系,在每一步的迭代中首先采用数据拟合法求出纤维半径,然后根据质量守恒得到初生纤维固液交界面的半径,再由受力平衡计算纤维运动速度,最后返回这些值计算双扩散的浓度分布。首先采用MATLAB仿真,得到液态-固态交界面、初生纤维半径与速度的分布曲线。为了搭建虚拟仿真平台,使用Java重写了仿真程序,并给出精度缺失优化方案。(3)通过使用场景和目标用户的分析,得到技术需求和业务需求,基于此选型技术,提出了系统的总体设计方案,平台由管理员模块和用户模块组成,用户模块由登录、碳纤维制造流程、仿真参数设置、纤维参数查看、凝固过程动画等模块组成。前端开发技术选用了Vue框架、Echarts组件库、Element UI组件库、Web GL技术和Three.js框架,后端选用Spring Boot框架和My Batis框架,数据库选用了My SQL和Redis。(4)本文采用前后端分离方式开发,前端采用Vue框架结合Echarts组件库、Element UI组件库开发静态页面,通过Web GL技术展示碳纤维制备工业流程的Unity3D三维场景,使用Blender建立凝固过程三维模型和三维动画,导出后通过Three.js加载引入,最后在Web中引用显示。后端使用Spring Boot框架和My Batis框架及其插件实现不同业务需求中涉及的数据增加、删除、修改和查询,利用Spring Security和JWT开发登录功能,使用OSHI开发服务器监控功能。(5)最后进行了功能测试和兼容性测试。测试结果表明:碳纤维凝固过程虚拟仿真平台满足用户和管理员需求。
基于功能性空间的中国新一代载人飞船卫生区设计
这是一篇关于中国新一代载人飞船,卫生区,功能性空间,虚拟仿真,微重力的论文, 主要内容为卫生区作为载人飞行器中环境控制与生命保障系统的重要组成部分,在保证着航天员在舒适完成大小便任务的同时,还要求尽量减小卫生区所占空间。与现有中国空间站相比,中国新一代载人飞船返回舱对舱内空间利用率要求更高,需要准确测量卫生区中航天员操作所需最小空间,确保卫生区所占体积最小。使用仿真软件的干涉检验功能只能保证航天员在卫生区内能顺利完成任务,不能得到航天员完成如厕相关任务所需最小空间,因此无法将卫生区所占空间最小化。本文构建了载人飞行器功能区功能性空间设计方法,通过人机工程理论仿真软件对中国新一代载人飞船卫生区的功能组件进行了优化设计和空间布局,并利用JACK仿真软件中的轨迹追踪功能对航天员操作所需最小空间进行精确测量,完成了卫生区的空间优化。本文主要分为以下四个部分:(1)通过对功能性空间相关概念和功能性空间设计方法的研究,构建了载人航天器独立功能区的功能性空间设计方法,用于指导中国新一代载人飞船卫生区的结构尺寸设计与空间优化。(2)以中国空间站卫生区的结构为设计依据,分析中国新一代载人飞船卫生区功能组件的组成。并对航天员在的微重力状态下使用中国新一代载人飞船卫生区的动作与姿态进行分析,得出航天员在卫生区中的姿态变化情况和卫生区空间布局的初步概念。(3)通过分析中国航天员选拔标准与中国男性飞行员身体尺寸标准,得出中国航天员身体尺寸数据。并将最大与最小的中国航天员身体尺寸数据导入JACK软件中,构建了中国航天员虚拟人体模型。然后依据航天员身体尺寸与卫生区功能组件的设计要求,对卫生区的功能组件的结构、功能、尺寸以及空间布局进行设计,完成中国新一代载人飞船卫生区的初步设计方案。(4)根据航天员在卫生区中的人机交互流程,在JACK仿真软件建立中国新一代载人飞船卫生区的航天员运动模型,并对中的卫生区中的功能组件的布局进行舒适性和可操作性评估,根据评估结果完成卫生区内部功能组件的优化设计。再将航天员运动轨迹形成的功能性空间进行可视化处理,并依据功能性空间设计最小体积的卫生区外壳,得到同时具备集成化和舒适性的中国新一代载人飞船卫生区,最后通过对比优化前与优化后卫生区设计方案的体验感与空间载荷,验证了功能性空间设计方法在载人航天器卫生区结构设计与空间优化的有效性。本文将功能性空间相关理论与设计方法引入中国新一代载人飞船卫生区设计中,完成了卫生区的结构设计与空间布局,解决中国新一代载人飞船卫生区集成化和舒适性矛盾的问题,验证了基于功能性空间的载人航天器功能区设计方法的有效性和可靠性,为载人航天器功能区的布局设计与空间优化提供了一种解决办法。
LTE在线虚拟仿真教学实验系统的设计与实现
这是一篇关于LTE系统,虚拟仿真,数据处理,教学系统平台的论文, 主要内容为随着互联网的快速发展与计算机技术的不断创新,很多传统行业都在积极探索将本行业与互联网技术结合起来的可能性,试图将信息科学技术引入传统行业,从而加快行业发展、优化行业格局。近些年,在线教学系统发展快速,愈加成熟,是当前最新潮的在线学习方式,但是随着社会需求的不断扩大,其问题也愈加明显,用户只有观看教学视频这种单一的学习形式,无法切身体会实验课程中的真实效果。如何优化实验教学,为用户提供丰富多样的学习形式,成为亟需解决的关键问题。本文在介绍了LTE在线虚拟仿真教学实验系统研究背景及相关技术的基础上,主要研究了以下三个方面的内容:(1)设计了LTE在线虚拟仿真教学实验系统的系统架构,主要包括业务服务器、网管服务器、终端设备、客户机四大组件,通过虚拟化实验设备,将实验项目部署到系统平台上,交由系统平台统一管理与分配实验资源,采用C/S软件系统架构实现客户端与系统平台的信息交互;学生客户端可以通过互联网访问实验教学平台远程与实际的LTE系统进行交互做实验,并且实验结果可以实时的反馈给学生。这样实现了多个学生可以共享一套LTE实现系统而不受时间的限制。(2)搭建了LTE在线虚拟仿真教学实验系统平台,完成了业务服务器、后台管理平台和客户机三部分的功能实现与验证,并集成了信令分析实验、网络规划实验和业务分析实验等多个虚拟实验项目。(3)设计了基于TCP协议的系统各组件间通信协议,采用MySQL作为业务服务器中的数据库,并设计了表与实体对象之间的映射关系,使用JDBC和Hibernate技术编写了数据库的访问接口和数据持久化模块;另外,还设计与实现了对XML数据进行解析与封装、加密与解密功能。最后该平台通过对真实实验设备进行测试,结果表明该系统实现了对实验资源的统一管理与资源分配功能,能够有效地实现LTE实验的在线虚拟仿真,从而突破传统实验环境的束缚,提高实验教学质量,并且对本论文进行了概括总结,对下一步的研究方向和思路进行了展望。
基于WebGL的火药燃烧虚拟仿真实验教学系统研究与应用
这是一篇关于火药燃烧,WebGL,虚拟仿真,实验教学系统的论文, 主要内容为虚拟仿真技术的进步和在线教育模式的兴起,推动了智能化、沉浸式的虚拟仿真实验教学新模式的发展。火药燃烧实验是安全工程专业本科教学中非常重要的实验,实验过程中伴随着高温、高压和高速的化学反应,具有较高的危险性。因此,设计开发可靠性高、可移植性好的虚拟仿真实验系统具有较高的实践意义。本文结合火药燃烧虚拟仿真教学实验的需求和特点,建立了一套基于WebGL的虚拟仿真实验系统的研发方法,充分还原实际实验的细节,主要工作如下:首先,分析了火药燃烧虚拟仿真实验教学系统的业务过程,明确了火药燃烧实验的相关流程和步骤,确定了火药燃烧虚拟仿真实验教学系统的功能和性能需求,并对系统进行了需求建模。其次,研究了基于WebGL的三维仿真关键技术。分析了Unity3D渲染技术,完成了系统所需模型的材质渲染、场景搭建和动画制作;采用Unity3D与服务端直接连接的方式,实现了WebGL数据与Web页面的交互;使用基于OpenGL的碰撞检测技术,提升了虚拟仿真系统的用户体验度。然后,针对学生填写实验报告可能存在文本及图像抄袭的问题,提出了融合Tesseract-OCR图像识别的在线查重算法。设计了基于反向迭代的最细粒度分词方法进行文本解析,并用Simhash算法完成文本查重;采用ORB算法计算图像相似度,并结合Tesseract-OCR算法实现了对实验报告中的图像及文本截图的识别与查重功能。实验结果表明,该算法具有较高的准确性和实用性,对提高实践教学质量具有重要作用。最后,采用前后端分离架构以及接入与代理设计模式搭建了火药燃烧虚拟仿真实验教学系统,利用React、Spring boot和WebGL等技术实现了权限管理、演示实验、预习检测、在线实验、报告提交、成绩计算和教师管理等功能模块,通过功能和性能测试检验了系统的实用性。
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