面向復雜產品裝配現(xiàn)場的移動三維模型關鍵技術研究.pdf

1、產品定義信息是產品研制生命周期中各設計與制造階段的依據，其在各階段的有效傳遞是產品研制工作順利完成的保證。隨著基于模型的產品數(shù)字化定義技術（Model Based Definition，MBD）在現(xiàn)代復雜產品研制過程中的廣泛應用，集成了完整產品定義信息的三維模型作為單一數(shù)據源在產品研制生命周期中的大部分階段得到了有效的傳遞，促進了復雜產品設計制造一體化進程。然而，以航空、航天、船舶產品為代表的復雜產品裝配活動為典型的離散型裝配，目前，大

2、部分裝配工作的實施依然是現(xiàn)場裝配人員根據紙質的二維裝配工藝信息文件手工完成，產品三維模型在研制生命周期中作為單一數(shù)據源的傳遞出現(xiàn)斷層，無法將三維裝配工藝信息傳遞到裝配現(xiàn)場第一線以直觀指導現(xiàn)場裝配工作。針對該問題，本文在新興的計算模式下，研究面向復雜產品裝配現(xiàn)場的移動三維模型若干關鍵技術，實現(xiàn)三維模型作為單一數(shù)據源在裝配階段的傳遞，提高復雜產品裝配活動的效率和質量。全文的主要研究內容如下：
　　分析了復雜產品裝配現(xiàn)場對裝配工藝信息的

3、M化（移動化）需求，給出了移動三維模型的定義，闡述了本文的研究背景及意義，綜述了相關技術的研究現(xiàn)狀，指出了移動三維模型的構建及面向裝配現(xiàn)場的傳遞亟待研究的關鍵問題。
　　借鑒一般認知與信息傳遞框架，建立了面向復雜產品裝配現(xiàn)場的移動三維模型構建與傳遞框架，分析了框架中各部分之間的邏輯關系，并提出了各部分中亟待研究的關鍵技術，描述了本文的總體思路和架構。
　　提出了面向復雜產品虛擬裝配過程的動態(tài)裝配體簡化方法，為后續(xù)三維裝配工藝

4、信息的組織和構建提供輸入。首先，將復雜產品裝配過程看作裝配體的逐步“生長”過程，研究了外觀保持的裝配體簡化方法。其次，提出了裝配特征保持的裝配體簡化方法：通過引入“共軛”的概念，給出了裝配特征的定義，并將裝配體中裝配特征的識別問題轉化為基于子圖同構的共軛子圖匹配問題；針對該問題，分別給出了改進 Ullmann算法、啟發(fā)式算法以及基于 MapReduce圖論算法的詳細求解步驟；在此基礎上，建立了動態(tài)裝配體簡化方法的實施步驟。最后，通過實例

5、驗證了該方法的有效性。
　　提出了面向復雜產品裝配現(xiàn)場的三維裝配工藝信息構建與傳遞方法。建立了面向裝配現(xiàn)場的三維裝配工藝信息傳遞的增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）云框架?；谡Z義構建了基于增強現(xiàn)實的三維裝配工藝信息（Augmented Reality based Assembly Order，ARAO）模板，以裝配順序、產品與工具等的三維模型以及ARAO模板為輸入，將以工序表述的傳統(tǒng)紙質 AO轉變?yōu)橐蕴摂M三維裝

6、配步驟為基本組成的AR AO。提出了基于SIFT算法的自然特征跟蹤注冊方法，并進一步將其在MapReduce框架中實現(xiàn)，以將三維裝配工藝信息傳遞到真實裝配場景中的當前裝配操作區(qū)域。給出了面向裝配現(xiàn)場 AR系統(tǒng)的執(zhí)行流程。通過實例對比展現(xiàn)了一般三維裝配工藝信息和ARAO對產品裝配過程的描述。
　　提出了移動三維模型云服務體系架構的設計方法，為移動三維模型的構建過程和在復雜產品設計制造企業(yè)中應用提供支撐環(huán)境。運用系統(tǒng)需求工程理論，提出