车间制造状态三维虚拟监控与预警方法研究

发布时间：2017-04-18 11:12

  本文关键词：车间制造状态三维虚拟监控与预警方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着传感器技术的发展,车间制造现场实时收集数据已经变得简单,如何存储处理和应用这些数据,仍然是亟待解决的问题。当前的监控系统采用传统数据库存储实时数据,并且通过二维界面进行操作,导致了车间管理人员与现场操作人员之间信息交互的不及时和不准确,使得当前的车间监控满足不了用户需求。本文从实际生产需求出发,重点对车间制造状态三维虚拟监控系统的相关技术以及预警方法进行了研究。论文中的研究工作主要有以下内容：(1)分析虚拟监控系统中的数据类型,在对实时数据存储方式详细分析的基础上,设计了面向三维虚拟实时监控的数据存储方法,提出了实时数据库的系统模型和运行方式。(2)运用Unity3D平台对三维虚拟场景进行构建,采用场景树的思想对虚拟场景进行管理；研究了虚拟监控系统中三维模型的实时驱动方式,重点对人机交互技术展开了研究,以实现自然、实时的人机交互。研究了路径节点法来实现监控系统中物流设备的路径可视化。(3)论述了故障预测的一般方法,详细地分析了真实生产过程中的复杂情况,基于模型参数无法定义生产操作过程以及工艺经验的缺乏,采用PCA方法(主元分析法)进行设备的故障预测；对PCA方法的求取过程进行了分析,并设计了基于PCA方法的故障预测算法；最后通过案例验证了预测方法的正确性。(4)基于上述关键技术的研究,设计并开发了原型系统,对原型系统的总体框架和功能要素进行了设计和分析,并在实际应用中证明了原型系统的有效性。
【关键词】：虚拟监控 实时数据库 Unity3D 主元分析 故障预测
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH18;TP277
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 研究背景16
• 1.2 课题来源16-17
• 1.3 车间虚拟监控的相关研究现状17-18
• 1.3.1 工业监控研究现状17
• 1.3.2 实时数据存储的研究现状17-18
• 1.3.3 三维可视化技术研究现状18
• 1.3.4 故障预测方法研究现状18
• 1.4 课题研究内容和目标18-20
• 1.4.1 研究内容18-20
• 1.4.2 研究意义20
• 1.5 论文结构20-22
• 第二章 实时数据存储方法研究22-33
• 2.1 数据类型22-25
• 2.1.1 实时数据库中数据的基本概念22-23
• 2.1.2 实时数据存储要解决的问题23-24
• 2.1.3 虚拟监控系统中数据类型24-25
• 2.2 数据存储方式25-28
• 2.2.1 实时数据模型25-27
• 2.2.2 实时数据库的功能27
• 2.2.3 实时数据的组织与存储27-28
• 2.3 数据库运行方式28-32
• 2.3.1 实时数据库系统框架28-29
• 2.3.2 核心结构设计29-30
• 2.3.3 实时数据库内部模块化实现30-31
• 2.3.4 建立实时数据库系统模型31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 虚拟车间三维可视化技术33-51
• 3.1 虚拟车间三维场景构建33-37
• 3.1.1 Unity3D技术介绍33-36
• 3.1.2 基于场景树的三维虚拟场景建立36-37
• 3.2 基于实时数据的设备模型驱动37-45
• 3.2.1 三维图形变换37-39
• 3.2.2 Unity3D图形变换实现39-40
• 3.2.3 虚拟监控系统可视化对象运动方式40
• 3.2.4 虚拟监控系统中模型的运动驱动40-45
• 3.3 人机交互技术45-47
• 3.3.1 人机交互技术基本概念45
• 3.3.2 人机交互技术在虚拟监控系统中的应用45-46
• 3.3.3 场景漫游方法46-47
• 3.4 物流设备路径可视化47-50
• 3.4.1 路径设计节点47-49
• 3.4.2 路径设计节点的信息建模49
• 3.4.3 物流设备路径的三维可视化实现49-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 设备故障预警技术51-64
• 4.1 故障预测方法概述51-52
• 4.2 主元分析法52-56
• 4.2.1 主元分析法简介52-54
• 4.2.2 数据预处理54
• 4.2.3 参数矩阵标准化54-55
• 4.2.4 主元确定55-56
• 4.3 基于主元分析法的故障预测56-59
• 4.3.1 SPE(Q)统计量57
• 4.3.2 T~2统计量57-58
• 4.3.3 主元得分图58
• 4.3.4 具体算法步骤58-59
• 4.4 案例59-63
• 4.4.1 机床监控模型描述59-60
• 4.4.2 主元分析法故障预测60-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 原型系统的设计与实现64-71
• 5.1 系统总体框架设计64-65
• 5.2 系统关键功能要素分析65-66
• 5.3 原型系统的应用验证66-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-72
• 6.1 研究工作总结71
• 6.2 未来工作展望71-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况75

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