基于三维模型的智能工艺设计技术研究

发布时间：2017-05-01 15:11

  本文关键词：基于三维模型的智能工艺设计技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代科学技术迅猛发展，为制造业的技术革新提供了源源不断的前进动力，使产品的更新换代速率更快。企业迫切需要通过提高产品的设计与制造效率来提升其市场竞争力，这对计算机辅助工艺设计(CAPP)技术提出了更高的要求。CAPP是促进计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)进行系统集成的枢纽，是制约企业实现自动化、智能化、信息化进程的瓶颈，它的发展对提高企业生产效率具有重大意义。然而，传统的CAPP都是基于二维CAD环境工作的，这已经无法满足当前企业的三维CAD技术高度发达的现状。因此，基于三维模型的智能工艺设计技术已经成为当前研究的重点和难点。 针对CAD、CAPP、CAM系统的模型数据表达模式各不相同的特点，本文以不依赖于任何系统的中性交换文件STEP作为数据载体，分析了STEP文件的数据结构，实现了三维CAD模型数据向CAPP系统的传输；设计了基于STEP文件的三维模型数据提取算法和基于OpenGL图形库的三维模型重建算法。 由于工艺设计所使用的是以特征为对象的数据信息，，本文提出了一种基于扩展属性邻接矩阵的特征识别方法，将以曲面、边界、点为描述对象的几何信息转换为以特征为对象的特征信息。该方法首先对模型的孤立特征进行识别，在已识别出的孤立特征信息的基础上成功实现了对模型相交特征的识别。 针对模型的特征，本文设计了基于规则匹配的特征加工方案选择机制，并将特征加工方案分解为多个加工元；针对所有加工元，综合考虑制造资源约束和工艺优先关系约束，设计了基于改进蚁群算法的工艺序列优化方法。该方法利用双层蚁群算法，针对不同加工元，以加权海明距离为城市距离进行优化；而针对相似加工元，以加工元所属特征之间的几何直线距离作为城市距离进行优化，最终得到了整个模型的最优工艺序列。 基于对相关智能工艺设计技术的研究，本文设计了基于三维模型的3D-CAPP原型系统，并对系统的各个模块的功能进行了验证，实现了对于中等复杂模型的工艺设计。
【关键词】：三维CAD模型 STEP OpenGL 扩展属性邻接矩阵 特征识别 改进蚁群算法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH162
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景、研究目的及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-16
• 1.2.1 基于三维模型的数据提取和模型重绘技术11-13
• 1.2.2 基于三维模型的特征识别技术13-15
• 1.2.3 工艺序列优化技术15-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-17
• 第2章 基于三维模型的数据提取和模型重绘17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 STEP 文件的物理结构分析17-19
• 2.3 基于 STEP 的三维模型数据提取19-22
• 2.4 基于 OPENGL 的三维模型重绘22-29
• 2.4.1 OpenGL 的工作原理23
• 2.4.2 NURBS 曲线和曲面的表示方法23-25
• 2.4.3 常规解析曲线和曲面的 NURBS 表示25-29
• 2.4.4 基于 OpenGL 的曲面绘制与边界裁剪29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 基于扩展属性邻接矩阵的特征识别30-48
• 3.1 引言30
• 3.2 扩展属性邻接矩阵(EAAM)的定义30-32
• 3.3 边界的凹凸性判定32-37
• 3.3.1 平面与平面相交所成直线边界32-33
• 3.3.2 平面和圆柱面相交所成直线边界33-35
• 3.3.3 平面与圆柱面相交所成圆弧边界35-36
• 3.3.4 平面与圆柱面相交所成椭圆边界36
• 3.3.5 平面与圆锥面相交所成直线边界36
• 3.3.6 圆柱面与圆锥面相交所成圆弧边界36-37
• 3.4 EAAM 的生成及其子邻接矩阵的提取37-41
• 3.4.1 扩展属性邻接矩阵的生成37-38
• 3.4.2 子属性邻接矩阵的提取38-41
• 3.5 孤立特征的识别41-44
• 3.5.1 典型制造特征的预定义41-42
• 3.5.2 子邻接矩阵的特征匹配42-44
• 3.6 相交特征的识别44-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第4章 基于改进蚁群算法的工艺序列优化48-60
• 4.1 引言48
• 4.2 工艺序列优化的模型建立48-49
• 4.3 蚁群算法的系统模型49-51
• 4.3.1 蚁群算法的基本原理49-50
• 4.3.2 蚁群算法的基本工作过程50-51
• 4.4 基于改进蚁群算法的工艺序列优化51-57
• 4.4.1 特征的加工方案选择51-52
• 4.4.2 加工元的约束关系处理52-53
• 4.4.3 不同加工元之间的距离定义53-54
• 4.4.4 状态转移准则54-55
• 4.4.5 状态转移概率55
• 4.4.6 路径信息素的更新策略55-56
• 4.4.7 蚁群算法的参数选择及改进56-57
• 4.5 相似加工元的路径优化57-58
• 4.6 工艺序列优化的实现过程58-59
• 4.7 本章小结59-60
• 第5章 基于三维模型的工艺优化系统60-71
• 5.1 引言60
• 5.2 3 D-CAPP 系统的总体框架60-61
• 5.3 3 D-CAPP 的各功能模块及实例验证61-70
• 5.3.1 三维模型数据提取与显示模块62-63
• 5.3.2 三维模型的制造特征识别模块63-66
• 5.3.3 工艺序列优化模块66-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-78
• 致谢78

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