大型矿山机械设备虚拟仿真系统设计与研发

发布时间：2017-10-30 20:17

  本文关键词：大型矿山机械设备虚拟仿真系统设计与研发

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【摘要】：煤矿企业的开采、掘进、运输、提升、支护等生产设备种类繁多、结构复杂、零部件繁多、价格昂贵且体积庞大,矿山生产企业难以采用真实设备进行员工的设备结构认知、拆卸与安装、故障诊断与排除、工作面运行演示等技能的培训工作。设计研发虚拟仿真技术为上述问题的解决提供了新的研究思路。本课题以新疆焦煤集团企业实际为背景,选取各生产环节的典型生产环境、典型生产设备、常见设备故障、标准作业流程、逃生救援系统等内容,通过建立数字模型、构建数字样机,创建满足企业使用要求的虚拟仿真培训平台,致力于解决矿山企业在学员培训过程中的设备、场地、环境等因素的制约,大幅提高学员的实际操作技能、紧急逃生自救能力、设备维护管理水平等,具有重要的现实意义和应用价值。论文完成的主要工作及取得的成果如下:1、提出矿山机械设备虚拟样机维修资源库的设计概念,利用CAD模型转换优化技术和3DMAX机械模型与渲染贴图、动画制作技术,构建虚拟交互场景,建设完成矿山机械设备虚拟现实资源库。利用该平台在零件建模过程中,对于易损坏及关键部位零件进行有限元分析。并选取采掘设备传动装置中的传动轴进行有限元分析计算,得到传动轴的应变图、位移图、应力分布图等,为零件的优化、改进提供帮助,创建了设备备件数字化管理系统。2、构建了矿山企业生产的虚拟漫游系统,分析矿山机械设备虚拟仿真软件的研发流程,分析确定矿山机械设备虚拟仿真系统的总体目标,在此基础上阐述了研制流程的制定方法,功能定义的原则、系统设计的环节组成、以及软件制作的详细步骤。重点论述了软件系统脚本设计、编写的过程以及软件程序的开发。3、详细论述了交互平台的搭建的技术流程,对各虚拟交互平台的功能特点做了较为详细的分析。并重点讲解了基于EON Studio软件,开发虚拟交互平台的技术流程,通过模型制作、模型烘焙、模型渲染、虚拟场景导入等实现了矿井虚拟生产仿真系统的漫游、导航与交互功能,最后进行软件功能测试完成矿井虚拟生产仿真系统。
【关键词】：矿山机械 数字样机 虚拟仿真 EON
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD40;TP391.9
【目录】：

• 中文摘要5-6
• Abstract6-10
• 1. 绪论10-17
• 1.1 课题的研究背景和意义10-11
• 1.2 矿山机械设备虚拟仿真样机概述及其国内外研究现状11-15
• 1.2.1 矿山机械设备虚拟样机维修仿真技术概述11-12
• 1.2.2 国外矿山机械设备虚拟样机维修仿真技术现状12-13
• 1.2.3 国内矿山机械设备虚拟样机维修仿真技术现状13-15
• 1.3 研究的主要内容15-16
• 1.4 论文章节16
• 1.5 本章小结16-17
• 2. 交互式虚拟仿真系统的总体设计17-42
• 2.1 系统的总体设计目标及开发流程17-21
• 2.1.1 系统的开发流程18
• 2.1.2 矿山机械设备虚拟仿真系统的开发路线18-21
• 2.2 系统功能分析与定义21-27
• 2.2.1 系统设备型号及功能要求定义21-22
• 2.2.2 系统软件功能模块结构及功能细化22-24
• 2.2.3 软件整体功能及技术参数定义24-27
• 2.3 系统设计27-32
• 2.3.1 功能模块设置27-28
• 2.3.2 研制大纲确定28-29
• 2.3.3 系统界面设置29-32
• 2.4 软件制作32-41
• 2.4.1 脚本编写33-35
• 2.4.2 数据采集35-36
• 2.4.3 素材制作36-37
• 2.4.4 物理属性设置37-38
• 2.4.5 交互功能的实现38-40
• 2.4.6 系统合成40
• 2.4.7 软件测试40-41
• 2.4.8 修改加工41
• 2.5 本章小结41-42
• 3. 仿真系统的开发平台和硬件配置42-46
• 3.1 虚拟现实系统的组成和分类42-44
• 3.1.1 虚拟现实系统的组成42
• 3.1.2 虚拟现实系统的类型分类42-43
• 3.1.3 虚拟现实系统的功能分类43-44
• 3.2 仿真系统的软硬件组成44-45
• 3.3 本章小结45-46
• 4. 模型的建立46-57
• 4.1 3DMAX软件简介46-48
• 4.2 3DsMAx软件使用及建模创建48-49
• 4.2.1 3DsMAx软件使用界面48
• 4.2.2 3DsMAx模型创建48-49
• 4.3 3DsMAx设置材质和贴图49-50
• 4.4 3DsMAx动画制作50-51
• 4.5 机械模型约束中的几何元素数学计算原理51-55
• 4.6 3DsMAx机械模型和视频渲染55-56
• 4.7 本章小结56-57
• 5. 关键零部件的有限元分析57-65
• 5.1 有限元分析的基本过程58-59
• 5.2 掘进机传动轴的有限元分析59-64
• 5.3 本章小结64-65
• 6. 系统交互功能的实现65-82
• 6.1 虚拟仿真软件交互功能实现的开发平台65-67
• 6.2 EON Studio工具软件介绍67-68
• 6.3 EON软件系统界面及应用程序创建步骤68-70
• 6.3.1 EON软件系统基本界面68-69
• 6.3.2 EON软件系统应用程序创建步骤69-70
• 6.4 EON软件系统中三维模型的载入与设置70-75
• 6.4.1 机械设备三维模型的载入70
• 6.4.2 模型动作设置70-71
• 6.4.3 零件模型装配动作设置的基本数学原理71-72
• 6.4.4 三维空间中零件模型的位置和姿态变换72-74
• 6.4.5 碰撞节点检测74-75
• 6.5 脚本编辑器（The Script Editor）75-81
• 6.5.1 脚本编辑器添加注释文字75-76
• 6.5.2 外围场景三维模型的载入76-80
• 6.5.3 外围场景漫游功能设置80-81
• 6.6 本章小结81-82
• 7. 系统实现的效果82-88
• 7.1 矿山生产环境虚拟漫游82-83
• 7.2 设备运行的演示教学83-84
• 7.3 设备操作的交互训练84-85
• 7.4 设备拆卸、安装训练85-86
• 7.5 安全逃生系统演示教学86-87
• 7.6 本章小结87-88
• 8. 结论与展望88-90
• 8.1 结论88-89
• 8.2 展望89-90
• 参考文献90-93
• 致谢93-94
• 作者简介94-95

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本文编号：1119136