面向复杂产品装配现场的移动三维模型关键技术研究

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1、学校代码10699分类号T1I164密级学号2010100406黟黑w盅N丑m蓝c盛E蓝题日面向复杂产品装配现场的移动三维模型关键技术研究作者肖鸿学科、专业航空宇航制造工程指导教师李原教授申请学位日期2014年9月万方数据西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：面向复杂产品装配现场的移动三维模型关键技术研究作者：肖鸿学科专业：航空宇航制造工程指导教师：李原教授2014年9月万方数据ResearchontheKeyTechnologiesofMobileThree-DimensionalModelforAssemblySiteofComplexProductByXiaoHongUndert

2、heSupervisionofProfessorLiYuanADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofAeronauticalandAstronauticalManufacturingEngineeringXi‘anP.R.ChinaSeptember2014万方数据摘要摘要产品定义信息是产品研制生命周期中各设计与制造阶段的依据，其在各阶段的有效传递是产品研制工作顺利完成的保证。随着基于模型的产品数字化

3、定义技术（ModelBasedDefinition,MBD）在现代复杂产品研制过程中的广泛应用，集成了完整产品定义信息的三维模型作为单一数据源在产品研制生命周期中的大部分阶段得到了有效的传递，促进了复杂产品设计制造一体化进程。然而，以航空、航天、船舶产品为代表的复杂产品装配活动为典型的离散型装配，目前，大部分装配工作的实施依然是现场装配人员根据纸质的二维装配工艺信息文件手工完成，产品三维模型在研制生命周期中作为单一数据源的传递出现断层，无法将三维装配工艺信息传递到装配现场第一线以直观指导现场装配工作。针对该问题，本文在新兴的计算模式下，研究面向复杂产品装配现场的移动三维模型若干关键技术，实现

4、三维模型作为单一数据源在装配阶段的传递，提高复杂产品装配活动的效率和质量。全文的主要研究内容如下：分析了复杂产品装配现场对装配工艺信息的M化（移动化）需求，给出了移动三维模型的定义，阐述了本文的研究背景及意义，综述了相关技术的研究现状，指出了移动三维模型的构建及面向装配现场的传递亟待研究的关键问题。借鉴一般认知与信息传递框架，建立了面向复杂产品装配现场的移动三维模型构建与传递框架，分析了框架中各部分之间的逻辑关系，并提出了各部分中亟待研究的关键技术，描述了本文的总体思路和架构。提出了面向复杂产品虚拟装配过程的动态装配体简化方法，为后续三维装配工艺信息的组织和构建提供输入。首先，将复杂产品装配

5、过程看作装配体的逐步“生长”过程，研究了外观保持的装配体简化方法。其次，提出了装配特征保持的装配体简化方法：通过引入“共轭”的概念，给出了装配特征的定义，并将装配体中装配特征的识别问题转化为基于子图同构的共轭子图匹配问题；针对该问题，分别给出了改进Ullmann算法、启发式算法以及基于MapReduce图论算法的详细求解步骤；在此基础上，建立了动态装配体简化方法的实施步骤。最后，通过实例验证了该方法的有效性。提出了面向复杂产品装配现场的三维装配工艺信息构建与传递方法。建立了面向装配现场的三维装配工艺信息传递的增强现实（AugmentedReality,AR）云框架。基于语义构建了基于增强现实

6、的三维装配工艺信息（AugmentedRealitybasedAssemblyOrder,ARAO）模板，以装配顺序、产品与工具等的三维模型以及ARAO模板为输入，将以工序表述的传统纸质AO转变为以虚拟三维装配步骤为基本组成的ARAO。提出了基于SIFT算法的自然特征跟踪注册方法，并进一步将其在MapReduce框架中实现，以将三维装配工艺信息传递到真实装配场景中的当前装配操作区域。给出了面向装配现场ARI万方数据西北工业大学博士学位论文系统的执行流程。通过实例对比展现了一般三维装配工艺信息和ARAO对产品装配过程的描述。提出了移动三维模型云服务体系架构的设计方法，为移动三维模型的构建过程和

7、在复杂产品设计制造企业中应用提供支撑环境。运用系统需求工程理论，提出了移动三维模型云服务体系架构的设计方法；采用工程实践中积累的相关数据进行实例验证，建立了移动三维模型云服务系统参考架构。针对移动三维模型云服务应用过程中计算资源的分配策略问题，构建了计算资源分配模型；设计了相应算法并进行实例验证。关键词：复杂产品，装配现场，三维装配工艺，移动三维模型，云计算，模型简化，增强现实，需求工程理论本研究得到863重