摘 要

虚拟拆装技术是虚拟现实技术的重要应用之一，是提高精密机械产品设计、装配精度和生产效率的有效途径，也是实现智能制造的技术基础之一。螺杆泵作为应用十分广泛的流体机械装置，在船舶机械装置中发挥着重要的作用，随着科技的进步，通过实物拆解来完成螺杆泵的设计、生产和维修培训地传统方式，正逐渐无法满足日益增长的需求。借助虚拟拆装技术，开发和设计一套船用螺杆泵的虚拟拆装系统将对螺杆泵的研发、制造和以及船员培训都有重大意义。

本论文主要研究和介绍了船用螺杆泵虚拟拆装系统的设计与开发流程，对虚拟拆装技术的知识背景做了简要说明，总结了该技术的国内外发展现状，并全面对比了国内外多款三维建模和虚拟拆装设计软件，最终选取了Pro/E、3ds Max以及Virtools。针对本文的研究对象-船用螺杆泵的结构特点做了分析，并选定一款船用螺杆泵为研究对象，采用合适方法获取外形尺寸、空间结构等信息；其次，在绘图软件Pro/E中建立对象螺杆泵的三维立体模型，明确其几何参数、空间位置关系 确定装配层次约束关系等；然后，将Pro/E软件中建立的模型导入3ds Max软件中，对模型进行进一步材质设计和渲染，并将文件格式转化为*.NMO格式；接下来将3ds Max软件中确定的模型导入Virtools软件中，开始虚拟拆卸系统的功能设计，并进行场景优化、物理效果添加、工艺过程控制和虚拟拆卸碰撞检测等，初步完成虚拟拆装系统的设计；最后，对系统进行整体测试、优化用户界面，生成独立的.exe格式文件，实现船用螺杆泵虚拟拆装系统的开发。

关键词：虚拟拆装；船用螺杆泵；Pro/E；3ds Max；Virtools

Abstract

Virtual disassembly technology is one of the important applications of virtual reality technology. It is an effective way to improve the design, assembling precision and production efficiency of precision machinery products. It is also one of the technical bases for realizing intelligent manufacturing. Screw pump as an application of a wide range of fluid machinery, in the ship machinery and equipment play an important role, with the progress of science and technology, through the dismantling of the screw pump to complete the design, production and maintenance training to the traditional way, is gradually unable to To meet the growing demand. With the virtual disassembly technology, the development and design of a set of marine screw pump virtual disassembly system will screw pump research and development, manufacturing and crew training are of great significance.

This paper mainly introduces the design and development process of the virtual disassembly and disassembly system of the marine screw pump. The background of the virtual disassembly technology is briefly described, and the development status of the technology at home and abroad is summarized and compared. 3D modeling and virtual disassembly design software, the final selection of Pro / E, 3ds Max and Virtools. In this paper, the structural characteristics of marine screw pump are analyzed, and the pump is selected as the research object, and the information such as external dimensions and spatial structure is obtained by the appropriate method. Secondly, it is established in the drawing software Pro / E, The three-dimensional model of the screw pump is used to define the geometric parameters and the spatial position relation of the screw pump. Then, the model established in Pro / E is imported into 3ds Max software, and the model is further designed and rendered. The file format into * .NMO format; then the 3ds Max to determine the model into the Virtools software, start the virtual demolition system function design, and the scene optimization, physical effects to add, process control and virtual disassembly collision detection Etc., the initial completion of the virtual disassembly system design; Finally, the overall system testing, optimize the user interface, generate a separate. Exe file format, to achieve the development of marine screw pump virtual disassembly system.

Key Words: virtual disassembly;；marine screw pump;；Pro / E;；3ds Max； Virtools

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 选题背景及意义： 1

1.2 国内外研究现状： 1

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 本课题的研究内容 3

第2章 虚拟拆装技术 6

2.1 虚拟拆装技术定义 6

2.2 虚拟拆装系统的系统结构 6

2.2.1 虚拟拆装系统主要组成部分 6

2.2.2 虚拟拆装系统结构 7

2.3 虚拟拆装系统类型 8

2.4 虚拟拆装优势分析 10

第三章船用螺杆泵虚拟拆装系统的总体设计 12

3.1 虚拟拆装系统的开发平台 12

3.1.1 常用的虚拟拆装系统开发平台 12

3.1.2 虚拟拆装系统的开发平台的对比和选取 15

3.2 三维建模软件的选定和介绍 16

3.2.1 Pro/E的介绍 16

3.2.2 3ds Max的介绍 16

3.3虚拟拆装系统的设计方案 17

3.3.1虚拟拆装系统的设计需求分析 17

3.3.2 虚拟拆装系统的总体设计框架 17

第4章 船用螺杆泵虚拟拆装系统的设计与开发 20

4.1 船用螺杆泵模型的建立及导入 20

4.1.1 船用螺杆泵模型的建立 20

4.1.2 船用螺杆泵模型材质渲染 22

4.1.2 船用螺杆泵模型的导出 24

4.2 虚拟拆装系统功能模块的设计 25

4.2.1对象导入及资源创建 25

4.2.1虚拟拆卸过程观察视角的确定 25

4.2.2虚拟拆卸过程的分解演示及坐标设定 26

4.2.3虚拟拆卸过程的分组复装设定 28

4.3 虚拟拆装系统界面的设计 30

4.4 虚拟拆装系统的优化 31

4.5 船用螺杆泵虚拟拆装系统的客户端生成 31

第5章 总结与展望 33

参考文献 35

致 谢 38

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义：

螺杆泵是一种容积式回转泵,其工作原理是让螺杆和衬套形成一密闭腔室，通过腔室容积的变化来吸入和排出液体^[1]。作为一种新兴泵类，与传统人机泵相比，它结构独特、综合性能优良，具有噪音小、吸入性能佳、流量范围广的特点，并且其可传输的介质范畴远超其他任何类型泵，因此它具有独特的优势，在石油开采、化工生产、机械液压、矿物加工等诸多领域有着广泛的应用，同时也是船舶机械系统的重要组成部分^[2-3]。

螺杆泵是一个复杂的系统，该系统的设计需要运用到流体力学、机械设计及计算机仿真分析等多门交叉学科，同时，螺杆泵又属于精密机械产品，对设计、制造和装配的精确度要求十分苛刻^[4-7]。因此，在产品设计开发和员工产前培训阶段，实物拆装复杂、耗时长久、效率低下以及成本高企的难题一直困扰着工程技术人员，同样的问题也出现在其他机械产品的设计、生产过程中，为了解决这一难题，基于计算机虚拟现实平台的机械装备拆装技术逐渐兴起^[8-9]。

虚拟拆装技术是虚拟现实技术的一类具体运用，其本质就是利用虚拟现实、计算机仿真、智能算法、计算机图形学等技术，通过图形建模软件在计算机虚拟环境中构造出产品的可视化虚拟模型，再让操作人员借助各类人机交互设备(键盘、鼠标、3D头盔、力反馈装置、数据手套等)在虚拟环境中对产品各零部件进行装配、拆卸的演示操作^[10-11]。在操作的过程中，系统会持续地对各部件进行碰撞检测，处理其拆装约束关系、拆装路径关系等,从而使得研发人员能够对产品的可拆装性进行分析，优化整体设计、制造方案，提升零部件生产、装配的效率和精度^[12]，该系统也可以用于培训生产、维修人员，让员工可以在虚拟环境中完成生产操作的学习，这样既降低了培训成本，同时也提升了企业的生产效率^[13]。不仅如此，随着科学技术的发展和智能制造浪潮的来袭，智能机器人正在越来越多的领域逐步取代人工生产、装配，而虚拟拆装技术作为智能制造体系的重要环节，其发展也为未来设计对应产品的全自动智能生产线做好了铺垫工作，意义重大^[14-15]。

1.2 国内外研究现状：

虚拟拆装是虚拟现实技术的重要分支，自其诞生以来，经过国内外研究人员的积极探索，目前已经取得长足发展，尤其是近年以来，随着工业4.0、工业互联网和中国制造2025等一系列智能制造概念在全世界范围内的兴起，虚拟拆装作为智能制造的技术基础之一，正越来越受到重视，目前在在很多领域都得到开发和应用。