基于虚拟现实的装配工位规划与评价技术研究

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1、上海交通大学硕士学位论文基于虚拟现实的装配工位规划与评价技术研究姓名：程奂翀申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：范秀敏20070101基于虚拟现实的装配工位规划与评价技术研究摘要在产品开发与制造过程中，装配过程是影响产品开发周期和成本的重要因素之一。工位规划是装配过程规划中的一个重要环节，工位规划的优劣会影响单个工位上装配操作的劳动强度与工作效率。以往的工艺工位规划通常要占用实际装配线进行反复实物试装，再进行优化改进，需要较高的成本与较长的时间。利用虚拟现实（VR）对装配线工位进行规划并仿真装配过程，可以节

2、约开发成本，缩短开发时间，从而提高产品的竞争力。另一方面，在虚拟环境（VE）下的人机工程学为工位规划评价提供了一个客观的量化标准，从而使评价过程更具有科学性和说服力。在深入分析虚拟装配和工位规划与评价系统的研究现状、特点及功能需求基础上，提出了对工位规划的对象进行了分类抽象建模、在虚拟环境下实现装配工位规划和通过工具进行装配操作仿真、将人机工程学分析应用于工位布局及操作过程评价的方法，建立了支持工艺确认和工位规划的虚拟试装环境。首先分析了工位规划和装配操作相关的对象，分别对虚拟环境下的装配工具和工位设施进行分类建模，根据对

3、象所实现的功能，为各类模型定义了相应的数据结构，将这些物体在虚拟环境中表达出来。在此基础上提出了虚拟装配工具库的概念，将各种具体工具实例进行1分类抽象并加入装配工具库，实现了使用工具的虚拟装配过程。其次，在数据模型的基础上，进一步分析了工位规划和试装的整个过程，将这一过程划分为操作对象选取、交互式工位布局以及使用工具的装配操作三个步骤，在虚拟环境下实现了工位规划与试装过程，并将工位规划的结果通过两维和三维图表达出来。再次，结合人机工程学方法，分析了虚拟环境下装配工位规划的评价标准，提出了用基于NOISH疲劳计算以及能量消耗

4、计算的方法进行工位规划评价。根据算法要求，在虚拟装配过程中对操作数据进行采集，并对采集到的原始数据进行处理，得到量化的工位规划评价结果，协助规划人员进行工位布局的改进与优化。最后，在上述方法与技术研究的基础上，基于项目组已有成果“面向产品设计的集成虚拟装配环境（IVAE）”进行了再开发，开发了一套基于虚拟现实的交互式装配工位规划与装配过程仿真系统，并应用于某汽车发动机装配线的工位规划中，通过应用示范，验证了本文所述方法和算法的正确性与有效性。关键词虚拟现实，工位信息建模，工位布局，装配工具建模，装配操作仿真，人机工程学评价

5、2STUDYONASSEMBLYWORKPLACEPLANNINGANDEVALUATIONTECHNOLOGYBASEDONVIRTUALREALITYABSTRACTIntheprocessofproductdevelopmentandmanufacturing,assemblyprocessisoneofimportantfactorswhichinfluenceontheproductdevelopmentcycletimeandcost.Workplaceplanning,whichaffectsthelabor

6、intensityandworkingefficiencyonsingleworkplace,isanimportantpointinassemblyprocessplanning.Traditionally,optimizedassemblyprocessandworkplaceplanningisobtainedaccordingtorepeatedtry-and-errorassemblingprocesswithrealproductmodelonassemblyline,whichtakeshighercosta

7、ndlongertime.PlanningworkplaceanddoingassemblyprocesssimulationonvirtualassemblylineusingVirtualReality(VR)willreducetheproductcostandshortenthedevelopmentcyclesothattheabilityofcompetitionisenhanced.Ontheotherhand,ergonomicsanalysisgivesaquantitativestandardonwor

8、kplaceplanningandmakestheevaluationprocessmorescientificandconvictive.Basedonathoroughanalysisofthestateofart,featuresand3functionalrequirementofworkpla