面向虚拟装配的作业仿真及工效分析方法研究

发布时间：2017-06-13 13:08

  本文关键词：面向虚拟装配的作业仿真及工效分析方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：经济全球化使得企业间竞争愈发激烈,行业利润不断缩减,制造成本不断变高,企业必须在更短的时间以更低的生产成本提供具有更高质量的新产品才能保持竞争力。机械装配是机械制造过程中的最后一个环节,也是最为重要的环节,是机械制造中最后决定机械产品质量的重要工艺过程。即使是全部合格的零件,如果装配不当,往往也不能形成质量合格的产品。现阶段生产装配方式仍以手工为主,产品生产周期的缩短对装配人员提出了更高的要求。在产品生产装配过程中,不合理的装配工艺及作业环境会影响工作人员的作业状态,造成操作失误和工作效率降低。虚拟装配仿真是预先发现装配过程存在的工艺及人因问题最有效的方法之一,然而目前虚拟装配研究基本上局限于程序控制和物理仿真阶段,很少考虑人的因素,缺少虚拟装配过程中人机交互操作过程的仿真研究。本论文以优化装配方案,指导工人科学作业,提高装配效率为研究目的,围绕装配环境搭建和作业过程仿真,装配作业工效分析评价指标体系的构建,以及面向虚拟装配作业仿真的工效综合评价等关键技术进行了重点研究,并以某机械手的装配作业过程为例,对有数字人参与的作业过程进行仿真和工效分析。论文主要研究内容如下:(1)基于DELMIA数字化仿真平台,构建与真实装配作业车间一致的作业环境;对虚拟装配的工艺特点及装配操作动作进行分析,构建装配作业层次结构图,从而能够更加准确地进行虚拟装配作业仿真和工效分析;通过把装配作业分解到基本作业动素层,最终实现装配作业人员自身运动仿真、作业人员操作工具作业仿真及吊装仿真等,使得装配作业工序的整个过程在虚拟环境中得到实时准确的实现。最后导出装配作业过程动画,可直观的指导工人的装配作业。(2)对目前装配作业过程存在的人因问题进行深入分析,结合虚拟装配环境的特点对虚拟环境下装配作业舒适性的进行定义;在评价指标的选取原则及指标体系构建原则的指导下,提出面向虚拟装配的装配作业工效评估指标体系;针对影响装配作业舒适性的各指标的特点,完成底层各指标定性、定量因素的划分;研究分析各指标的评价实现和评价准则,为装配作业舒适性多级模糊综合评价提供理论基础。(3)基于模糊综合评价方法的理论,建立面向虚拟装配的装配舒适性多指标综合评价方法,应用模糊综合评判方法装配作业过程进行工效分析。完成定性指标量化、定量指标隶属函数的选取及隶属度计算、指标权重的确定,在此基础上利用建立的综合评价模型,以某机械手的装配作业为例,对装配工艺进行工效评价。评价结果表明:当前装配作业舒适度隶属于“较差”这一评价等级的测度最高,因此亟需采取相应的措施进行人因改进。(4)根据目前作业的评价结果,提出改进方案。增加移动货架缩短零件搬运距离来减少体力负荷;采取电动扳手改善手工操作方式等。针对改进后的作业姿势进行重新评价,并与改进前评价结果进行对比,结果表明该方法改善效果明显:避免了大量的人工劳动、缓解累积疲劳,减少了空手行走的距离,提高了装配效率。本论文基于DELMIA数字化仿真平台,对装配过程及工具的交互式操作进行仿真研究,通过建立面向虚拟装配作业仿真的工效综合评价方法,对作业过程进行分析,优化装配方案。本文的研究思路和方法为产品装配工艺设计、作业过程优化和作业环境的改善提供更贴合实际的参考依据和技术支撑,其对竞争日益激烈的国内企业具有十分重要的意义。
【关键词】：虚拟装配 作业仿真 工效分析 DELMIA 机械手
【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】：2015
【分类号】：TG95;TP391.9
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 虚拟装配技术研究现状12-14
• 1.2.2 人机工效分析研究现状14-17
• 1.2.3 国内外文献综述简析17
• 1.3 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 虚拟装配作业过程仿真研究19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 装配作业环境及作业舒适性评估的特点19-20
• 2.3 虚拟装配仿真环境的构建20-24
• 2.3.1 仿真平台的选择20
• 2.3.2 产品数字样机和装配工具模型的创建20-21
• 2.3.3 构建虚拟装配人体模型21-24
• 2.4 面向虚拟装配的作业仿真研究24-32
• 2.4.1 面向虚拟装配的作业层次分解24-27
• 2.4.2 虚拟人操作仿真研究27-31
• 2.4.4 装配可行性分析与验证31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 装配作业工效分析评价指标体系研究33-56
• 3.1 引言33
• 3.2 装配作业舒适性评价指标体系构建思路33-35
• 3.3 指标体系构建原则及方法35-37
• 3.3.1 评价指标选取原则35-36
• 3.3.2 装配作业人机工效设计要求36-37
• 3.3.3 评价指标的选取方法37
• 3.4 虚拟装配作业舒适性多指标评价体系构建37-39
• 3.4.1 确定装配作业工效评价的总目标38
• 3.4.2 建立评价指标体系模型38-39
• 3.5 单个指标的评价实现及评价准则39-51
• 3.5.1 体力负荷指标39-43
• 3.5.2 作业时间指标43-44
• 3.5.3 心理负荷44-46
• 3.5.4 作业姿势46-48
• 3.5.5 协作方式48-49
• 3.5.6 噪声49
• 3.5.7 作业布局49-50
• 3.5.8 单手作业形式50-51
• 3.6 评价指标值的一致化和无量纲化处理51-55
• 3.6.1 各评价指标的一致化处理52
• 3.6.2 评价指标的无量纲化处理52-54
• 3.6.3 定性指标的定量化54-55
• 3.7 本章小结55-56
• 第4章 面向虚拟装配的作业工效评估方法研究56-65
• 4.1 引言56
• 4.2 评价方法的选择56-57
• 4.3 模糊综合评判57-62
• 4.3.1 模糊综合评价方法概述57-58
• 4.3.2 模糊综合评价中的权重确定方法58-61
• 4.3.3 模糊综合评价步骤61-62
• 4.4 面向装配的作业舒适性模糊综合评价62-63
• 4.5 评价系统实现63-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第5章 虚拟装配舒适性评价方法在机械手装配作业的应用65-79
• 5.1 引言65
• 5.2 虚拟装配作业环境的搭建及作业过程仿真65-71
• 5.2.1 机械手虚拟装配作业环境的搭建65-68
• 5.2.2 机械手虚拟装配作业的仿真研究68-71
• 5.3 机械手装配作业舒适性模糊综合评价71-78
• 5.3.1 机械手装配作业特点71
• 5.3.2 虚拟装配作业舒适性指标体系确定71-72
• 5.3.3 确定评价集及构造隶属度函数72-73
• 5.3.4 评价指标值预处理与计算隶属度73
• 5.3.5 层次分析法确定各指标权重73-74
• 5.3.6 多级模糊综合评价74-75
• 5.3.7 评价结果分析及作业环境改进75-78
• 5.4 本章小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果86-88
• 致谢88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 孙刚;熊涛;夏继霞;周鑫;孙涛;;在航天器总装过程中应用虚拟装配技术的设想[J];航天器环境工程;2006年03期

2 杨润党;武殿梁;范秀敏;严隽琪;;基于约束的虚拟装配技术研究[J];计算机集成制造系统;2006年03期

3 陈帝江;张红旗;张祥祥;程五四;;一种虚拟产品维修性综合评价方法[J];机械与电子;2013年08期

4 张畅;李亦;于娜;;基于人体仿真分析的家具开料双人合作作业疲劳评价[J];家具;2015年01期

5 王小强;王金利;冯恒;;基于DELMIA的虚拟维修过程建模及应用[J];航空科学技术;2014年12期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 刘检华;宁汝新;阎艳;;VAPP:一个集成的虚拟装配工艺规划系统[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 肖元梅;脑力劳动者脑力负荷评价及其应用研究[D];四川大学;2005年

2 尚倩;基于心理负荷的生产效率研究[D];浙江大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 叶珍;基于AHP的模糊综合评价方法研究及应用[D];华南理工大学;2010年

2 崔玮;基于数字样机的大型飞机装配工艺评估与优化研究[D];合肥工业大学;2012年

  本文关键词：面向虚拟装配的作业仿真及工效分析方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：446605