基于虚拟仿真技术的人机工效分析及装配作业验证

产品设计对产品的质量、生产效率和生产成本均具有重要影响。针对保障舱设计可能带来的质量问题,采用虚拟装配仿真技术,运用虚拟现实环境的可视化决策IC.IDO系统,构建保障舱仿真计算模型。对实际装配作业活动进行仿真分析,分析作业人员在舱门、吊装等结构的人机工效情况,并开展评估决策,为优化产品设计结构、缩短产品研发周期、提高产品质量奠定基础。     

飞行保护头盔人机工效分析与仿真

基于飞行保护头盔功能拓展、人机工效性能提升的需求,给出了飞行保护头盔的人机工效分析、仿真方法和仿真实例。首先,进行飞行保护头盔人机工效影响因素识别和视觉、听觉、骨骼受力、血流神经等方面的健康影响分析,建立飞行保护头盔人机工效评价的一般流程和方法;其次,阐述飞行保护头盔人机工效仿真原理,以质量特性仿真为实例给出完整的仿真分析过程：最后,进行仿真模型建立、参数设定、仿真计算和结果评价,并落实设计改进于实物样机。通过飞行保护头盔人机工效分析与仿真,包括要素识别、影响分析、仿真方法展示等,为获得人机工效性能更优的飞行保护头盔提供了基础。     

面向虚拟装配的装配建模技术

虚拟装配设计被认为是对装配设计的技术革新 ,它利用虚拟外设把装配设计的过程自然地扩展到三维空间。本文通过对传统装配建模技术的深入分析 ,提出了一种面向虚拟装配设计环境的信息集成装配模型表达 ,并对此装配模型进行了物理属性扩展 ,很好地满足了虚拟环境中装配设计对装配体信息的需求。     

面向虚拟装配的装配顺序综合评价

分析了面向虚拟装配的装配顺序的研究现状及其存在的问题,详细讨论了评价与优选装配顺序的各单项标准并给出了具体的数学模型,提出应全面考虑影响装配顺序的所有因素而寻求综合评价标准的思路,研究、设计了兼顾各单项评价标准的评价与优选装配顺序的算法,编程实现了该算法及进行了相应的实例验证.     

面向虚拟装配的虚拟手交互技术研究

人机交互技术是虚拟装配过程的关键技术。通过数据手套实时、自然地与虚拟环境交互,完成虚拟装配等操作,为虚拟装配提供更为直观的验证和优化。结合机械产品的结构特征与装配操作需求,研究了面向机械产品虚拟装配的手势识别交互技术。针对四大类型通用机械零件分别进行了抓取手势的定义与识别,提出了机械零件虚拟装配中虚拟手势的识别及稳定抓取算法。应用减速器虚拟装配进行实例验证。表明,提出的手势识别和抓取算法是有效的,可以使虚拟装配过程的交互性以及沉浸感进一步加强,有助于减少虚拟装配操作的失误。     

面向电缆虚拟装配仿真的多分支弹簧质点模型

针对多分支电缆的柔性特征以及复杂拓扑结构导致的装配仿真困难的问题,提出一种面向电缆虚拟装配仿真的多分支弹簧质点模型,该模型在弹簧质点模型的基础上,通过增加分支点连接多个电缆分支,从而表达具有拓扑结构的电缆,同时考虑电缆的抗弯曲、拉伸以及重力等物理属性;提出经典控制理论与运动学相结合的模型求解方法,使用控制变量法拟合出经验公式来实现电缆装配仿真中的"定长约束",采用定点约束算法实现对电缆的固定与捆扎操作仿真;提出球体层次包围盒构造柔性电缆的碰撞模型,通过细分碰撞模型、剔除冗余碰撞等方法实现了柔性电缆的干涉检测,满足了柔性电缆碰撞检测的效率和精度要求。设计并开发了基于多分支弹簧质点模型的电缆虚拟装配仿真原型系统,并通过实例验证了相关算法的可行性。     

基于UG发动机虚拟装配仿真分析

虚拟装配仿真是在虚拟环境中,利用虚拟现实技术,对设计发动机零部件三维模型进行虚拟装配、分析、评价以及规划等操作,最终实现发动机可达性和可装配性。以某小型船用发动机为研究对象,基于设计的发动机零部件模型,利用UG软件对此发动机虚拟装配过程进行仿真,通过可视化技术和数字技术对装配过程动画进行编辑,实现装配工艺三维可视化以及可视化教学培训。     

面向虚拟装配的装配序列规划技术研究

目前产品装配序列完全通过自动推理获得的方法工程实用性不高,据此,提出将计算机的辅助知识导航与人的决策相结合的方法,通过虚拟环境下的人机协同方式来解决装配序列规划问题。首先给出了装配序列知识导航的框架结构,提出了根据当前装配状态,将几何层和语义层知识规则交替运用、递进分层的装配序列动态导航算法;给出了几何层推理所运用的优先级判断准则和假设,并对语义层规则的4层框架描述方法进行了说明;最后通过实例进行了验证。     

基于人机工效学的人体建模和运动仿真

基于人机工效学的人体建模和运动仿真是虚拟现实技术中的研究热点之一。为使设计人员早在设初期就可评估人体工程因素和装配设计中的人体工学问题 ,本文介绍了人体模型的树层次结构及相关术语概念 ,根据反向运动学原理分析了虚拟人在完成抓取 /释放、坐立、下蹲等仿真过程中部件关联属性的特点和运行机理 ,最后讨论了在实现 RU L A姿势分析、NOISH提升分析和千卡 (Kcal)能量消耗方面的劳工模型及其运动仿真的具体运用     

面向人机仿真的肌肉力预测模型

针对现有人体肌肉力预测模型在计算机辅助人机工程仿真应用中存在的精度低和个性化差等不足,从肌肉模型和优化算法等方面进行了改进研究。以解剖学知识为依据,基于Hill肌肉三元素模型建立了肌肉仿真几何模型;以最小限度总肌力为原则,用最优化方法建立了人体肌肉力静性收缩与动性收缩的预测模型。最后,以人体上肢为例,通过实验验证了模型的有效性。     

侧杆人机工效影响因素分析

侧杆人机工效影响因素分析是进行侧杆飞行的操纵与评价方法研究的基础,有重要的研究价值。从侧杆的人机工效方面着手,通过分析国外的研究成果以及成功使用的事例,从操纵力与侧杆位置、手柄形式和按钮布置位置、侧杆中立位、侧杆启动力、侧杆杆力及杆力梯度、侧杆的质量特性等6个方面对侧杆人机工效影响因素进行了探讨,对侧杆和中央杆的人机工效进行了比较分析,阐述了在飞行品质规范中有关侧杆的静态特性要求。     

面向虚拟装配的产品公差模型

从虚拟环境下产品模型的特点和特殊要求出发,提出了产品公差模型的概念,分析了虚拟环境对公差信息的需求,指出除基本信息外,还需要提供公差的动态行为信息.根据虚拟环境下面片模型的特点,提出了一种面向虚拟环境的多层次结构的产品双耦合公差模型,并结合产品属性信息建模,解决了虚拟环境下产品公差模型的构建问题.从几何模型的构建、属性信息的获取、不同层之间的映射技术等方面,系统地论述了该模型的具体实现方法,并结合公差动态行为信息在虚拟装配中的作用、公差和精度的可视化显示、公差的设计反馈等技术论述了该模型的具体应用方法.     

面向虚拟装配的碰撞检测技术研究

碰撞检测是虚拟装配过程中的重要环节,其执行效率直接影响到装配仿真的真实感,现从3个层次对此问题展开了论述：通过扫描剪枝与装配关系相结合的方法得到包围盒相交的零件对;利用时空连续性减少包围盒的相交次数,加快了两零件之间的检测;提出了由于模型的近似表达而造成的虚假碰撞的排除方法。     

面向虚拟装配的碰撞检测技术研究

碰撞检测是虚拟装配过程中的重要环节,其执行效率直接影响到装配仿真的真实感,现从3个层次对此问题展开了论述:通过扫描剪枝与装配关系相结合的方法得到包围盒相交的零件对;利用时空连续性减少包围盒的相交次数,加快了两零件之间的检测;提出了由于模型的近似表达而造成的虚假碰撞的排除方法.     

汽车前后门装配定位方案虚拟仿真分析

汽车四门区域的精度控制需要充分运用尺寸链分析方法进行装配定位分析,制定符合现有生产工艺水平的、能够提高匹配精度的最优装配定位方案。通过三维分析软件对比前后门两个主流装配定位方案的优劣,量化了不同的装配定位方案造成偏差的影响贡献因子和灵敏度对比,提出了结合实际项目结构设计和工艺过程制定合理的质量控制方案,以降低公差较大的影响因子对DTS偏差的灵敏度。     

面向交叉装配的线缆虚拟装配规划信息管理技术

在分析线缆虚拟装配规划过程中需管理的信息的基础上,以装配任务和布线任务为基本信息载体,提出了面向交叉装配的线缆虚拟装配规划过程描述模型,实现了装配规划历史信息的记录。研究了线缆虚拟装配规划结果信息后处理技术,将结果信息处理后以装配动画、报表清单、初始装配工艺文档等形式输出,可达到用虚拟环境下的规划结果指导生产实际的目的。在自主开发的虚拟装配原型系统VAPP上对上述技术和方法进行了实例验证。     

基于CATIA的血液回收机人机工效分析

通过CATIA软件,将形态设计与人机工程设计进行有机结合,对血液回收机进行人机工效分析与评价,进而改进设计,缩短设计周期,提高设计效率。     

基于RAMSIS仿真的高速列车驾驶界面人机工效评估

为保证高速列车驾驶界面设计方案符合人机工效要求,提出基于虚拟仿真分析的高速列车驾驶界面评估方法。采用CATIA软件构建列车驾驶室数字模型,导入RAMSIS虚拟仿真软件,从人机尺寸、舒适性、可达性、视野4方面分析驾驶界面的人机特性,将仿真结果和行业标准作为评估准则,用于高速列车驾驶界面的人机工效评估。将该方法运用于某标准动车组驾驶界面设计方案的人机工效评估。结果表明:该型驾驶界面符合标准,满足第5百分位到第95百分位驾驶者的人机工效要求。该虚拟评估方法便捷可行,为高速列车驾驶界面设计方案的筛选和改进提供了有效手段。     

装配虚拟边界及其仿真研究

针对装配件与装配夹具之间的定位特征在实际装配过程中存在浮动错位,且不能用装配件特征的最大实体实效边界来判断装配件的可装配性问题,提出了装配虚拟边界(Assembly Virtual Boundary,ASVB)概念,研究采用VisVSA公差分析软件对装配虚拟边界进行了模拟仿真和分析,所提出的方法可为浮动错位情形下的公差设计分析提供参考。     

电子雷管装配生产线人机协同作业场景的搭建

根据民爆行业发展规划及安全生产需求,电子雷管的需求量逐年攀升,西安庆华民用爆破器材股份有限公司为满足市场快速发展的需求,加快电子雷管产品及工艺装备的研发步伐,结合该公司工艺技术特点及智能化路线,开展了电子雷管装配生产线智能化改造工作,采用二维码技术、RFID技术、计算机网络等技术,搭建了电子雷管制造全流程人机协同作业场景,将信息技术与生产制造进行全过程、全要素深度融合,实现了电子雷管制造过程的少人化、无人化和智能化生产,减少了生产线操作人员数量,降低了劳动强度,提高了生产效率(较电子雷管手工线减少100人以上,人均产出提升7倍以上),大大提高了电子雷管生产线本质安全性和生产工艺智能化水平。