基于虚拟现实的操作空间度量方法与工具设计.doc

基于虚拟现实的操作空间度量方法与工具设计
本来自于基于虚拟现实的维修性工程，主要研究内容为实现虚拟环境中产品的维修操作空间自动定量评价。通过查阅和学****现有的维修操作空间及相近概念的定量评价方法，提出新的更适宜的评价方法和评价标准，最终制定出标准化的维修性自动评价方法，并在CATIA和DELMIA环境下进行实现和实例验证。这一方法为实际工程中定量评价虚拟环境中产品的维修性设计水平提供了参考依据。
随着电子、机械等工业技术的飞速发展和生产商对加工精度要求的不断提高，产品的固有可靠性逐步提高。然而，无论产品的固有可靠性提高到哪种程度，都不可能达到百分之百，随着贮存、运输和使用等时间上的积累，产品总会有发生故障的时候。一旦产品发生故障，必须有方便快捷、经济实惠的维修手段以恢复产品的性能。因此，维修是否快速有效将直接关系到使用者的经济利益。产品的维修可达性将直接影响维修活动工作量的大小，改善产品的维修可达性将极大的提高产品的系统效能，同时节省产品的寿命周期费用。由于产品的维修可达性是产品本身固有的质量特性，因此解决维修可达性问题必须从设计人手。
随着计算机信息的飞速发展，尤其是本世纪在计算机图形学技术、高性能图形系统和虚拟现实方面的诞生了不少的研究成果，维修过程在获得实物样机或原型机之前就可以开始进行。产品设计和开发的模式也随之发生了变化。DELMIA、Jack等计算机辅助设计软件和技术的广泛应用，可以辅助设计人员完成包含数字样机、虚拟维修人员和虚拟维修工具的虚拟维修操作流程仿真。在设计阶段即开展对设计方案和设计布局的数字仿真，可以避免实物原型的制作，节约了从设计到定型的时间，提高了设计效率，从而降低了开发成本；前期开展的虚拟维修工程评价工作，在一定程度上优化了设计方案和设计布局，因此可以避免不合理的设计，减少给后续维修工作造成的不便。
维修操作空间定量评价方法
维修是一种需要人参与的活动，适当的维修空间将提高维修效率和维修人员的舒适程度。这一节的主要内容是确定适当的维修操作空间的大小。
在设计产品时，适当的操作空间的具体尺寸需要依据维修人员的身体尺寸和操作姿态来确定。因此维修操作空间应考虑维修人员的影响因素，如实体可达性。人的上肢可以接触到的空间范围分为最佳范围、正常范围和最大范围。人体上肢的作业范围是一个三维空间，维修人员的最大操作空间和舒适度随着操作高度、手臂延伸线与人体中线的夹角角度的改变而发生变化。为了便于分析人体上肢的操作范围，建立模型描述人体各部分的尺寸和相对位置。
软件工具设计和案例探究
CATIA是法达索公司（Dassault Systemes）与IBM公司（International Business Machines Corporation国际商业机器公司）联合开发的一款CAD/CAE/CAM软件，主要为客户提供产品外形设计、机械零件设计、配合结构设计、组装、数控加工等功能，并提供大量的标准尺寸零件模型，使得企业可以缩短开发周期，快速迭代设计方案，对市场需求做出敏捷的反应。CATIA是目前应用最广泛数字样机设计开发软件之一，应用范围涵盖等航空航天、建筑、船舶、汽车、铁路等多个领域。DELMIA（Digital Enterprise Lean Manufacturing Interacti