上交所开发的一个工程虚拟现实

这是一个上海交通大学计算机集成制造研究所完成了的工程应用项目案例。

　　(1) 变速箱换挡机构机械加工车间仿真规划
<p>　　这是某企业的变速箱换档机构的机械加工车间的全新规划设计. 生产系统规划的已知条件是:
　　(a) 设计要求：设计大批量生产的自动变速箱换档机构的机械加工车间, 由工人操作.
　　(b) 设计依据：生产纲领; 机械加工工艺流程; 设备外形尺寸.
<p>　　这一车间的设计原则是:
　　(a)精益生产.
　　(b)设备共用.
　　(c)物流顺畅.
<p>　　精益生产方式是为了降低由过多的在制品和过大的设备战地面积带来的浪费. 设备共用是为了节省投资, 但要保证物流顺畅, 减少使在制品积压. 图7为加工车间布局的局部图, 物流的方向为左到右, 中间的清洗机为四种工件共用. 图中机床由其名称标注, JT表示检验台, 表示工人操作位置, 表示工件存放地, 口表示机床间工件的运输方式为滚道传送.

<CENTER><IMG src="http://www.86vr.com/news/upload/2004113165151.gif" border=0></IMG></CENTER>
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<CENTER>车间的布局图（局部）</CENTER>
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　　此车间设计中生产系统仿真规划的目的为：确认生产系统布局的精益规划设计是否满足生产纲领要求; 比较共用设备前零件物流的运输方式; 设计共用设备平衡生产的组织方式和对设备的要求; 规划工人多机床操作的工人配置; 比较每班的机械加工件完全拉空和不拉空（留有在制品）这两种生产方式.
　　通过仿真可以模拟实际的动态生产运作来规划生产车间, 进行多方案比较, 易于发现潜在问题; 从而选择较好的设计方案. 同时还可以通过仿真对系统参数进行优化. 如图所示为Deneb/QUEST仿真环境下机械加工车间的动画仿真运行.
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<CENTER><IMG src="http://www.86vr.com/news/upload/2004113165422.gif" border=0></IMG></CENTER>
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<CENTER>生产车间的动画仿真运行<a href="http://www.am.sh.cn/produce_sysytem/shop-floor.mpg" target="_blank" ><FONT color=#ff0000>（下载视频）</FONT></A></CENTER>

(2) 汽车发动机装配线仿真规划
　　汽车发动机装配线仿真规划包括以下内容:
　　(a) 标准装配操作工时数据库的建立. 根据作业测定标准, 对装配操作进行分解和归类, 通过大量的数据测定和统计分析, 确定装配作业的标准时间, 以规范装配操作和操作工时.
　　(b) 装配工艺规划. 建立装配操作树, 将装配作业分配给各工位, 在满足装配工艺约束和生产节拍约束的前提下, 使所需的工位数最小.
　　(c) 装配生产过程仿真. 在eM-Plant仿真环境下建立装配生产线的仿真模型, 对装配生产过程进行仿真. 利用eM-Plant提供的仿真结果统计分析和显示工具, 分析系统的性能指标, 以便对现有的规划结果进行改进.
　　根据上述要求开发了汽车发动机装配线仿真规划原型系统, 此装配线规划原型系统包括三个模块, 即人机工程数据建库模块、装配工位生成模块和装配线仿真优化模块. <p>　　下图为eM-Plant仿真环境下的装配线仿真模型. 它是由原型系统中的一个模块从数据库中读取工位数据信息, 根据装配线形式要求(环行或直线型), 调用eM-Plant软件中的仿真对象自动生成的. <p><CENTER><img src="http://www.86vr.com/news/upload/2004113167123.gif"></IMG></CENTER><p><CENTER>装配线仿真模型<a href="http://www.am.sh.cn/produce_sysytem/assembly-line.avi" target="_blank" ><FONT color=#ff0000>（下载视频）</FONT></A></CENTER><p>
　　下图为仿真结果统计分析直方图. 左侧的直方图表示操作工人的忙闲情况, 右侧的直方图表示设备利用率以及阻塞和空闲时间所占的比例. <p><CENTER><img src="http://www.86vr.com/news/upload/2004113167354.gif"></IMG></CENTER>

(3) 手工装配工位仿真分析
　　手工装配工位仿真的目的是通过合理地进行工位上工人操作空间布置(如装配操作工具的放置、料架的位置等)来尽量减少操作时间, 满足生产节拍要求; 同时要对工人的装配操作进行人机工程学分析, 保证其劳动强度不致过大. 对于手工装配工位, 可用Deneb/ENVISION仿真软件中的ERGO模块对其进行仿真, 进行作业时间耗用与能量耗用仿真分析, 评价装配线平衡时给予的每一个操作工位分配的时间配额的合理性. <p>　　(a) 虚拟环境下装配工位的三维建模
　　首先需要建立装配工位上各种设备, 工件和工人的三维CAD模型, 并通过多边形网格精简, 纹理渲染等技术实现其向虚拟环境适用模型的转换. <p><CENTER><img src="http://www.86vr.com/news/upload/2004113168105.gif"></IMG><img src="http://www.86vr.com/news/upload/2004113168146.gif"></IMG></CENTER>
<CENTER><img src="http://www.86vr.com/news/upload/2004113168187.gif"></IMG></CENTER><p>(b) 装配工位规划和工人操作仿真 <p>　　装配工位规划过程如下：
　　1）作业区域设计. 根据工作区域设计参考标准和适宜的工作面高度标准中提供的数据, 以及装配工位零件存放区布置原则, 确定装配线工人操作姿势, 装配工作面高度以及设备的布局方式. <p>　　2）动作分析与动作定义. 把工位上的装配操作分解为标准的动素(如移动、伸手、选择、抓取、握持、移动、定位、装配、卸荷等), 并组合动素形成宏观动作. <p>　　3）装配操作的能量与时间消耗预测仿真分析. 根据建立的工位模型, 人体模型, 装配动作定义, 根据设定的装配生产节拍, 在ENVISION/ERGO仿真环境下对该工位上的装配操作过程进行时间与能量消耗仿真. 确定合适的工人的装配操作时间和工位间休息时间, 同时保证满足生产节拍的要求和工人的身心健康. <p><CENTER><img src="http://www.86vr.com/news/upload/2004113168448.gif"></IMG></CENTER>
<CENTER>工人装配操作的姿态<a href="http://www.am.sh.cn/produce_sysytem/assembly-workstation.mpg" target="_blank" ><FONT color=#ff0000>（下载视频）</FONT></A></CENTER><p>
　　这是手工装配工位三维动画仿真的视频演示.

(4) 机器人焊接加工路径规划
　　这是某汽车厂车身焊接工位上焊接机器人加工路径仿真规划的应用实例. 通过对焊点加工任务进行合理分配和对焊接机器人的工作空间进行有效划分, 优化焊接加工路径. 并在在ROBCAD仿真环境下, 建立焊接工位上设备(焊接机器人和夹具等)和关键的三维实体模型, 验证焊接加工路径在时间和空间上的合理性, 并且进行障碍和碰撞检测, 从而对加工路径进行调整和改进. <p>　　下图为机器人焊接加工仿真过程. <p><CENTER><img src="http://www.86vr.com/news/upload/2004113169109.gif"></IMG></CENTER><p><CENTER>机器人焊接加工仿真</CENTER>