虚拟人体建模及管路维修空间设计改进研究

摘要

随着工业化的不断发展，大型机械设备被广泛地应用于船舶、核电、化工等领域中。管路作为大型设备与其他设备或周围环境之间的连接桥梁，对物质的运输和交换起到重大作用。因此在对具有管路的大型机械设备进行设计时，对其管路部分的设计也是重要的内容之一。管路的设计过程包括初步设计、评估和再设计三部分，根据管路复杂程度的不同，其评估和再设计两部分内容需要重复若干次，这部分内容也占据了管路设计的绝大部分时间。在对管路的设计进行评估时，主要是对管路的可维修性进行评估，需要评估人员充分认识到维修人员作为维修动作主体的重要性，要求被评估方案能够为维修人员提供合理的维修空间，这对维修工作的顺利展开以及维修效率的提高具有至关重要的作用。对管路设备维修空间的评估主要包括维修设备操作空间评估和维修人员活动空间评估两部分。在对维修工具操作空间进行评估时，要求能够保证维修工具至少可以在该空间内完成指定的维修动作；在对人体活动空间进行评估时，要求设计方案尽量使维修人员在该空间内进行维修时具有最合理的维修姿势。从上述两方面出发完成对管路设备维修空间的评估并提出改进意见，能够在提高设备的维修效率的同时保证维修人员的安全与健康，最终使管路的设计方案更加科学。本文的主要研究内容如下：
　　(1)对管路维修空间的评价指标进行提取，提出了基于维修工具操作空间、被维修设备可达性和维修姿势舒适性的管路设备维修空间综合评价方法；以呆扳手为例，建立了单管路和复合管路中扳手维修操作空间评估的数学模型。
　　(2)对人体上肢和主要躯干的结构进行分析，引入D-H法建立人体上肢及躯干关节的坐标变换矩阵，通过MATLAB软件进行编程，生成人体可达域的包络面。
　　(3)利用VB软件，对DELMIA软件进行二次开发，建立虚拟维修人体模型参数化建模平台，使虚拟维修人体模型的建立更加快捷和一致。
　　(4)以某管路设备为实例，对其维修工具操作空间和人体活动空间进行了评估分析并且提出了维修空间的改进意见。

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第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 PVC管路维修空间评估方案及仿真建模

2.1 维修空间评价指标数学建模

2.2 PVC管路维修方法

2.3 PVC管路维修空间评估方案

2.4 本章小结

第3章 管路设备维修空间及人体活动空间评估

3.1 维修工具操作空间评估

3.2 基于设备可达性的人体活动空间评估

3.3 基于维修姿势舒适性的人体活动空间评估

3.4 本章小结

第4章 虚拟维修人体模型的数字化建模

4.1 DELMIA二次开发方法

4.2 参数化人体模型开发控件及数据库调用

4.3 参数化人体建模平台开发

4.4 人体模型维修工具数字化建模

4.5 本章小结

第5章 管路设备维修空间评估及布置方案改良

5.1 目标管路设备分析

5.2 人体及维修对象三维建

5.3 维修空间分析

5.4 维修姿势分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢