面向航天制造企业的三维作业指导关键技术研究

摘要

随着航天制造企业产品结构、工艺规划和功能要求越来越复杂，以二维工艺规程为基础的传统作业指导方式已经不能满足对工人的作业指导要求。随着产品设计、工艺三维化的实现，航天制造企业迫切需要实现制造执行的三维化，以打通产品全生命周期的三维数字化。要实现在全三维制造环境下的作业指导，首先需要解决两个问题:一是作业指导信息的快速获取、组织和展示;二是在车间制造环境下生产工人对三维作业指导信息的浏览和反馈。
　　本文重点研究了航天企业车间制造条件下的作业指导系统信息组织和人机自然交互的问题。在对航天制造企业生产现状调研分析的基础上，明确了车间作业指导的功能需求，构建了面向航天制造企业的三维作业指导系统总体架构。研究了基于本体的作业指导信息组织方法，运用Protégé本体建模软件构建了本体模型，并通过与工艺、制造资源等数据的映射完成作业指导书的快速自组织。在此基础上，以产品三维模型为核心研究了面向车间制造过程的作业指导系统人机自然交互方案，提出了基于LeapMotion体感传感器的自然交互方法。通过对车间生产角色的分析构建了车间自然交互用户模型，按作业指导信息展示特点和用户需求设计了交互手势库，研究了手势获取与识别方法，并对自然交互方案进行了用户测试，对自然交互效果进行了分析和评价。
　　通过对上述关键技术的研究，结合航天制造企业的特点和需求，本文基于JAVA语言，运用JENA、Ajax、Dom4j等技术开发了作业指导软件系统，并基于Leap Motion体感传感器完成了系统的自然交互开发，并通过系统运行实例验证了系统的有效性和可行性。

目录

声明

摘要

图表目录

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 作业指导研究现状

1．2．2 人机自然交互研究现状

1．3 课题来源及主要研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 主要内容及组织结构

2 面向航天制造企业的三维作业指导系统总体方案设计

2．1 系统需求分析

2．1．1 航天制造企业现状分析

2．1．2 作业指导功能需求

2．1．3 人机交互需求分析

2．1．4 人机交互影响因素分析

2．2 系统总体方案设计

2．2．1 系统总体架构设计

2．2．2 作业指导系统流程设计

2．2．3 系统集成方案设计

2．3 系统实现的关键技术

2．3．1 作业指导知识本体模型构建及应用

2．3．2 作业指导人机自然交互技术

2．4 本章小结

3 基于本体的作业指导信息自组织方法研究

3．1 本体论概述

3．1．1 本体论定义

3．1．2 本体建模语言

3．1．3 领域本体模型的构建

3．2 作业指导信息特征分析

3．3 作业指导知识本体模型构建

3．3．1 作业指导知识捕获

3．3．2 作业指导知识领域本体分类

3．3．3 作业指导知识领域本体属性

3．3．4 作业指导知识本体关系与描述

3．4 作业指导书自组织

3．5 本章小结

4 基于手势的三维作业指导自然交互技术研究

4．1 自然交互方案分析

4．2 自然交互用户模型

4．2．1 用户群体分类

4．2．2 用户模型内容

4．2．3 用户模型构建

4．3 手势模型分析

4．3．1 手势定义

4．3．2 手势约束参数

4．3．3 手势库设计

4．4 手势获取与识别

4．4．1 Leap Motion数据获取

4．4．2 手势模型预处理

4．4．3 手部姿势识别

4．4．4 用户测试和测试结果

4．5 本章小结

5 三维作业指导系统设计与实现

5．1 系统环境

5．1．1 系统开发环境

5．1．2 系统运行环境

5．2 系统开发与实现

5．2．1 系统网络结构

5．2．2 系统功能结构

5．3 系统运行实例

5．3．1 系统管理模块

5．3．2 制造资源管理模块

5．3．3 工艺数据管理模块

5．3．4 岗位作业信息模块

5．3．5 车间管理信息模块

5．3．6 任务执行信息模块

5．3．7 自然交互模块

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 不足和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况

攻读硕士学位期间学术成果获奖情况