摘 要

增强装配技术可以对执行装配任务的工人起到辅助引导作用，整理后的装配信息可以用来指导增强装配引导系统和增强装配工作台的设计，完善其功能。

本文通过对信息进行分类整理，将其划分为操作员信息、零件信息、工具信息、装配可视化信息以及装配任务信息，使信息能够满足增强装配的使用需要。分析几种典型任务模型后，将TKS任务模型与产品装配信息相结合建立装配任务模型，以便理清信息之间的关系。在这基础上建立合理的信息控制流程，反映增强装配任务中信息的传递过程。最后把整理的装配信息用XML文档进行管理，并用台钻装配任务的部分内容进行了验证。

关键字：增强现实；装配信息；任务模型；信息流程；XML

Abstract

Augmented assembly technology can play a guiding role in the implementation of assembly tasks, information can guide building the assembly planning guidance system and designing the assembly table.

In this paper, the sort of information will be divided for the operator information, parts information, information tool, assembly visualization information and assembly information. So that information can meet the increased use of the assembly needs as far as possible. After analyzing the typical task model, the TKS task model is combined with the product assembly information to establish the assembly task model, so as to clarify the relationship between the information and the information. In the basis of establishing reasonable information control process, directly reflected in the enhanced assembly tasks in information flow state. At last, based on the XML data management technology of assembly information of unified management, part of the bench drill assembly task was performed.

Key words: augmented reality; assembly information; task model; information flow; XML

目 录

第1章绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1增强现实和增强装配研究 1

1.2.2任务表达的研究 2

1.3本文的章节安排 3

第2章增强装配信息 4

2.1增强装配信息内容 4

2.2信息层次结构 7

2.信息获取方式 8

2.3.1基于CAD模型输入 8

2.3.2用户人工输入 8

2.4本章小结 8

第3章增强装配任务模型 9

3.1任务概念 9

3.2典型任务模型 9

3.2.1HTA任务模型 9

3.2.2GOMS任务模型 10

3.2.3GTA模型 11

3.2.4TKS任务模型 11

3.3任务模型比较选择 11

3.4台钻装配任务实例 14

3.5本章小结 17

第4章增强装配信息流 18

4.1增强装配平台 18

4.2增强装配操作流程 19

4.3增强装配信息传递流程 20

4.4本章小结 21

第5章基于XML的台钻装配信息管理 22

5.1XML介绍 22

5.2XML数据结构 22

5.3台钻装配信息XML实例 25

5.4本章小结 27

结论 28

参考文献 29

致谢 30

第1章绪论

1.1目的及意义

德国在2013年提出了“工业4.0”这一概念，其中一个重要的例子就是智能工厂。与传统制造不同的是，智能工厂使用新的生产方式，在智能工厂中人、机器、资源可以相互沟通协作。且智能产品经过独一无二的标识可以在全生命周期追溯其历史，查看产品当前状态以及未来的加工方式，能够理解诸如“我是什么时候被制造的”等问题。

可以预见在第四次工业革命中将出现大量的机器换人情况，因为相对于更容易受到外部干扰的人类操作员，机器人或机械手能够更稳定地完成高精度和重复性工作。但是，应当看到的是，在一些特殊的工位机器无法完全取代人工或需要花费较大的代价，譬如在装配工位，因为人手的自由度和灵活性要远远地高于机械手。在智慧工厂中工人的主要任务在于根据形势和环境的变化来控制调节智能制造的过程和步骤，不再执行重复的例行任务，而是注重于创新性和高附加值的生产活动，在如质量保障方面发挥关键作用。据Gorecy等在2013年的预计未来制造业人类的工人的作用将不会被取代，但在人机交互（HMI）和人工智能（AI）领域中会被先进的辅助技术加强^[15]。

此外，在即将到来的“工业4.0”中，产品需要适应多品种小批量的生产模式，这就需要智能机器和工人能够快速的适应产品的变化，因此需要建立高柔性和灵活性的生产线^[13]。在增大生产线柔性方面，可以采用改变产品现有信息组织方式的方法，结合智能产品和智能机器，快速从数据库中找到当前状态应有的操作。在增大工人柔性方面，采用增强现实技术辅助生产线上的工人，使他们能快速适应任务的变化，降低任务操作过程中的出错率。

针对以上原因，本文提出一种面向增强现实的产品装配信息组织管理技术方法，用来建立增强装配信息控制流程。包括装配信息模型描述信息内容，用任务表达的方法描述静态结构，信息控制流程来实现动态控制，用数据管理技术对信息管理等部分。

1.2国内外研究现状

1.2.1增强现实和增强装配研究

增强现实技术（augmented reality）是指借助计算机技术将模拟的虚拟信息叠加到现实世界之中^[3]。具体表现为把虚拟模型、动画、图片、文字等数字信息实时地叠加到真实场景，并能与实际操作者进行交互，达到为人类提供辅助的目的。通过这种方式，用户能够更加容易理解增强信息与实际对象之间的对应关系。

增强现实概念的提出至今已有100余年，最早是在1901年一名叫Bob的作者第一次提到了一个电子显示/眼镜的想法，将数据覆盖在现实生活中，称之为“字符标记”。在1980年史提夫曼创造了第一个可穿戴式计算机，将一个计算机视觉系统与文本在摄影媒介的现实图形中叠加。国外最早是一些高校与科研机构专注于增强现实技术的研究，1998年北卡罗来纳大学教堂山分校的拉梅什拉斯卡尔等人介绍了空间增强现实。