Ανάπτυξη περιβάλλοντος σχεδιασμού και ελέγχου εργονομίας παραγωγικών διαδικασιών με τη χρήση τεχνικών εικονικής πραγματικότητας

Abstract

The objective of the thesis is the development and the pilot implementation of a methodology for the simulation of assembly processes, in order to support the verification of human related factors, using Virtual Reality techniques. The developed system enables: • The virtual execution of assembly processes, under conditions that allow a realistic monitoring of environment and process, • The qualitative evaluation of human-process related factors, such as the perception of the working environment, the reachability of mounting locations, and the handlability of product components and tools, • The quantitative estimation of human-process characteristics related to critical performance issues, such as lifting capacity, energy expenditure and process cycle time. As an introduction, the industrial problems and the importance of confrontation of ergonomic design and verification of manufacturing processes, on which this work focuses, are presented. The objectives of the research work and the innovation aspects of the proposed approach are then described. In the sequel, state-of-the-art VR technology is reporting, including presentation of the basic methods, software tools and applications that have been developed and used during the last years for the simulation and the ergonomic control of manufacturing processes. The presentation of the proposed methodology, with which the problem of ergonomic design and verification of assembly processes is approached, follows. The proposed methodology is described through its Virtual Reality based features, namely representation, simulation, immersion and interaction. The development tools and the simulation concept of the virtual environment are then described. The assembly/ergonomic virtual environment is an integrated simulation environment developed in the context of this research work, as the pilot implementation of the proposed methodology. The use of the new approach, the presentation and the evaluation of the ergonomic results are illustrated through a set of experiments based on the pilot application. Finally, important conclusions are exported from the above results, while application fields and future work prospects are presented.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι ο σχεδιασμός και η πιλοτική υλοποίηση μιας μεθοδολογίας προσομοίωσης διαδικασιών συναρμολόγησης, για τον έλεγχο εργονομικών αποτελεσμάτων, με χρήση τεχνικών Εικονικής Πραγματικότητας. Το σύστημα που αναπτύχθηκε επιτρέπει: • Την εκτέλεση διαδικασιών συναρμολόγησης σε εικονικό περιβάλλον, υπό συνθήκες που επιτρέπουν μια ρεαλιστική εποπτεία του περιβάλλοντος και της διαδικασίας, ανάλογες των πραγματικών • Την ποιοτική εκτίμηση παραμέτρων που αφορούν στον ανθρώπινο παράγοντα, όπως η αντίληψη του περιβάλλοντος εργασίας, η δυνατότητα πρόσβασης και χειρισμού των εξαρτημάτων και εργαλείων • Την ποσοτική εκτίμηση χαρακτηριστικών που έχουν σχέση με τον ανθρώπινο παράγοντα, και θεωρούνται κρίσιμα για την εκτέλεση της διαδικασίας, όπως η ικανότητα ανύψωσης φορτίων, η καταναλισκόμενη ενέργεια και ο συνολικός χρόνος της διαδικασίας. Αρχικά, γίνεται μία εισαγωγή στα προβλήματα και τη σπουδαιότητα του εργονομικού σχεδιασμού και ελέγχου παραγωγικών διαδικασιών, στον οποίο εστιάζει η εργασία, και περιγράφεται το αντικείμενό της και η ερευνητική συμβολή της στην αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών. Στη συνέχεια, γίνεται η ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας, με αναφορά στην τεχνολογία Εικονικής Πραγματικότητας, τις μεθόδους, τα λογισμικά συστήματα και τις εφαρμογές που έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιούνται τα τελευταία χρόνια για την προσομοίωση και τον εργονομικό έλεγχο παραγωγικών διαδικασιών. Ακολουθεί η παρουσίαση της προτεινόμενης μεθοδολογίας με την οποία προσεγγίζεται το πρόβλημα σχεδιασμού και ελέγχου εργονομίας σε διαδικασίες συναρμολόγησης. Γίνεται η ανάλυση των επιμέρους χαρακτηριστικών της, που περιλαμβάνουν τα χαρακτηριστικά αναπαράστασης, αλληλεπίδρασης και προσομοίωσης. Στη συνέχεια περιγράφονται τα εργαλεία ανάπτυξης και η λογική υλοποίησης του περιβάλλοντος προσομοίωσης, το οποίο αποτελεί την πιλοτική υλοποίηση της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Η χρήση της νέας προσέγγισης, η παρουσίαση και η αξιολόγηση των εργονομικών αποτελεσμάτων παρουσιάζεται μέσα από μια σειρά πειραμάτων εκτέλεσης της πιλοτικής εφαρμογής. Τέλος, εξάγονται βασικά συμπεράσματα από τα αποτελέσματα της εργασίας, παρουσιάζονται τα πεδία εφαρμογής της προτεινόμενης προσέγγισης, καθώς και οι προοπτικές μελλοντικής εξέλιξής της.