计算装配时间的方法和装配时间计算装置制造方法

计算装配时间的方法和装配时间计算装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及计算装配时间的方法和装配时间计算装置。一种通过模拟来计算产品装配时间的计算装配时间的方法，所述方法包括：获取用于以动画在显示器上显示装配产品的步骤的动画数据；从所获取的动画数据中检测动画的视点的改变；以及基于所检测到的动画的视点的改变来计算产品的装配时间的估计值。
【专利说明】计算装配时间的方法和装配时间计算装置

【技术领域】
[0001] 本文所描述的实施方式的某些方面涉及计算装配时间的方法和装配时间计算装 置。

【背景技术】
[0002] 已经存在用于通过用计算机对产品的装配工作进行模拟来分析使装配工作变得 容易的过程的公知技术(例如，参见日本专利申请公开No. 9-300145或国际专利申请公开 No. W099/30258)。此外，已经存在用于生成示出模拟中的装配工作的过程以帮助评估产品 的装配容易度的动画的公知技术(例如，参见日本专利申请公开No. 2007-200082)。
[0003] 工作者在实际装配产品时将通过计算机模拟所产生的动画用作参考。因此，当在 动画中观察产品的视点的位置改变时，在实际操作中工作者的姿势或站立位置可能会改 变。当工作者的姿势或站立位置改变时，实际操作时间可能会增加，这使实际操作时间不同 于通过模拟而计算的操作时间。


【发明内容】

[0004] 因此，一种计算装配时间的方法和一种装配时间计算装置具有如下目的：提高通 过模拟计算的装配时间的估计值的准确度。
[0005] 根据本发明的方面，提供一种计算装配时间的方法，其通过模拟来计算产品装配 时间，该方法包括：获取用于以动画在显示器上显示装配产品的步骤的动画数据；从所获 取的动画数据中检测动画的视点的改变；以及基于所检测到的动画的视点的改变来计算产 品的装配时间的估计值。
[0006] 根据本发明的另一方面，提供了一种通过模拟来计算产品的装配时间的装配时间 计算装置，该装配时间计算装置包括：获取单元，其被配置成获取用于以动画在显示器上显 示装配产品的步骤的动画数据；检测单元，其被配置成从所获取的动画数据中检测动画的 视点的改变；以及计算单元，其被配置成基于所检测到的动画的视点的改变来计算产品的 装配时间的估计值。

【专利附图】

【附图说明】
[0007] 图1是示出信息生成装置的输入数据的图；
[0008] 图2是示出装配树的图；
[0009] 图3是示出组件的图；
[0010] 图4是示出部件信息的数据结构的图；
[0011] 图5是示出组件信息的数据结构的图；
[0012] 图6是示出相对坐标值和相对取向（orientation)的图；
[0013] 图7A是示出从图2所示的装配树转换来的等效制造流程的图，以及图7B是示出 图7A的插入有处理的制造流程的图；
[0014] 图8是示出通过依据父子关系分解图7B的制造流程而获得的分解式制造流程的 说明图；
[0015] 图9是示出节点的数据结构的图；
[0016] 图10是示出分解式制造流程的列表结构的图；
[0017] 图11是示出信息生成装置的硬件配置的框图；
[0018] 图12是示出信息生成装置的功能配置的框图；
[0019] 图13是用于说明由生成单元和计算单元进行的处理的图；
[0020] 图14是示出边界框的图；
[0021] 图15A和图15B是示出干扰判断的说明图；
[0022] 图16是不出移动量设置的图；
[0023] 图17是用于说明第一动画的图；
[0024] 图18A是示出在装配部件Ml和部件M0时的视点方向的图，以及图18B是示出从 该视点方向看到的在装配部件Ml和部件M0之前和之后的状态的图；
[0025] 图19是示出沿与图18A所示的视点位置不同的方向设置视点位置的状态的图；
[0026] 图20是示出视线变化的图；
[0027] 图21是示出标准时间计算表的图；
[0028] 图22是用于说明工作者可视范围和工作者视线角的图；
[0029] 图23是用于说明天顶角、方位角和操作顺序凝视点距离的图；
[0030] 图24A和图24B是用于说明视点角的图，图24A是示出在设置视点角之前的初始 状态的图，以及图24B是示出在设置视点角之后的状态的图。
[0031] 图25是示出由信息生成装置进行的信息生成处理的处理过程的流程图；
[0032] 图26是示出信息设置处理的处理过程的流程图；
[0033] 图27是示出标准时间计算处理（No. 1)的处理过程的流程图；以及
[0034] 图28是示出标准时间计算处理（No. 2)的处理的流程图。

【具体实施方式】
[0035] 在下文中，将参照图1至图28来给出对通过模拟来计算产品的装配时间的估计值 的信息生成装置的描述。
[0036] 〈输入数据的示例〉
[0037] 图1是示出输入到信息生成装置的动画数据(在下文中，称为输入数据)的说明图。 输入数据200是从例如三维CAD (计算机辅助设计）系统传送的数据。图1示出了鼠标的 输入数据200。
[0038] 输入数据200包括要作为信息生成的对象的目标产品（图1中的鼠标)的三维模型 201和三维模型201的装配树202。装配树202是表示组成三维模型201的组件和部件的 配置的分级结构化信息。组件是集合而成的部件或通过装配多个部件而制成的成品。可以 根据装配树202来识别组成组件的部件的组合。另外，部件是不能被进一步拆卸的最小单 元。部件和组件统称为模型。
[0039] 图2是示出图1所示的装配树202的图。在图2中，顶部组件A0表示作为三维模 型201的鼠标(成品）。在图2中，顶部组件A0包括组件A1、A5和部件plO。组件A1包括 组件A2和A3,并且组件A2包括部件pi和p2。另外，在下一较高层级中的组件被称为父组 件。例如，组件A2的父组件为组件A1。在下一较低层级中的组件被称为子组件。例如，组 件A1的子组件为组件A2、A3。
[0040] 图3是示出组件的说明图。在图3中，组件400包括齿轮401和轴402、403的组 件 404。
[0041] 〈部件信息的数据结构的示例〉
[0042] 图4是示出部件信息的数据结构的说明图。部件信息500是属于三维模型中的 部件的信息，并且是由信息生成装置从所获得的输入数据200中提取的信息。信息生成装 置将从输入数据200中提取的部件信息500存储在图12所示的存储单元1301中。在图4 中，部件信息500包括标识信息字段、形状信息字段、相对坐标值字段、相对取向字段、最优 选方向字段、6轴得分字段、视点字段以及移动量字段。
[0043] 标识信息字段存储唯一地标识部件的标识信息。在图4中，将pi存储为标识信息。
[0044] 形状信息字段包括面字段和面法向矢量字段。面为用于表示部件的立体形状的三 角形的多边形数据(边数据)，并且面字段存储部件的面。图4所示的部件信息500存储ni 个面fi-1至fi-ni。面fi-1至fi-ni中的每个面存储基于部件的局部坐标系的三角形顶 点坐标值。面法向矢量字段存储用于面fi-Ι至fi-ni的ni个法向矢量vi-Ι至vi-ni。
[0045] 相对坐标值字段存储在父组件的局部坐标系（当父组件为顶部组件A0时为全局 坐标系）下偏离父组件的原点的相对坐标值。在图4中，存储相对坐标值Ci。相对取向字 段存储在父组件的局部坐标系（当父组件为顶部组件A0时为全局坐标系）下偏离父组件的 取向的相对取向Ri。相对取向Ri由3X3矩阵表示。
[0046] 最优选方向字段包括装配方向字段和拆卸方向字段。在获取输入数据200的阶 段，装配方向字段和拆卸方向字段中未存储任何内容。当检测到装配方向和拆卸方向时，存 储所检测到的方向。
[0047] 6轴得分字段包括局部坐标系的轴（+X1至-Z1)的字段和全局坐标系的轴（+Xg 至-Zg)的字段。在获取输入数据200的阶段，6轴得分字段中未存储任何内容。当计算出6 轴得分时，存储所计算出的得分。6轴得分为表示每个轴作为装配方向的适合性的指标值。 在本实施方式中，假设更高的得分表示更好的适合性。稍后将描述对6轴得分的计算。
[0048] 视点字段存储表示视点位置的坐标值。视点位置确定显示组件和部件的动画的方 向。也就是说，将从视点位置的方向观察的组件和部件显示为动画。另外，当沿拆卸方向移 动模型时，如果拆卸方向与视点方向相同，则即使在再现拆卸状态的动画时沿拆卸方向的 移动也较不明显。因此，存储经偏移的视点位置的视点坐标值，并且在再现拆卸状态的动画 时，沿根据视点坐标值的视点方向来显示动画以便于能够看见。
[0049] 〈组件信息的数据结构的示例〉
[0050] 图5是示出组件信息的数据结构的说明图。组件信息600是属于三维模型中的组 件的信息，并且是由信息生成装置从输入数据200中提取的信息。在图5中，组件信息600 包括标识信息字段、紧接下级构成模型计数字段、父组件标识信息、相对坐标值字段、相对 取向字段、最优选方向字段、6轴得分字段、视点字段和移动量字段。除紧接下级构成模型 计数字段和父组件标识信息之外的字段与组件信息500中的字段相同，从而将不再进行描 述。
[0051] 紧接下级构成模型计数字段存储紧接下级构成模型总数mj。紧接下级构成模型总 数为目标组件的下一较低层级中的构成模型的数目。即使位于下一较低层级中，但不对除 构成模型之外的模型进行计数。例如，在图2所示的组件A3的情况下，尽管组件A4和部件 P3至p6在组件A3的下一较低层级中，但组件A3的下一较低层级中的构成模型为组件A4 和部件p3、p4。因此，在组件A3的情况下的紧接下级构成模型总数mj为mj=3。另外，父组 件标识信息存储父组件标识信息Aj。例如，在组件A3的情况下，父组件为组件A1，因而父 组件标识信息存储A1。这使得信息生成装置能够标识组件之间的父子关系。
[0052] 图6是示出图4和图5中所示的相对坐标值和相对取向的说明图。此处，将给出 对模型Μ的相对坐标值和相对取向的描述。在图6中，将包括Xg轴、Yg轴和Zg轴的全局 坐标系定义为Cg。Q0为全局坐标系Cg的原点。全局坐标系Cg是定义作为图2所不的顶 部组件A0的模型M0的空间。组成模型M0的面的坐标值是基于原点Q0来设置的。
[0053] Q1是包括XII轴、Y11轴和Z11轴的局部坐标系C11的原点。局部坐标系C11是 定义如下模型Ml的空间：该模型Ml是以图2所示的顶部组件A0作为父组件的组件A1。局 部坐标系C11的原点Q1由相对于全局坐标系Cg的原点Q0的相对位置确定。组成模型Ml 的面的坐标值是基于原点Q1来设置的。另外，局部坐标系C11的相对取向R1是在全局坐 标系Cg中偏离模型M0的取向的相对取向。
[0054] Q2是包括X12轴、Y12轴和Z12轴的局部坐标系C12的原点。局部坐标系C12是 定义如下模型M2的空间：模型M2是以图2所示的组件A1作为父组件的组件A2。局部坐标 系C12的原点Q2由相对于局部坐标系C11的原点Q1的相对位置来确定。组成模型M2的 面的坐标值是基于原点Q2来设置的。另外，局部坐标系C12的相对取向R2是在局部坐标 系C11中偏离模型Ml的取向的相对取向。如上所述，模型的相对坐标值是基于由偏离父组 件的原点的相对位置所确定的原点而设置的，模型的取向是基于父组件的取向而设置的。
[0055] 〈装配树202的转换示例〉
[0056] 图7A和图7B是示出装配树202的转换示例的说明图。图7A示出从图2所示的 装配树转换来的等效制造流程801。可以手动或自动地执行到制造流程801的转换。在图 7A所示的制造流程801中，例如，自上而下方向表示装配顺序，例如将部件p7和p8组合成 组件A6并且将部件p9和组件A6组合成组件A5。因此，相反的自下向上方向表示拆卸顺 序。
[0057] 在图7B所示的制造流程802中，在期望的位置处插入处理。经由用户操作插入该 处理。该处理表示装配所需的操作。例如，在图7B中，部件p2经受处理F2,然后与部件pi 组合以得到组件A2。
[0058] 图8是示出通过基于父子关系来分解图7B所示的制造流程802而得到的分解式 制造流程901至907的说明图。例如，分解式制造流程902为示出装配组件A2、A3以生成 组件A1的流程。分解式制造流程903为示出装配部件pi和经受处理F2的部件p2以生成 组件A2的流程。
[0059] 〈列表结构〉
[0060] 接下来将给出对制造流程802的数据结构的描述。在本实施方式中，以链接多个 节点的列表结构对上述部件信息500和组件信息600进行管理。节点表示制造流程中的部 件、组件和处理中的至少一种。
[0061] 图9是示出节点的数据结构的图。在图9中，节点包括节点号、节点信息和指向下 一节点的指针。节点号是表示装配顺序的编号，并且根据制造流程802从一开始依次分配。 节点号的升序表示装配顺序而其相反顺序表示拆卸顺序。
[0062] 节点信息包括模型标识信息、类型标记、流程符号和处理信息。模型标识信息为对 应于节点的部件或组件的标识信息。可以将模型标识信息用作指定部件信息500或组件信 息600的指针。
[0063] 类型标记为标识节点的类型（部件、组件和处理）的标记。例如，部件、组件和处理 的类型标记分别为和"2"。流程符号为图7A至图8中所示的符号。处理信息为 当节点的类型为"处理"时表示处理的细节的字符串。经由用户操作输入字符串。该字符 串在节点的类型为"部件"或"组件"时不存储任何内容。
[0064] 指向下一节点的指针存储下一节点的节点号。因此，可以指定下一节点。同样从 下一节点指定节点。当下一节点不存在时，该节点为最后一个节点，因此存储"Null (空)"。 [0065] 图10是示出分解式制造流程的列表结构的说明图。图10所示的列表结构1101 为图8所示的分解式制造流程901的列表结构，其中对节点N1至N5进行连接。
[0066]〈信息生成装置的硬件配置〉
[0067] 图11是示出信息生成装置1300的硬件配置的框图。
[0068] 信息生成装置1300包括CPU (中央处理单元）1201。CPU1201整体控制信息生成 装置1300。
[0069] 信息生成装置1300包括ROM (只读存储器)1202。R0M1202存储程序如启动程序。
[0070] 信息生成装置1300包括RAM (随机存取存储器）1203。RAM1203被用作CPU1201 的工作区。
[0071] 信息生成装置1300包括磁盘驱动器1204和磁盘1205。磁盘驱动器1204在 CPU1201的控制下控制数据相对于磁盘1205的读取和写入。磁盘1205存储在磁盘驱动器 1204控制下所写入的数据。
[0072] 信息生成装置1300包括光盘驱动器1206和光盘1207。光盘驱动器1206在 CPU1201的控制下控制数据相对于光盘1207的读取和写入。光盘1207存储在关盘驱动器 1206控制下所写入的数据，存储在光盘1207中的数据由计算机读取。
[0073] 信息生成装置1300包括显示器1208。显示器1208显示数据，如文本、图像和功能 信息以及光标、图标和工具箱。可以采用液晶显示器或等离子显示器作为显示器1208。
[0074] 信息生成装置1300包括接口（在下文中，称为"I/F"）1209。I/F1209通过通信线 路连接至网络1214,如局域网（LAN)、广域网（WAN)和因特网，并且通过网络1214连接至另 一装置。I/F1209管理与网络1214的内部接口，并且控制来自/去往外部装置的数据的输 入/输出。可以采用调频解调器或LAN适配器作为I/F1209。
[0075] 信息生成装置1300包括键盘1210和鼠标1211。键盘1210包括用于输入字母、数 字和各种指令的键，并且执行数据的输入。可替代地，可以采用触摸面板式输入板或数字小 键盘。鼠标1211用于移动光标、选择区域、或移动和改变窗口的大小。可以采用跟踪球或 操作杆，只要其具有类似于指点装置的功能即可。
[0076] 信息生成装置1300包括扫描仪1212和打印机1213。扫描仪1212光学地读取图 像并且将图像数据提取到信息生成装置1300中。扫描仪1212也可以具有光学字符识别 (OCR)功能。打印机1213打印图像数据和文本数据。打印机1213可以是例如激光打印机 或喷墨打印机。
[0077] 〈信息生成装置的功能配置的示例〉
[0078] 图12是示出信息生成装置1300的功能配置的框图。信息生成装置1300包括存 储单元1301、输入单元1302、选择单元1303、生成单元1304、计算单元1305、判断单元1306 和确定单元1307。信息生成装置1300还包括设置单元1308、再现单元1309、改变点检测单 元1310、标准时间计算单元1311和输出单元1312。
[0079] 例如，存储单元1301的功能由存储装置(如图11所示的R0M1202、RAM1203、磁盘 1205和光盘1207)来实现。另外，通过CPU1201执行存储在存储装置(例如图11所示的 R0M1202、RAM1203、磁盘1205和光盘1207)中的程序来实现输入单元1302至输出单元1312 的功能。
[0080] 输入单元1302接收数据输入。例如，输入单元1302接收如图1所示的三维模型 201和装配树202的输入。输入数据200被存储在存储单元1301中。存储单元1301依次 存储图4所示的部件信息500、图5所示的组件信息600、图7B所示的制造流程和图10所 示的表结构。
[0081] 选择单元1303从存储有由多个模型制成的组件的存储单元1301中选择模型。在 此示例中，假设已经指定了待处理的分解式制造流程的列表结构。选择单元1303从表结构 的最后一个节点起依次选择模型。例如，在图10所示的列表结构1101的情况下，选择单 元1303从最后一个节点N5开始依次选择模型，因此选择部件plO作为所选择模型，然后选 择节点N4的组件A5作为所选择模型。由于下一节点N3为处理，所以不做选择，选择单元 1303选择节点N2的组件A1。在已经从最前节点N1做出选择之后，由于未剩余待选择的模 型而结束选择操作。
[0082] 生成单元1304以不同于第一区域的背景颜色的颜色、沿多个方向将由选择单元 1303选择的模型投射到第一区域，以生成第一投影图像。例如，生成单元1304沿局部坐标 系的六个方向（+X1至-Z1)和全局坐标系的六个方向（+Xg至-Zg)生成所选择模型的第一 投影图像。例如，用作投影区域的第一区域为如图13所示的预定大小(例如200 X 200像素） 的位图图像区域。当局部坐标系与全局坐标系相同时，生成单元1304沿任一坐标系的六个 方向生成投影图像。这防止执行冗余处理，从而提高处理速度。
[0083] 图13示出所选择模型沿其局部坐标系的六个方向的第一投影图像。当局部坐标 系与全局坐标系相同时，生成单元1304生成投影图像（a)至（f)作为第一投影图像。图13 所示的轴102的轴方向为Z轴方向（+Z，-Z)，与轴方向垂直的方向为X轴方向（+X，-X)。与 X轴和Z轴垂直的坚直方向为Y轴方向（+Y，-Y)。在此情况下，以不同于背景颜色(例如，黑 色）的颜色（白色)对所选择模型（E型环101)进行投射。因此，对所选择模型的投影部分的 位进行计数。可能存在局部坐标系与全局坐标系不相同的情况。例如，在全局坐标系下，可 能相对于模型的局部坐标系倾斜地装配模型。在此情况下，沿12个方向生成第一投影图像 和第二投影图像。
[0084] 生成单元1304沿多个方向将所选择模型投射到与第一区域大小相等的第二区域 上，将所选择模型的颜色设置成与背景颜色不同的颜色，将除所选择模型之外的模型的颜 色设置成与背景相同的颜色，从而生成第二投影图像。例如，生成单元1304沿局部坐标系 的六个方向（+X1至-Z1)和全局坐标系的六个方向（+Xg至-Zg)生成所选择模型的第二投 影图像。例如，用作投影区域且与第一区域具有相同大小的第二区域为图13所示的预定大 小(例如200X200像素）的位图图像区域。当局部坐标系与全局坐标系相同时，生成单元 1304沿任一坐标系的六个方向生成投影图像。这防止执行冗余处理，从而提高处理速度。 类似地，当局部坐标系与全局坐标系相同时，生成单元1304生成投影图像（A)至（F)作为第 二投影图像，如图13所示。在此情况下，以与背景颜色(例如黑色）不同的颜色（白色）对所 选择模型(例如图13中的E型环101)进行投射，而以背景颜色对其他模型(例如图13中的 轴102)进行投射。因此，对干扰状态下所选择模型的投射位置的位进行计数。
[0085] 计算单元1305通过比较具有从多个方向中选择的相同验证方向的投影图像来比 较由生成单元1304生成的第一投射图像和第二投射图像，以针对每个验证方向计算表示 投影图像之间的匹配程度的得分。将参照图13来描述细节部分。在该描述中，认为图13 所示的坐标系是局部坐标系。
[0086] 在图13所示的情况下，从多个方向中选择的验证方向为依次从+X至-Z中选择的 方向。计算单元1305比较具有相同验证方向的投影图像。例如，计算单元1305在验证方 向为+X时比较投影图像（a)和（A)，而计算单元1305在验证方向为-X时比较投影图像（b) 和（B)。例如，做出如下比较。
[0087] 下面为在图13的投影图像（a)至（f)中，表示作为所选择模型的E型环的图像的 白色位的数目的计数结果WB1。
[0088] WBl(a) =2000
[0089] WBl(b)=2000
[0090] WBl(c)=2000
[0091] WBl(d) =2000
[0092] WBl(e) =13000
[0093] WBl(f) =13000
[0094] 下面为在图13中的投影图像（A)至（F)中，表示作为所选择模型的E型环的图像 的白色位的数目的计数结果WB2。
[0095] WB2 ⑷=2000
[0096] WB2(B)=1700
[0097] WB2 (C) =2000
[0098] WB2(D)=1700
[0099] WB2 (E) =9000
[0100] WB2 (F) =9500
[0101] 然后，计算单元1305计算在相同方向的结果之间的沿六个轴方向的得分（6轴得 分)，例如，通过如下等式（1)来计算每个轴方向上的得分。
[0102] 得分

【权利要求】
1. 一种计算装配时间的方法，所述方法通过模拟来计算产品装配时间，所述方法包 括： 获取用于以动画在显示器上显示装配产品的步骤的动画数据； 从所获取的动画数据中检测动画的视点的改变；以及 基于所检测到的动画的视点的改变来计算所述产品的装配时间的估计值。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中， 所述估计值的计算包括检测如下各项中的至少一个来计算所述估计值：在改变观察所 述产品的视点位置的同时示出装配产品的步骤的动画中所述产品的位置或所述视点位置 的改变；以及在从装配所述产品的工作者的视点位置示出装配产品的步骤的动画中所述产 品的位置的改变。
3. -种装配时间计算装置，所述装配时间计算装置通过模拟来计算产品的装配时间， 所述装配时间计算装置包括 ： 获取单元，所述获取单元被配置成获取用于以动画在显示器上显示装配产品的步骤的 动画数据； 检测单元，所述检测单元被配置成从所获取的动画数据中检测动画的视点的改变；以 及 计算单元，所述计算单元被配置成基于所检测到的动画的视点的改变来计算所述产品 的装配时间的估计值。
4. 根据权利要求3所述的装配时间计算装置，其中， 所述计算单元检测如下各项中的至少一个来计算所述估计值：在改变观察所述产品的 视点位置的同时示出装配产品的步骤的动画中所述产品的位置或所述视点位置的改变；以 及在从装配所述产品的工作者的视点位置示出装配产品的步骤的动画中所述产品的位置 的改变。
【文档编号】G06F17/50GK104063531SQ201410043689
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】吉村隆祐 申请人:富士通株式会社