人機仿真在汽車設(shè)計中運用探究

人機仿真在汽車設(shè)計中運用探究

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2009年我國國產(chǎn)汽車產(chǎn)銷分別為萬輛和萬輛，首次成為世界汽車產(chǎn)銷第一大國。在汽車逐漸進入尋常百姓家庭的今天，汽車的開發(fā)周期和生產(chǎn)成本就成為制約我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。而數(shù)字化工廠技術(shù)就專門針對這類問題提供一攬子生產(chǎn)技術(shù)解決方案。

數(shù)字化工廠以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進行仿真、評估和優(yōu)化，并進一步擴展到整個產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。數(shù)字化工廠主要解決產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品制造之間的“鴻溝”，實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中的設(shè)計、制造、裝配、物流等各個方面的功能，降低設(shè)計到生產(chǎn)制造之間的不確定性，在虛擬環(huán)境下將生產(chǎn)制造過程壓縮和提前，并得以評估與檢驗，從而縮短產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化的時間，并且提高產(chǎn)品的可靠性與成功。

在汽車工裝驗收過程中，涉及到機器人部分是由供應商負責仿真驗證，調(diào)試，出現(xiàn)問題解決問題。一直以來這種模式都進行得非常好，相應的一套流程已經(jīng)相當成熟。但是在人工操作的部分，往往因為沒有進行先期的人機仿真，在驗收過程中出現(xiàn)問題后，可能會出現(xiàn)無法解決或者因為解決成本太高而選擇讓操作人員進行克服的情況。從而大大影響操作效率并造成部分安全隱患。

人機工程仿真能夠盡量減少這種情況的發(fā)生，在先期設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)夾具中不符合人機工程學的地方，并提供方案對問題進行解決?，F(xiàn)在國際汽車主流廠商使用DELMI軟件作為數(shù)字化工廠的構(gòu)建工具。而DELMIA的Ergonomicsdesign&analysis模塊就十分專業(yè)的為我們提供了此類服務(wù)。而Ergonomicsdesign&analysis模塊又分為HumanBuilder模塊、humanmeasurementseditor模塊、humanpostureanalysis模塊、humanactivesanalysis模塊和Humantasksimulation模塊。

HumanBuilder模塊：建立人體模型。可以定義人體的負重，輸出人體的信息報告，為人建立新的坐標標點。在display中選擇人體的骨骼，皮膚或者視線等。通過IK設(shè)置還可以選擇人體活動的關(guān)節(jié)，視線等的活動。也可以對人體的姿勢進行編輯并將定義好的人體模型保存到信息庫中。

humanmeasurementseditor模塊：對人體的尺寸進行編輯。這個模塊主要是對人得性別，種族，各部位尺寸進行編輯。一般用的比較少。

humanpostureanalysis模塊：對人體的姿勢進行分析?？梢匀藶榈脑O(shè)定人體關(guān)節(jié)每個自由度的擺動范圍，設(shè)定角度范圍內(nèi)為舒適，不舒適或者不允許。并對該范圍設(shè)定警告顏色。人體一旦在該范圍內(nèi)運動的話，會出現(xiàn)報警。甚至你可以直接將舒適角度范圍為允許范圍，人體只能在該角度內(nèi)運動。

humanactivesanalysis模塊：為動作的分析?？梢杂妙愃艱MU的方式對人體賦予任務(wù)。對人體的姿勢進行打分。分析人體的舒適度和疲勞強度?？蛇M行人體模型的快速移動。Humantasksimulation模塊：人體任務(wù)仿真。這個是人機仿真的最重要模塊，也是我們耗時最多的模塊。我們可以在這個模塊中為人體模型建立多種任務(wù)。

人機仿真的時候我們的基本思路是，首先利用humanbuilder建立人體模型，然后用humaneasurementseditor模塊，根據(jù)我們的實際情況編輯人體模型的各種尺寸，然后利用humanpostureanalysis模塊設(shè)定關(guān)節(jié)各個自由度的旋轉(zhuǎn)角度，并根據(jù)我們自己的標準對關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度進行定義，比如說超過人體舒適度后讓該關(guān)節(jié)顯示紅色等。并可以將人體模型以標準件的方式建立人體模型庫。那么我們在以后的人機仿真中就可以方便的直接插入定義好的人體模型。然后我們開始用Humantasksimulation模塊為人體模型建立任務(wù)，比如說走路，攜帶物體等。這個時候我們就進入到了DELMIA的Processproductresouce環(huán)境中。最后我們就開始了我們的評分，出報告給出人體模型各個關(guān)節(jié)的疲勞度等一系列標準的結(jié)果，這個功能我們靠humanactivesanalysis模塊來實現(xiàn)。那么我們在人機仿真中我們主要注重那些呢？人機仿真中最關(guān)鍵的部分就是人的安全性。也就是人體模型在進行任務(wù)的時候是否與周圍的環(huán)境產(chǎn)生干涉。

第二個是人體模型工作的姿態(tài)，比如說這個操作姿態(tài)是否符合人的正常操作姿態(tài)，或者說人是否能夠以這種姿態(tài)工作，并對姿態(tài)評分。

第三個是人在執(zhí)行任務(wù)的時候的疲勞程度，涉及到執(zhí)行任務(wù)的時間，距離，負重，頻率以及一天的工作時間，在DELMIA軟件里面提供了幾套國際上通用的評價標準，我們不需要人為的輸入，軟件會根據(jù)這些標準自動的得到結(jié)論。

第四個就是我們在執(zhí)行任務(wù)的時間。因為現(xiàn)代汽車生產(chǎn)工業(yè)都是進行流水化生產(chǎn)，所以我們的生產(chǎn)節(jié)拍就決定了我們的生產(chǎn)效率。而生產(chǎn)效率的高低決定了我們的生產(chǎn)成本，從而影響到我們汽車產(chǎn)品的銷售價格。

第五個是可視性分析。DELMIA軟件上有一個通過人體模型看物體的功能

。通過這個功能我們可以以第一人稱的視角來看物體，從而知道人體模型的可視范圍。這個我們經(jīng)常忽略的環(huán)節(jié)，舉個例子說，我們的焊裝線上，人工操作的工位經(jīng)常會出現(xiàn)，人在焊接過程中由于鈑金件或者焊槍的遮擋而看不到焊點，這樣我們的工人就只能依靠感覺和個人的判斷來打焊點。由于人個體的差異，我們的焊點會造成品質(zhì)的不穩(wěn)定性。這個時候我們可以再設(shè)計階段通過人機仿真來確定出，哪些是可視性差的焊點，那么在設(shè)計階段就可以針對這些問題提出解決方案，對設(shè)計進行修改。而不必在生產(chǎn)，組裝，調(diào)試后對夾具進行修改。節(jié)省了時間并降低了生產(chǎn)成本。

結(jié)語：隨著我國