人机工程分析软件在虚拟制造中的应用
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摘要：目前使用较为广泛的就是“虚拟制造”技术，而人机工程分析是虚拟制造系统中非常重要的一部分。本文介绍了人机工程的基本原理，探讨了在虚拟制造中的具体应用。伴随制造企业的快速发展，只有提高产品开发的质量和效率才能够在激烈的市场竞争中占有一席之地。为了满足市场多方面的需求，在各种制造企业当中都引入了先进的技术。
关键词：人机工程 虚拟制造
人机工程作为一种综合交叉的学科，目的就是在不同学科的引导下，对工作的设备、环境以及方式进行改造创新，进而提高工作的效率和质量。在对机器或者设备进行设计时，要考虑到人体的机能和心理特征，在操作机器时能够达到一种舒适的感觉，这样才能提高工作效率和质量[1]
人机工程中最重要的就是人—机系统，这个系统中分为三方面的控制，包涵人、机器以及环境，根据环境的不同采用不同的人—机系统，实现各自的分工作用。为了保证人—机系统的安全、高效的运行，就要根据人和机器的特征功能进行相应的配置。
1、人机工程软件在虚拟制造中的应用方法
为提高制造企业的生产产品的质量和效率，降低投资的成本，采用了“虚拟制造”技术，产品的开发过程中对梅一个过程进行模拟，将产品制造与设计紧密的联系起来，找出产品制造中存在的问题。在目前使用较为广泛的人机工程分析软件为Class Jack5.1，在这种软件的基础上将产品的三维模型展现出来，同时模拟人体3D动作对产品进行操作，整个软件的分析过程中采用了动画的输出形式，对每一个动作的节点进行校准[2]。虚拟制造是在计算机仿真与虚拟现实的技术前提下，对产品进行改造以及相关的设计。在虚拟制造的基础上实现了产品设计的最优化，预测产品的使用性能和投资的成本，使产品在制造过程中一次性满足生产要求。虚拟制造系统中最重要的就是人机工程软件对产品的分析作用。
虚拟制造技术是一门有多种学科和知识体系构建成了综合技术，主要是基于计算机仿真技术和虚拟现实技术来实现对产品的设计以及制造等过程进行模拟，在模拟的过程中就可以观察产品制造的每一个细节，同时准确的评估产品的性能和质量，降低企业的投资成本，从而高效、经济的进行生产制造，起到了资源的合理配置的作用。虚拟制造在整个产品的生产周期进行模拟和设计，主要是为了通过在人机工程软件分析的基础上对已存在的产品进行优化，或者对未开发的产品进行虚拟生产和设计，可以确保在生产的过程中一次性成功。
2、具体操作
下面利用人机工程软件对农用联合收割机的“搅龙”内部轴承座装配操作的空间可行性以及操作中对人体机能的损害程度为例，说明在虚拟制造过程中的实际意义。
首先打开Class Jack5.1软件，导入人体以及设备的3D模型，对生产车间的虚拟环境模拟完成后，可以先打开菜单下的任务模拟器和动画生成系统，这样就能够模拟人体操作机器的整个过程，利用这种软件也可以将动画模拟的过程转化成相应的视频，这样就能够给操作者带来正确的指引。装配的时先要将螺母安装到对应的螺栓上，然后再利用风动扳手将螺母锁紧，在装配的过程中要对人体的机能以及姿势进行分析，首先是对螺母的操作分析，在这个过程螺母施加了人体向下的重力0.245N和右前臂水平向右的推进作用力0.98N，然后打开软件子菜单Task analysis toolkit中的Ovako Working Posture Analysis命令，选择该状态下的人体操作模型，输入所受的力，此时系统就会根据数据计算出该种操作姿势对人体机能的损害程度，根据系统的不同提示可以判断相应的损害等级，共有四个等级，第一等级是相对安全的，如果系统提示是第四等级，就要马上对操作进行更改和修正。接下来就要对下一个工作姿势进行分析，即操作者用风动扳手在闭塞空间内锁紧螺母，同样也是锁定该操作的动画姿势，对操作者进行受力分析，分别为工具向下的重力19.6N和手腕的推力49N，打开子菜单重复刚才的操作指令，然后系统提示：该操作姿势会对人体骨骼和肌肉带来一定程度的损害，要对姿势进行调整。所以可以根据人机工程分析软件得出以下的结论：在该闭塞空间可以满足装配的要求，但是由于操作者受到了设备的限制，在操作姿势上不符合人机工程学，如果保持该种姿势时间过久，就会对身体机能造成一定的程度的伤害，所以要根据软件进行逆向的分析，调整设备的高度，可以提升100mm，这样就可以使操作者舒服的完成工作。对设备进行调整后，操作者的在腰部的负荷有明显的减弱，同样在使用相同菜单下的功能指令，输入相应的受力数值，最后系统分析出每个螺母的疲劳恢复时间在0.158秒，而规定的疲劳恢复界限是0.56秒，所以调整后的操作更加符合人机工程学的原理[3]。
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参考文献：
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[5]李玉琴，赵文耘.从领域需求到产品线体系结构的映射——一种面象特征的方法[f.ll.计算机研究与发展，2007，44（7）：1236-1242.