人机仿真在汽车设计中运用探究

人机仿真在汽车设计中运用探究

据中国汽车工业协会最新发布的数据显示，2009年我国国产汽车产销分别为万辆和万辆，首次成为世界汽车产销第一大国。在汽车逐渐进入寻常百姓家庭的今天，汽车的开发周期和生产成本就成为制约我国汽车产业发展的重要因素。而数字化工厂技术就专门针对这类问题提供一揽子生产技术解决方案。

数字化工厂以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。数字化工厂主要解决产品设计和产品制造之间的“鸿沟”，实现产品生命周期中的设计、制造、装配、物流等各个方面的功能，降低设计到生产制造之间的不确定性，在虚拟环境下将生产制造过程压缩和提前，并得以评估与检验，从而缩短产品设计到生产的转化的时间，并且提高产品的可靠性与成功。

在汽车工装验收过程中，涉及到机器人部分是由供应商负责仿真验证，调试，出现问题解决问题。一直以来这种模式都进行得非常好，相应的一套流程已经相当成熟。但是在人工操作的部分，往往因为没有进行先期的人机仿真，在验收过程中出现问题后，可能会出现无法解决或者因为解决成本太高而选择让操作人员进行克服的情况。从而大大影响操作效率并造成部分安全隐患。

人机工程仿真能够尽量减少这种情况的发生，在先期设计阶段发现夹具中不符合人机工程学的地方，并提供方案对问题进行解决。现在国际汽车主流厂商使用DELMI软件作为数字化工厂的构建工具。而DELMIA的Ergonomicsdesign&analysis模块就十分专业的为我们提供了此类服务。而Ergonomicsdesign&analysis模块又分为HumanBuilder模块、humanmeasurementseditor模块、humanpostureanalysis模块、humanactivesanalysis模块和Humantasksimulation模块。

HumanBuilder模块：建立人体模型。可以定义人体的负重，输出人体的信息报告，为人建立新的坐标标点。在display中选择人体的骨骼，皮肤或者视线等。通过IK设置还可以选择人体活动的关节，视线等的活动。也可以对人体的姿势进行编辑并将定义好的人体模型保存到信息库中。

humanmeasurementseditor模块：对人体的尺寸进行编辑。这个模块主要是对人得性别，种族，各部位尺寸进行编辑。一般用的比较少。

humanpostureanalysis模块：对人体的姿势进行分析。可以人为的设定人体关节每个自由度的摆动范围，设定角度范围内为舒适，不舒适或者不允许。并对该范围设定警告颜色。人体一旦在该范围内运动的话，会出现报警。甚至你可以直接将舒适角度范围为允许范围，人体只能在该角度内运动。

humanactivesanalysis模块：为动作的分析。可以用类似DMU的方式对人体赋予任务。对人体的姿势进行打分。分析人体的舒适度和疲劳强度。可进行人体模型的快速移动。Humantasksimulation模块：人体任务仿真。这个是人机仿真的最重要模块，也是我们耗时最多的模块。我们可以在这个模块中为人体模型建立多种任务。

人机仿真的时候我们的基本思路是，首先利用humanbuilder建立人体模型，然后用humaneasurementseditor模块，根据我们的实际情况编辑人体模型的各种尺寸，然后利用humanpostureanalysis模块设定关节各个自由度的旋转角度，并根据我们自己的标准对关节的旋转角度进行定义，比如说超过人体舒适度后让该关节显示红色等。并可以将人体模型以标准件的方式建立人体模型库。那么我们在以后的人机仿真中就可以方便的直接插入定义好的人体模型。然后我们开始用Humantasksimulation模块为人体模型建立任务，比如说走路，携带物体等。这个时候我们就进入到了DELMIA的Processproductresouce环境中。最后我们就开始了我们的评分，出报告给出人体模型各个关节的疲劳度等一系列标准的结果，这个功能我们靠humanactivesanalysis模块来实现。那么我们在人机仿真中我们主要注重那些呢？人机仿真中最关键的部分就是人的安全性。也就是人体模型在进行任务的时候是否与周围的环境产生干涉。

第二个是人体模型工作的姿态，比如说这个操作姿态是否符合人的正常操作姿态，或者说人是否能够以这种姿态工作，并对姿态评分。

第三个是人在执行任务的时候的疲劳程度，涉及到执行任务的时间，距离，负重，频率以及一天的工作时间，在DELMIA软件里面提供了几套国际上通用的评价标准，我们不需要人为的输入，软件会根据这些标准自动的得到结论。

第四个就是我们在执行任务的时间。因为现代汽车生产工业都是进行流水化生产，所以我们的生产节拍就决定了我们的生产效率。而生产效率的高低决定了我们的生产成本，从而影响到我们汽车产品的销售价格。

第五个是可视性分析。DELMIA软件上有一个通过人体模型看物体的功能

。通过这个功能我们可以以第一人称的视角来看物体，从而知道人体模型的可视范围。这个我们经常忽略的环节，举个例子说，我们的焊装线上，人工操作的工位经常会出现，人在焊接过程中由于钣金件或者焊枪的遮挡而看不到焊点，这样我们的工人就只能依靠感觉和个人的判断来打焊点。由于人个体的差异，我们的焊点会造成品质的不稳定性。这个时候我们可以再设计阶段通过人机仿真来确定出，哪些是可视性差的焊点，那么在设计阶段就可以针对这些问题提出解决方案，对设计进行修改。而不必在生产，组装，调试后对夹具进行修改。节省了时间并降低了生产成本。

结语：随着我国