proengineer Manikin—盡顯CAD人性化設(shè)計(jì)

2013-05-18 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

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關(guān)鍵字:proeNGINEER Manikin 人機(jī)工程 PTC
三個(gè)月后的PTC辦公室,筆者采訪了PTC航天國(guó)防行業(yè)技術(shù)總監(jiān)張曉梅女士,作為致力于CAD/CAM技術(shù)推廣和應(yīng)用十余年的專家,張曉梅詳細(xì)介紹了了proeNGINEER Manikin這一盡顯CAD人性化設(shè)計(jì)的解決方案。

08年的PTC中國(guó)區(qū)用戶大會(huì)上,PTC全球CTO James Hepplemann(現(xiàn)為PTC 總裁兼首席運(yùn)營(yíng)官)透露了即將在Pro\ Engineer中融入人體工程模塊,簡(jiǎn)單介紹之余,留足了懸念。08年的最后一天,PTC終于宣布推出了人機(jī)交互的最新解決方案proeNGINEER Manikin,而對(duì)其功能,一直不得而知。三個(gè)月后的PTC辦公室,筆者采訪了PTC航天國(guó)防行業(yè)技術(shù)總監(jiān)張曉梅女士,作為致力于CAD/CAM技術(shù)推廣和應(yīng)用十余年的專家,張曉梅詳細(xì)介紹了了proeNGINEER Manikin這一盡顯CAD人性化設(shè)計(jì)的解決方案。

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PTC航天國(guó)防行業(yè)技術(shù)總監(jiān)張曉梅

一、proeNGINEER Manikin的由來(lái)

正如PTC收購(gòu)Arbortext、Mathcad、CoCreate一樣,PTC的proeNGINEER Manikin功能模塊也是通過并購(gòu)而來(lái),旨在進(jìn)一步增強(qiáng)PRO\Engineer的功能,延長(zhǎng)和完善PDS產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。

隨著產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求逐漸提高,在很多產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期就需要人的參與,而不是產(chǎn)品定型后交給CAE來(lái)完成。為了滿足Pro\Engineer的數(shù)字化人類模型的概念,PTC收購(gòu)了當(dāng)時(shí)還只有幾個(gè)員工的公司,一經(jīng)融合,成為PTC公司做人體建模研發(fā)的團(tuán)隊(duì)。

經(jīng)過約莫兩年的磨合,Pro\Engineer的人體模型已經(jīng)能夠準(zhǔn)確表示人類的各種物理特點(diǎn),如身高、形態(tài)、視力、運(yùn)動(dòng)、力量和舒適感等,并成為人機(jī)交互不可缺少的模塊。

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圖1proeNGINEER Manikin擴(kuò)充了PTC的CAD\CAE產(chǎn)品線

二、proeNGINEER Manikin的功能模塊

proeNGINEER Manikin是業(yè)內(nèi)第一個(gè)以ISO為質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的解決方案,能夠?yàn)槿蛴脩籼峁┩暾⒁子玫娜藱C(jī)互動(dòng)的仿真及傳遞功能。proeNGINEER Manikin包括三大功能模塊,處于最低層的Manikin Lite可以在沒有proeNGINEER人體模型許可證的情況下向proeNGINEER內(nèi)插入一個(gè)預(yù)先設(shè)定的人體模型,而不能進(jìn)行驗(yàn)證、保存。因此,proeNGINEER Manikin 更為重要的兩大模塊分別是 proeNGINEER Manikin Extension和proeNGINEER Manikin Analysis Extension ,其主要功能特點(diǎn)如下:

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圖2 proeNGINEER Manikin三大模塊

proeNGINEER Manikin Extension

?快速插入、定制和處理符合標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確 3D 人體模型

?生成人體的可觸及包絡(luò)和視野,以了解設(shè)計(jì)方案中可能存在哪些限制

?可從用戶的視角觀察產(chǎn)品

?利用全球人群和人體姿態(tài)庫(kù)快速建立 Manikin 方案

proeNGINEER Manikin Analysis Extension

?使用公用標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則模擬、傳遞和優(yōu)化手工處理的任務(wù)

?確保產(chǎn)品符合健康安全規(guī)定及人類工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。包括運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算法則對(duì)工作任務(wù)進(jìn)行分析,如舉起和放下( NIOSH 81/91)、推拉(Snook)、能量消耗(GARG)及姿勢(shì)(RULA)。

?利用簡(jiǎn)化的工作流程更快速地分析設(shè)計(jì)方案,并可重復(fù)使用已保存的分析設(shè)置

?在研發(fā)初期利用高級(jí)報(bào)告功能,更快地提供為人設(shè)計(jì)和優(yōu)化的產(chǎn)品

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圖3 proeNGINEER Manikin解決方案的優(yōu)勢(shì)

此外,從2008年12月起,proeNGINEER所有的產(chǎn)品包都將包括基本的人體造模產(chǎn)品功能,用戶能夠在3D模型中插入一個(gè)預(yù)先定義好的人體模型,通過對(duì)模型的簡(jiǎn)單操控實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互效果。

三、proengineer Manikin盡顯人性化設(shè)計(jì)

人體工程里的人體模型是數(shù)字化樣機(jī)的一個(gè)類型,但是兩者也存在著較大的區(qū)別。數(shù)字樣機(jī)主要是利用三維來(lái)展現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)品的部件和整個(gè)產(chǎn)品的構(gòu)成,而基于人體模型的CAD則是利用三維展現(xiàn)人如何和這些產(chǎn)品產(chǎn)生交互作用。

為人體建模這和為某個(gè)物體建模存在著很大的不同,雖然技術(shù)上頗為相似,但是人體建模會(huì)牽涉到更多的方面,譬如人的姿態(tài)、關(guān)節(jié)、肌肉、視野范圍、疲勞程度等等因素,都需要考慮到人體模型中去,所以是非常復(fù)雜的。

proeNGINEER Manikin將數(shù)字化人體可視性和仿真模擬用大家熟悉的CAD用戶界面的方式呈現(xiàn)在工程師們的桌面上,工程師們因此不必花費(fèi)時(shí)間去研究人體行為。這才是PTC新推出的proeNGINEER Manikin軟件的最顯著特征。

從另一個(gè)層面來(lái)看,proeNGINEER Manikin的推出也是PTC‘以人為本’設(shè)計(jì)理念的重要一步,讓客戶能夠從使用者的角度出發(fā),進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì),并更好地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行使用、加工及維護(hù)。

四、proeNGINEER Manikin搶先體驗(yàn)

在proeNGINEER Manikin中,包含了人體擴(kuò)展包和人體分析擴(kuò)展包。

在人體擴(kuò)展包里,可以將人體模型快速添加到產(chǎn)品模型中去,靜態(tài)地分析人體和產(chǎn)品之間的交互。這種人體擴(kuò)展包含蓋了全球目標(biāo)人群的各種模型,固定形態(tài)達(dá)146種之多,隨著人體和產(chǎn)品之間交互的深入,還可以建立定制化的人體姿態(tài)。

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圖4 proeNGINEER Manikin里豐富的姿態(tài)庫(kù)

除此之外,在人體模型中可任意添加附件庫(kù),包括眼鏡、頭盔、符合任務(wù)場(chǎng)景的各種物件等。頗具亮點(diǎn)的是proeNGINEER Manikin中的視錐、包絡(luò)和到達(dá)功能。如同真實(shí)的人體,人體模型并不是可以接觸到任何一個(gè)目標(biāo),視野范圍也在一定的區(qū)域之內(nèi),這些都在proeNGINEER Manikin體現(xiàn)得淋漓盡致,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的初期對(duì)有很高的利用價(jià)值。

同樣,在改善產(chǎn)品制造、裝配和服務(wù)等業(yè)務(wù)中,加入人體模型的功能為縮短產(chǎn)品上市時(shí)間提供了必要的工具。

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圖5、proeNGINEER Manikin選擇人體模型姿態(tài)

在人體分析擴(kuò)展包里,值得一提的是proeNGINEER Manikin通過模擬人體運(yùn)動(dòng),提供了詳細(xì)的分析結(jié)果。譬如,proeNGINEER Manikin Analysis中的搬運(yùn)分析,在分析人體模型搬運(yùn)某件物品時(shí),對(duì)物品的重量、搬運(yùn)距離、搬運(yùn)頻率和持續(xù)時(shí)間等等因素加以約束,就能評(píng)價(jià)出這一人體模型是否可以承擔(dān)這一搬運(yùn)工作,因此也能得出復(fù)合這一人體模型特性的人群是否能在相似工作場(chǎng)景中勝任該工作。

對(duì)于分析結(jié)果,proeNGINEER Manikin Analysis提供了兩組數(shù)據(jù),一組是Niosh結(jié)果,即計(jì)算出推薦的指標(biāo)限值;另一種是Snook結(jié)果,即計(jì)算多少人能承受,多少人承受不了。根據(jù)兩種結(jié)果可以將產(chǎn)品設(shè)計(jì)得更加科學(xué)和人性化。

另外,proeNGINEER Manikin Analysis還包括RULA分析,提舉\放下分析、推\拉分析等,可以幫助工程師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段了解到產(chǎn)品與使用者實(shí)際互動(dòng)的情況,更有針對(duì)性的、從客戶體驗(yàn)的角度出發(fā)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

如圖6所示,proeNGINEER Manikin通過人體模型在車身設(shè)計(jì)中為座椅位置的調(diào)整提供參考,圖7是proeNGINEER Manikin通過人體模型為汽車方向盤設(shè)計(jì)的調(diào)整提供參考,圖8為proeNGINEER Manikin模擬工作場(chǎng)景,提供人體交互參考。

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