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随着科学技术的迅猛发展在产品设计过程中考虑“人—机”和谐进行工业产品的设计与制造具有非常深远的意义。人机工程学正是一门应用广泛的新兴边缘学科,主要研究人与机器、环境这一系统的相互作用,以达到设计的人机系统或机械设备系统最大限度的符合人类生理和心理特征,保证工作生产舒适、高效、安全的目的。基于此,本论文重点进行了对产品人机工程系统的设计与研究。
人机工程系统利用人体模型可以对产品设计的合理性、舒适性、操纵的适宜性等进行虚拟检验和人机工效的评估。由此对不同设计方案评估优化,提高产品人机工程设计的准确度和效率,获得满意的人机工效学效果,提高产品使用人员的工作安全性。
由于我国人机工程学起步较晚,国外包含人机模块的软件多采用本国的人体尺寸数据,对东方国家人种产品设计起不到参考作用,不利于我国设计师的产品研发。为解决上述问题本论文探索了面向国内人体尺寸建模的人机工程系统设计与研究,取得了以下研究成果:
1)运用人体测量学理论,以广泛应用的三维设计软件Pro/Engineer为开发环境,将其自带二次开发工具Pro/Toolkit、Visual C++ 6.0与Access相结合,综合数据库知识及软件工程知识,开发了以我国成年人人体数据为主的人机工程系统。
2)该系统采用 Pro/Engineer 自顶向下建模方法中的骨架模型建模方法构建参数化三维人体模型,为设计师提供了直观、真实的人体形象模拟,具有友好的人机交互界面,通过改变人体尺寸数值可以实现人体模型的再生;数据库模块存储了人体基本尺寸,实现了对人体尺寸数据库的查询、更新与维护;创建了设计知识库,知识库中包括了通用知识库和专用知识库,用户在进行产品设计的同时,可以高效的获取人机工程知识帮助、人机工程数据可视化查询,便于完成常用家具类产品的人机设计与模拟。
3)本论文创新点在于该系统采用 Pro/Engineer 自顶向下建模方法中的骨架模型建模方法构建参数化三维人体模型,打破了以往研究中只仅仅将骨架模型建模技术应用到机械零件设计的常规思路,为设计师提供了直观、真实的人体形象模拟。
上述研究实现了人体模型的构建、知识库的创建、产品的人机工程系统架构。该人机系统对于CAED的发展具有实用性、可扩充性及良好的借鉴意义。