第十章人机工程CAD软件及应用简介 第一节人机工程CAD系统的组成和功能 第二节 CATIA人机工程模块简介 第三节中国人人体模型的初步创建 第四节人机工程CAD软件应用实例 Industrial(CcUT
第十章 人机工程CAD软件及应用简介 第一节 人机工程CAD系统的组成和功能 第二节 CATIA人机工程模块简介 第三节 中国人人体模型的初步创建 第四节 人机工程CAD软件应用实例
第十章人机工程CAD软件及应用简介 第一节人机工程CAD系统的组成和功能 a人机工程CAD系统协助人进行人机工程设计的计 算机硬件、软件之和。 人机工程CAD软件的基本功能 a人机工程CAD软件一般具有工作空间及产品建模、 三维人体建模、人体活动范围生成与分析、视听 觉分析等功能 a应用上述功能,可对产品或工作空间进行人机分 析,考察评估其适宜性,调整设计,使它符合人 机学安全、舒适、高效的要求。 Industrial(CcUT
第十章 人机工程CAD软件及应用简介 第一节 人机工程CAD系统的组成和功能 人机工程CAD系统 协助人进行人机工程设计的计 算机硬件、软件之和。 一、人机工程CAD软件的基本功能 人机工程CAD软件一般具有工作空间及产品建模、 三维人体建模、人体活动范围生成与分析、视听 觉分析等功能。 应用上述功能，可对产品或工作空间进行人机分 析，考察评估其适宜性，调整设计，使它符合人 机学安全、舒适、高效的要求
二、人机工程CAD的优越性和目前的局限 (一)节约时间和成本,提高设计效率 g人机工程CAD软件中已包含人机工程设计的基本理论、方法和常用资料, 在这一平台上工作,可省略查找数据资料、核对技术标准等具体工作, 大大提高设计效率,节约成本。 (二)计算机模拟方法能降低人机测试经费,避免人员和设备的 事故 a某些真人实物的人机测试,人力与资金耗费巨大,且可能造成设备损毁、 人员伤亡。计算机模拟方法,则安全、快捷、经济,避免事故损失。 (三)人机工程CAD软件的发展,目前还处于相对初始的阶段 g人机工程涉及的人体解剖学、心理学问题(感知、记忆、认知、情绪、 爱好、个性等),怎样加以量化使之用于设计,还有待进一步研究。目 前人机工程CAD的这种局限,会在发展中逐步解决。 Industrial(CcUT
二、人机工程CAD的优越性和目前的局限 （一）节约时间和成本，提高设计效率 人机工程CAD软件中已包含人机工程设计的基本理论、方法和常用资料， 在这一平台上工作，可省略查找数据资料、核对技术标准等具体工作， 大大提高设计效率，节约成本。 （二）计算机模拟方法能降低人机测试经费，避免人员和设备的 事故 某些真人实物的人机测试，人力与资金耗费巨大，且可能造成设备损毁、 人员伤亡。计算机模拟方法，则安全、快捷、经济，避免事故损失。 （三）人机工程CAD软件的发展，目前还处于相对初始的阶段 人机工程涉及的人体解剖学、心理学问题（感知、记忆、认知、情绪、 爱好、个性等），怎样加以量化使之用于设计，还有待进一步研究。目 前人机工程CAD的这种局限，会在发展中逐步解决
、几个较知名的人机工程CAD软件 ()sammie(http://www.Iboro.ac.uk) a这个软件是国外最早商品化人机系统仿真软件,由英国诺丁汉大学的 SAMMIE研究中心开 发,现更名为 SAMMIE CAD。它具有产品和工作空间三维建模能力,也可以导入其他 CAD款件建立的模型。 SAMMIE含有不同种族、年龄、性别人群的数据,能进行工作范围 测试、千涉检查、视野检测、姿态评估和平衡计算,后来又补充了生理和心理特征的分析 功能。 SAMMIE是目前畅销的商品化人机分析系统之一,在高校和科研院所也有广泛应用。 图10-1是使用 SAMMIE建立的轿车驾驶室和后备箱人机模型,图102是轻轨车辆乘员舱的 人机模型。 图1⑩0-1轿车驾驶室和后备箱人杋模型图10-2轻轨车辆乘员舱的人机模型 Industrial(CcUT
三、几个较知名的人机工程CAD软件 （一）SAMMIE（http://www.lboro.ac.uk） 这个软件是国外最早商品化人机系统仿真软件，由英国诺丁汉大学的SAMMIE研究中心开 发，现更名为SAMMIE CAD。它具有产品和工作空间三维建模能力，也可以导入其他 CAD软件建立的模型。SAMMIE含有不同种族、年龄、性别人群的数据，能进行工作范围 测试、干涉检查、视野检测、姿态评估和平衡计算，后来又补充了生理和心理特征的分析 功能。SAMMIE是目前畅销的商品化人机分析系统之一，在高校和科研院所也有广泛应用。 图10-1是使用SAMMIE建立的轿车驾驶室和后备箱人机模型，图10-2是轻轨车辆乘员舱的 人机模型。 图10-1 轿车驾驶室和后备箱人机模型 图10-2 轻轨车辆乘员舱的人机模型
()jack(http://www.siemens.com/tecnomatix) Jack由美国宾夕法尼亚大学的人体建模和仿真中心开发。它形成一个三维 交互环境,主要工作方式为:用户从外部CAD系统输入几何图形生成工作空间, 并在其中加入一个或多个人体模型,然后进行各种人机学分析。此软件投入商 用市场后,被波音、福特等许多飞机、汽车制造商用于驾驶舱的设计。 Jack可以建立机器和交通工具的部件模型,还可以从所建的工具库中直接调用 多种基本工具,如锤子、梯子、锯、扳手以及桌子、椅子等家具。图10-3为 Jack工具库建立的模型。 图10-3Jack工具库建模型 图10-4Jack中的人体模型 Industrial(CcUT
（二） Jack （http://www.siemens.com/tecnomatix） Jack由美国宾夕法尼亚大学的人体建模和仿真中心开发。它形成一个三维 交互环境，主要工作方式为：用户从外部CAD系统输入几何图形生成工作空间， 并在其中加入一个或多个人体模型，然后进行各种人机学分析。此软件投入商 用市场后，被波音、福特等许多飞机、汽车制造商用于驾驶舱的设计。 Jack可以建立机器和交通工具的部件模型，还可以从所建的工具库中直接调用 多种基本工具，如锤子、梯子、锯、扳手以及桌子、椅子等家具。图10-3为 Jack工具库建立的模型。 图10-3 Jack工具库建模型 图10-4 Jack 中的人体模型
Jack的人体模型数据来源自1988年美国军方人体测量的结果,建立的人体 模型见图10-4 Jack具有“虚拟人的操作”功能:调整人体模型的某一部位时,相连关节 的运动不超越NASA(美国国家航空和宇宙航行局研究的角度限制;在人体模 型库中移动某一部位时,软件将计算出的关节和部位的运动位置。图10-5是 Jack中人体姿态的调整。 最新版本Jack5.l还具有支持虚拟现实(VR)的功能(图10-6),包括: 光学动作捕捉系统、电磁式位置跟踪系统、5DI数据手套、数据头盔等。 10-5Jack中的人体姿态调整图10-6Jack的虚拟现实功能 Industrial(CcUT
Jack的人体模型数据来源自1988年美国军方人体测量的结果，建立的人体 模型见图10-4。 Jack具有“虚拟人的操作”功能：调整人体模型的某一部位时，相连关节 的运动不超越NASA(美国国家航空和宇宙航行局)研究的角度限制；在人体模 型库中移动某一部位时，软件将计算出的关节和部位的运动位置。图10-5是 Jack中人体姿态的调整。 最新版本Jack5.1还具有支持虚拟现实（VR）的功能（图10-6），包括： 光学动作捕捉系统、电磁式位置跟踪系统、5DT数据手套、数据头盔等。 10-5 Jack 中的人体姿态调整 图10-6 Jack的虚拟现实功能
(三) SAFEWORK SAFEWORK是由加拿大蒙特利尔 Ecole理工大学开发,是 Windows环境下 的人机系统分析软件。 SAFEWORK的人体模型有104个人体尺寸变量,9个人 体部位分段,149个人体自由度。能模拟关节、脊柱、手等人体关节的复合运 动。 SAFEWORK的功能包括:姿态分析、力量和舒适度评价、千涉检查、视 觉、机构运动分析等。 (四) RAMSIS RAMSIS是德语“ Rechnergestutztes Anthropologisch- Mathematisches Systemzur Insassen- Simulation”的缩写,意思是“用于乘员仿真的计算机辅助 人体数字系统”。 RAMSIS是一种数字人体模型,是一种用于乘员仿真和车辆 内装人机工程设计的高效CAD工具。该软件为工程师提供了一个详细的CAD 人体模型,来模拟仿真驾驶员的行为。它使设计者在产品开发过程的初期, 在只有CAD数据的情况下就可以进行大量的人机工程分析,从而避免在以后 阶段进行昂贵的修改。 RAMSIS可以作为独立软件使用,也可移植到其他软件(如CATA等)中 去, RAMSIS还可以创建车体模型,通过任务定义与车体模型建立联系,经软 件计算使人体模型处于预设的驾驶状态 Industrial(CcUT
（三）SAFEWORK SAFEWORK是由加拿大蒙特利尔Ecole理工大学开发，是Windows环境下 的人机系统分析软件。SAFEWORK的人体模型有104个人体尺寸变量，99个人 体部位分段，149个人体自由度。能模拟关节、脊柱、手等人体关节的复合运 动。SAFEWORK的功能包括：姿态分析、力量和舒适度评价、干涉检查、视 觉、机构运动分析等。 （四）RAMSIS RAMSIS 是德语 “ Rechnergestütztes Anthropologisch-Mathematisches Systemzur Insassen-Simulation”的缩写，意思是“用于乘员仿真的计算机辅助 人体数字系统” 。RAMSIS是一种数字人体模型，是一种用于乘员仿真和车辆 内装人机工程设计的高效CAD工具。该软件为工程师提供了一个详细的CAD 人体模型，来模拟仿真驾驶员的行为。它使设计者在产品开发过程的初期， 在只有CAD数据的情况下就可以进行大量的人机工程分析，从而避免在以后 阶段进行昂贵的修改。 RAMSIS可以作为独立软件使用，也可移植到其他软件（如CATIA等）中 去，RAMSIS还可以创建车体模型，通过任务定义与车体模型建立联系，经软 件计算使人体模型处于预设的驾驶状态
(五) CATIA的人机工程模块 CATIA是法国达索公司开发的 CAD/CAE/CAN软件,目前应用广泛,为 美国通用及其他汽车公司、美国波音、欧洲空客等飞机公司所采用。CATA 使用简单,界面精美,功能强大,是多种CAE软件的前端建模平台。 广泛使用的CATA有两个系列,V4和V5(现在已有V6版推出),其中Ⅴ4为工 作站版;V5为PC版,可运行于32位或64位的 Windows操作系统。 Industrial(CcUT
（五）CATIA的人机工程模块 CATIA是法国达索公司开发的CAD/CAE/CAM软件，目前应用广泛，为 美国通用及其他汽车公司、美国波音、欧洲空客等飞机公司所采用。CATIA 使用简单，界面精美，功能强大，是多种CAE软件的前端建模平台。 广泛使用的CATIA有两个系列，V4和V5（现在已有V6版推出），其中V4为工 作站版；V5为PC版，可运行于32位或64位的Windows 操作系统
第二节 CATIA人机工程模块简介 CAIA的 Ergonomics Design& analysis模块由4个分模块集成: ) Human builder(人体建模)模块,缩写“HBR” ②2) Human measurements editor(人体尺寸编辑)模块,缩写“HME”; 3) Human Posture analysis(人体姿态分析)模块,缩写“HPA” () Human Activity analysis(人体行为分析)模块,结写 、人体建模( Human builder)模块 W文神①偏辑④)镜图入工具①财0 抛构,f9皿倒即%中田 打开 CATIA V软件,在菜单栏中逐次 与系 单击下拉式菜单中的选项: Start(开始) ergonomics design anal ysis human New Activity Andy Builder,由此进入人体建模型设计界面, 如图10-7所示。 1 Iasas far 图10-7进入 人体建模设计界面 Industrial(CcUT
CATIA的 Ergonomics Design & Analysis 模块由4个分模块集成： ⑴ Human Builder（人体建模）模块，缩写“HBR”； ⑵ Human Measurements Editor（人体尺寸编辑）模块，缩写“HME”； ⑶ Human Posture Analysis（人体姿态分析）模块，缩写“HPA”； ⑷ Human Activity Analysis（人体行为分析）模块，缩写“HAA” 。 一、人体建模(Human Builder)模块 打开CATIA V5软件，在菜单栏中逐次 单击下拉式菜单中的选项：Start（开始） →Ergonomics Design & Analysis →Human Builder，由此进入人体建模型设计界面， 如图10-7所示。 图10-7 进入 人体建模设计界面 第二节 CATIA人机工程模块简介
运用人体建模模块可以实现的功能如下。 (一)建立标准人体模型 逐次单击 Insert-→ New manikin(图10-8);或在 Manikin tools (图109)中单击 Insert a New manikin按钮,弹出对査框(图 10-10),内有两个选项栏。 插入红)「工具①)窗口)帮助0⑩ 中唱回暨曰圖 新建组件 新建产品 图10-9人体模型工具栏 新建雴部件 Hev夏 anikin 现有组件 文档模板创建 Manikin Optional coincidence Constraint d Contact Constraint e Father product: Ho Selection aGEix Constraint Manikin name: Manikin A Fix On Constraint Gender aTtach/Detach Percentile:50图 New Manikin e置Load H New Report 确定」取消」 New Offset 图10-8新建人体模型菜单 图10-10新建人体模型对话框 Industrial(CcUT
运用人体建模模块可以实现的功能如下。 （一）建立标准人体模型 逐次单击Insert→New Manikin（图10-8）;或在Manikin Tools （图10-9 ）中单击Insert a New Manikin按钮 ，弹出对话框（图 10-10），内有两个选项栏。 图10-8 新建人体模型菜单 图10-10 新建人体模型对话框 图10-9 人体模型工具栏