浅谈人机工程应用在数字化工艺中的作用

1、Human模块概述

Human模块是西门子ProcessSimulation软件中的人机工程应用工具，为用户提供了标准的人体数模Jack。在用户创建的虚拟环境中，能告诉用户可以看到什么，触摸到什么，是否舒适，是否疲劳及其他重要的人体工效学信息。这些信息可以帮助工艺人员设计更加高效的工艺方案。

2、人机工程应用

目前在汽车产业中PSHuman模块主要用于总装工艺仿真与焊装车间的手工焊工艺仿真。针对任务目标不同，人机工程的应用又可以分为两大类，第一类是为了验证助力机械手或其他工具的干涉性、可达性，工人姿态的舒适性，工人操作空间的充足性，第二类则是为了定义工人的操作规范，降低工人的培训成本或者是为了满足宣传演示要求。

迪基透：人机工程应用

以某汽车厂为例，其要求总装车间的关键工位与使用助力机械手的工位都要进行人机工艺仿真。例如备胎安装工位，工人使用助力机械手从料架上抓取备胎，然后将备胎放置到车体的后备箱中，在这安装过程中，需要验证料架的高度，工人在取料时的弯腰角度是否在舒适范围内，工人的视野是否被遮挡，不允许出现工人大幅度摆头的姿态；工人在搬运备胎的过程中，操作行进空间是否充足，不能出现碰撞或绕路的现象；在放置备胎的过程中，工人视野不能被遮挡，助力机械手不能与车体发生碰撞，工人可以通过视野判定备胎放置到位。在这类应用中常会用到WorkingPostureAnalysis（工作姿态分析）工具，当工人出现易疲劳的姿态时会出现黄色警告，工人不能长时间处于这一姿态；当工人出现不适姿态时出现红色警告，应尽量避免出现。而这家工厂在这方面也制定了更加详细严格的标准，例如工人弯腰不能超过30度，扭腰不能超过15度，手臂抬起不能超过100度等。这种应用比较简单，一般不需要输出连续的动画，仿真过程中只需将人体数模调整到相应的工作姿态，若存在的干涉碰撞，不舒适的工人姿态，不充分的运动空间等问题，直接以图片方式保存，配以相关的问题描述即可提交反馈。

迪基透：人机工艺仿真

第二类应用较为复杂，需要根据工艺卡要求输出连续的动画。某汽车厂为方便对新员工进行培训并配合宣传要求，其要求工艺比较复杂的几个工位按照工艺卡要求输出动作1：1的动画。在后侧围安装工位，从车身进站开始，工人搬运后侧围板件，安装后侧围板件，夹紧夹具等十几道工序，仿真人员需按照工人正常安装姿态制作动画，例如工人搬运板件时双手抓取的位置，放置夹具、夹紧夹具时工人手指的动作，安装预紧螺栓时工人眼睛要求看到螺栓孔，拧紧螺栓时工人双手握紧电动扳手的姿态等，正常情况制备一个长10分钟的动画需要大约60个小时，若期间发现工艺出现问题，需要调整，所需时间还要进一步延长。

3、 小结

迪基透：人机工程有助于加强工艺规范

目前随着工厂越来越注重人机工效，人机工程的应用也会日渐普遍，但是其中仍存一定障碍。就软件本身来说，人机模块不同于焊装模块，其命令比较少，理解也比较简单，但是工人姿态的细节调整仍十分繁琐，例如工人抓取扳手时的姿态，虽然可以在预定义的模型中选取基准，但要做到自然贴合，仍要单独调整腰部，胸部的弯曲角度，若要关注手部的握取动作，则手指关节还需大量调整，这些都十分耗时。另外目前人机工程的整个应用过程中，仿真人员都是以第三人称的角度观察整个仿真过程，仍缺乏代入感。ProcessSimulation软件提供的VR设备接口，可以帮助用户配置和快速启动VR设备，可以使仿真人员可以以第一人称的视角去观察仿真环境，亦可以在虚拟环境中定义和修改人体运动，随后用以驱动人体数模的运动。相信随着VR技术的成熟，人机工程在工业中的应用会更加简单、高效。