谈谈CAD环境中的人机工程技术

“今年1月10日服役的‘布什’号是美国海军尼米兹级航空母舰的第十艘，也是最后一艘。为了给新一代CVN21航母的设计建造打下技术基础和积累经验，‘布什’号的设计和建造过程引入了大量的新技术，相对与其‘前辈’有许多改进和创新之处。

应用PDM，实现自顶向下

在确定总体方案后，诺 格公司运用自顶向下（Top - Down）流程进入详细设计阶段，“布什”号的设计工作全部使用计算机进行。在计算机辅助三维设计（CAD）中，舰体的各部分用不同颜色表示，如：

照明系统使用黄色；

舰体部分使用蓝色。

在PDM-SVN环境下，工作组中的众多工作人员可同时在同一虚拟空间内进行工作，分别设计供电系统、通风管路等，工作人员克实时进行协调，大大提高了设计的效率和质量。

所有的三维设计最终被转化为二维设计/施工图用于CAPP各环节。

船厂的工程师在三维设计过程中引入虚拟工作人员，被称作VIVID先生，以帮助测试设计人员的各种设备是否便于操作，各种工作空间是否可以顺利进入，此举被称作舰船设计人机工程领域的一大创新。“VIVID先生”完全按照正常人的尺寸设计，可以在航母的三维虚拟设计中走、立、坐、蹲、爬，可以伸展他的臂膀去操作各种设备。当然“VIVID先生”的各个关节也像人类一样，有旋转和弯曲的限制，如果对某个设备“VIVID先生”无法操作或者操作困难，就意味着该处的设计需要修改。”

以上这个情节针对人机工程技术在信息化条件下，特别是基于CAD/PDM系统的设计工作，进行了简单的描述与介绍。

随着CAD相关技术在我国制造业领域应用的不断深入，基于信息化环境的人机工程模型已成为相关工作人员日常设计过程中必不可少的组成部分。目前，国外特别是欧美工业企业大多以DIN 33416（DIN 33416 在典型的操作姿态下人类姿势图示法，Graphical representation of the human body in typical operating positions）为主要依据和数据来源对人机工程相关设计工作进行规范，同时相关的CAD系统也在不断扩展和兼容人机模块，如CATIA中的“Human Model”等等。在船舶、汽车、机床等领域得到了越来越广泛的应用。在DIN 33416框架下，人体由于人种、年龄的总体差别被得以表征，同时考虑操作者在日常工作中的舒适程度和常驻状态，为人体的一般工作状态提供了大量的图示，此外对空间裕度、舒适感、生存气体流通、特殊环境要求以及危机情况撤离等条件下的人体姿态变化均作出了相应描述和规范。

纵观我国人机工程学发展的进程来看，并结合我国机电产品的设计和应用环节，可以说以往对人机工程学的重视程度不够，在设计中考虑也大多以经验型和粗放型为主，但近年来随着国际化发展的不断深入，以及我国技术产品“走出去”进程的不断加快，人机工程学得到了越来越多的重视，空间节约，感官舒适、操作便捷、应用全面的技术装备得到更多用户的青睐。但同时也要看到，在该领域中缺乏相关技术标准，或原有技术标准更新滞后，再加上缺乏相应的软件解决方案进行支持，在一定程度上制约了人机工程在CAD/PDM信息化条件下的广泛和深入发展。

在以往的信息化案例中，某国有大型装备制造业企业在引进产品的变形和改进设计过程中，曾提出诸如“操作空间为什么留这么大？”、“长宽比例是否可以调整的”的问题，弄得国内工程师一头雾水，无言以对。在与国外同行交流中，方才得知计算的依据来自于一系列与人机工程相关的技术标准，该企业在查阅国内技术标准时发现并无类似内容，因此迅速将该国外标准修改采用为企业标准，并依据该标准构建了大量相关的人体操作姿态模型存储于PDM的指定存储区域，供相关工作人员在产品设计和测试过程中进行调用。在这个环节中，为了满足企业购置的多种CAD系统对模型的数据要求，该企业采用德国Psol技术构建了不依赖于CAD系统的原始模型数据库，并实现与PDM系统的接驳，实现了模型通用件库的通用化。在后续的项目中，又不断将供应商零部件、企业自有零部件、行业标准件进行了挂载，从而为企业内部设计人员配置了丰富设计资源。

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