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1、目录前 言3第一章 绪论41.1课题研究背景41.2国内外研究现状41.3课题研究的内容61.4课题的意义61.5论文结构61.6本章小结7第二章 自行车鞍座的人机工程设计82.1人机工程学82.2人机工程学的定义82.3人机工程学的内容92.4人机工程在自行车鞍座设计中的应用102.4.1自行车鞍座对舒适性的影响102.4.2鞍座的人机工程分析112.4.3现有鞍座的人机特点分析122.4.4人机工程学指导下的鞍座设计142.5本章小结16第三章 自行车鞍座逆向设计173.1逆向工程学173.2逆向工程学的定义173.3逆向工程学的发展173.4逆向工程学的作用183.5自行车鞍座设计中逆向
2、工程的运用183.5.1三坐标测量仪183.5.2点云图的生成193.6 imageware软件的逆向建模223.6.1 imageare软件的简介223.6.2鞍座点云图的导入imageware软件223.6.3点云的多边形化233.6.4云多边形化参数的设定243.6.5点云噪点的分析243.6.6点云噪点的删除253.6.7曲面构造分析253.6.8曲面SurfA、SurfB、SurfC、SurfD和SurfE的构造263.7本章小结33第四章 UG软件对鞍座表面局部造型344.1导入UG6.0中进行鞍座表面的设计344.1.1将鞍座模型导入到UG NX6.0软件中344.1.2基准平面
3、的建立344.1.3鞍座上表面草图的构造354.1.4改进后的鞍座模型354.2本章小结36第五章 总结与展望375.1工作总结375.2展望37参考文献：39致谢40前 言随着人类社会的向前发展，绿色无碳生活慢慢的影响着全世界人们的衣、食、住、行。人们在竞相购买舒适，环保，高档轿车的同时，自行车以其独特的魅力吸引着越来越多的消费者的青睐。并且受到全世界各国的重视，纷纷增设自行车道来提高人们的生活质量和幸福指数。虽然人们能够在很短的时间里设计出各种创新型的自行车，但是人们对产品的需求并不只满足于其功能上的用途。人们越来越注重自行车人性化的设计，所以人机工程学的思想就此应运而生。自行车作为现代人
4、生活和休闲的一种普通工具，它给人们带来了很多的交通方便和快乐。但是在现代社会中各种自行车的设计仍然存在着很多的缺陷比如自行车鞍座的舒适性，把手设计的合理性等。这些因素都严重的影响到消费者的审美心理，波及到自行车以后的发展前景。正因为如此基于人机工程的自行车改进和设计才显得更有必要性，才能更好的推动自行车的发展，更绿色的保护我们的环境。在现代制造业高速发展的年代，自行车作为制造业中的一个代表，其从某种程度上反映了一个时代的科学技术发展水平，尤其是在人机工程学方面的运用，更将自行车的设计推向了人性化的过程。更加人性化的自行车设计即将登上历史的舞台，并能很好的改变自行车的发展史，更快更好的推动整个制
5、造业产品人性化的生产。第一章 绪论1.1课题研究背景随着人类社会的发展，人们不管在物质还是精神上都得到了很大的满足和提高。虽然在相当一段长的时间里自行车曾一度被人们遗忘，但是随着人们不断追求精神生活的丰富，自行车备受人们的青睐，进而推动了自行车的飞速发展，全世界都掀起了一种骑行自行车的狂潮。既然自行车给人们带来了这么多的快乐和方便，理所当然其改进和设计就显得越来越有必要。 在过去，人们对自行车的改进和设计只是仅存在于外观的设计和更多的力学构造分析，而忽略了人性化的设计。相反，在现在人们越来越注重人性化的产品设计。所以人机工程的思想就显得尤其重要。而鞍座作为构成自行车的重要组成部件，其设计的合理
6、性，舒适性及美观性就会严重的影响着购买者的购买欲望，影响骑行者骑行时的安全和身体的各项组织结构。中国以“自行车王国”著称于世，自行车曾经在很长一段时间内成为中国老百姓主要交通工具。虽然现在我国自行车产量，出口量均占世界总量 60%以上，国内消费量也居世界第一，但是我国生产的自行车仍然存在着很多的问题1。比如：长时间骑自行车的人会感觉到腰酸背疼，腹部坠胀，阴部胀疼和出现腱鞘炎等症状。针对以上各种情况，课题从人机工程的角度对自行车的鞍座进行分析，同时提出了自己的改进方法和设计理念。1.2国内外研究现状 目前，自行车的鞍座和把手的改进和设计主要是从人因工程入手。随着计算机技术的发展，普遍采用的改进和
7、设计理念是利用人体工效学和人体解剖学的知识同时结合着反求工程进行曲面建模。由于我国的工业工程起步较晚，所以与国外对自行车的鞍座和把手的改进和设计还是存在着一定的差距，不少国内的自行车生产商虽然意识到人因工程这一方面的知识对自行车设计和改进的重要性，但是他们却很少将自行车的改进和设计落实到实处，仅仅只是从自行车的外观入手或者直接购买国外的自行车设计方案，并不考虑外国人的人体测量数据和中国人是不同的，单纯的进行傻瓜式的生产。针对中国自行车行业存在的这些问题，我国的部分高校，研究所等单位已经开始运用人因工程学的知识进行自行车的改进和设计。2004年，宁波大学尹玲从人机工程学的角度分析了造成机不适于人
8、的因素，对部分零部件进行改进，协调自行车整体，同时为自行车生产商提供了有意义的参考数据3。2005年，黄海波、丁玉兰以人机工程学、医学、力学和美学等学科的理论为依据，对鞍座进行了全方位综合研究，得出较为科学的自行车鞍座设计方法，并在此思想基础上设计了自行车鞍座的创新方案4。2006年，四川大学李霞通过对鞍座的人机工程学和相关理论的研究，设计出了多种创新式的自行车鞍座5。2006年，四川大学张巾爽运用人体测量学、身体运动学等理论、成果，参照相应的国家标准，提出设计思想设计方法，研究设计出符合人机系统适配理念的自行车座位及把手设计，为设计者进行人机系统适配设计提供有效的辅助工具6。2006年，昆明
9、理工大学林霜结合人机工程学的理论及人机分析软件-MannequinPRO人机仿真系统软件。对人骑行自行车的姿态进行了分析，总结出影响骑姿的主要因素:车架形态与车架大小、车把与鞍座之间的相对位置和鞍座与脚踏之间的相对位置等。然后，从人机学和医学等角度分析现有自行车设计中所存在的不合理部位，如自行车鞍座的高度、宽度和座面倾角等；车把的高度、宽度、把套形状、把手弯度和闸把的位置，并进一步提出了自己的改进意见7。2007年，西安交通大学张海青从人因工程学角度，运用人体测量学、身体运动学的理论对现有普通自行车的鞍座和把手存在的的一些不符合人体工效学要求的缺陷进行了分析，并且提出了自己的改进意见1。美国的
10、SPiderflex公司运用人机工程学设计出Spider自行车鞍座， 从而真正解决了鞍座设计缺陷导致人体的生理压力以及心理压力8。美国MOONSADDLE公司设计的月牙型人机工程鞍座，成功的避免坐骨生殖区的压迫9。新西兰的工业设计工程大学在自行车的效用方面作了研究，提出了自行车设计中必须考虑鞍座的舒适性，必须对骑行者骑行时进行动态测量，必须对手指存在原则的效用性进行分析。该研究对自行车的鞍座改进设计提供了丰富的理论和数据依据，为制造商生产顾客需求的自行车和富有吸引力的自行车创造了有利的条件，为自行车向人性化发展提供了方向10。德国健康中心Deutsche SPorthoeheschule和比利
11、时的妇科医学部门center HoSpitalier universitaire Burgmann在2003年联合研究两种自行车（带洞和无洞）鞍座对女性阴部一定压力。其对鞍座本身和单位面积所承受的压力等进行了客观受力分析，同时运用Easystat3.4软件对数据进行分析。最终得出结论建议女性骑带洞的鞍座11。1.3课题研究的内容针对自行车的鞍座进行人因工程学的分析，并结合着人体测量学和解剖学的知识对鞍座进行改进和设计。其中人体测量学主要是运用各地区人群臀部组织的各种数据统计进行鞍座的整体轮廓的设计和鞍座座面的局部造型进而达到满足95%的人群使用。解剖学的知识主要是分析与鞍座相接触的各类人体组织
12、形状，从而实现鞍座设计更加的符合人体组织的结构。利用三坐标测量仪对存在着缺陷的自行车鞍座进行测量并获得点云数据，应用imageware软件进行建模实现鞍座的逆向工程设计。UG软件的鞍座局部造型则是利用已经改进和设计好的各项鞍座的数据进行模型的构造，从而最终获得基于人因工程的自行车鞍座。1.4课题的意义通过运用人体测量学，人体解剖学的知识对自行车的鞍座结构进行分析，进而实现更好的让骑行者的手掌，手臂和臀部组织处于一种舒适的骑行状态。同时从人机工程和基础工业工程的角度对自行车的鞍座进行舒适性，结构性的分析。此后采用三坐标测量仪对已有的存在缺陷的自行车鞍座进行测量，进而取得其点云数据，从而为接下来的
13、imageware软件建模提供基本的鞍座点云数据。在此基础上利用UG软件同时结合着已经设计好的自行车鞍座的参数进行分析和局部造型，最终获得基于人因工程的自行车鞍座。很好的推动了自行车设计的向前发展，也为以后的自行车设计者提供了全新的设计理念，进一步扩大了人机工程学的影响范围。1.5论文结构全文共分为五章，各章主要研究内容安排如下：第一章是绪论，介绍了论文研究背景、国内外研究现状并对研究现状进行了分析，指出了现有研究与国外的差距，指出自行车人机工程研究的必要性，提出了论文的研究内容和研究意义。第二章是自行车鞍座的人机工程设计，包括人机工程学、自行车鞍座的人机工程设计。第三章是自行车鞍座逆向设计，
14、主要包括Mistral070705 DEA三坐标测量仪的使用、imagewre软件的逆向建模。第四章是UG软件对鞍座表面局部造型，主要是根据在人机工程学下设计的自行车鞍座尺寸进行造型。第五章是总结和展望。包括工作总结和展望。1.6本章小结随着人们生活质量水平的提高，人们除了在追求产品的功能满足之外，越来越注重对产品的人性化的设计。当然自行车作为人们平时生活中工作和休闲的一种工具，其是否能够更好的适应人们对其舒适性的满足，已经决定了自行车是否能够持续发展的一个重要标准。本章通过对自行车的国内外的研究现状等的介绍，指出了现有自行车设计存在的一些缺陷。并提出了对自行车的关键部件-鞍座的人机工程的设计
15、思路以及设计过程中涵盖的各项技术。第二章 自行车鞍座的人机工程设计2.1人机工程学人机工程学是研究人机环境三者之间相互关系的学科，是近十几年发展起来的一门边缘性应用学科。该学科的研究目的在于设计和改进人机环境系统，使系统获得较高的效率和效益，同时保证人的安全、健康和舒适。使设计的机器和环境系统适合人的生理和心理等特征，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。2.2人机工程学的定义人机工程学是一门研究人-机-环境三者之间相互关系的学科，该学科在发展的过程中有机的融合了生理学、心理学、医学、卫生学、人体测量学、劳动科学、系统工程学、社会学和管理学等学科的知识和成果，形成了自身的理论体系、研究方法、标准和规范，研究和应用范围广泛并具有综合性。该学科的研究目的在于设计和改进人-机-环境系统，使系统获得较高的效率和效益，同时保证人的安全、健康和舒适。由于该学科在各国的发展过程也不同，实际应用的侧重点不同，所以其定义也不尽相同。国际人类工效学学会（International Ergonomics Association,简称IEA）将该学科定义为：研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素；研究人和机器及
