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1、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。,计算机软硬件飞速发展，使人机工程CAD系统实现桌面化，走向普及。,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）提高设计效率，节约时间和成本。,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
2、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。,工业设计人机工程（3版）,阮宝湘等 编著,1,（二）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（感知、记忆、认知、情绪、爱好、个性等）问题，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。,三、几个较知名的人机工程CAD软件,（一）
3、 SAMMIE,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,2,（二） Jack,图10-3 Jack工具库建模型,图10-4 Jack 中的人体模型,10-5 Jack 中的人体姿态调整,图10-6 Jack的虚拟现实功能,3,（三） SAFEWORK,（四） RAMSIS （五）UGNX人机工程模块,（六）CATIA的人机工程模块,法国达索公司的CAD/CAE/CAM软件，应用广泛，为美国通用等汽车公司、美国波音、欧洲空客等飞机公司所采用。 达索公司重视与高校合作，所多高校购买或获赠了其正版软件。 CATIA使用简单，界面精美功能强大，是多种CAE软件的前
4、端建模平台。 CATIA有两个系列，V4和V5（现已推出V6），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。 本书重点介绍CATIA的人机工程模块，并用它完成一个应用示例，以展示人机工程CAD软件及其应用方法的概略全貌。 CATIA是多语言版的。本书介绍中采用简体中文版的Windows XP sp3为操作系统，CATIA V5 R16作为平台。若软件版本不同，菜单显示有少许不一致，但对操作方法并无影响。 人机工程学专业术语的汉译，在我国存在一些差异，除个别专门作出注释者以外，本书采用的专业术语与现行CATIA软件版本基本保持一致。,4,第二节 CATIA人机
5、工程模块简介,CATIA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”； Human Measurements Editor（人体尺寸编辑）模块，缩写“HME”； 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，缩写“HAA”。 我国人机学书刊中，将Human Measurements译成“人体测量”较为常见。本书认为，译成“人体尺寸”更体现其专业含义，也符合中文习惯。期待与业内同仁商榷。,一、
6、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,5,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InsertNew 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
7、,图10-10 新建人体模型对话框,图10-9 人体模型工具栏,6,1. Manikin（人体模型）栏,(1) Father product：需在树状目录中点选位置、地面、设施等元素。 (2) Manikin name：可自定义人体模型名称。模型的默认是Manikin1、 Manikin2等。 (3) Gender：Man或Woman。 (4) Percentile：供选择（或输入）的范围为0.01%99.99%。,2Optional（选择）栏,(1) Population：可在下拉菜单中选择人群的国籍，见图10-11。,图10-11 Optional（选择）栏,7,(2) Model：选择模
8、型类型，如Whole body、Right Forearm等，图10-11。,(3) Referential：选择模型基准点，如Eye Point、Left Foot）等，图10-11。,（二）设置人体模型姿态,若需预设人体模型姿态，可用Manikin Posture工具栏（图10-12）实现。,图10-12 人体姿势工具栏,姿态编辑 树状目录中点选人体模型 单击Posture Editor按钮 在弹出的Posture Editor对话框（图10-13）的Segments栏内选择部位的自由度， 在Value栏内设置百分位数即可。,图10-13 姿态编辑对话框,8,肢体运动 在Manikin P
9、osture工具栏中单击Forward Kinematics 按钮 ，在人体模型上选择肢体，按住鼠标左键前后拖动，肢体就会沿着箭头方向绕相应关节前后摆动。 在菜单(图10-14)中选择DOF2则为左右摆动。 CATIA中默认DOF1（自由度1）的运动。DOF1为前后摆动，DOF2为左右摆动，DOF3为外旋和内旋，见图10-14。,图10-14 自由度快捷菜单,9,7种标准姿态 单击Standard Posture按钮 ，在树状目录中选择人体模型，即弹出图10-15所示对话框。可在其中7种标准姿态中进行选择。 每种姿势可作高度和角度的调整，常用的5种姿态见图10-16。,图10-15 标准姿态对
10、话框,a）sit（坐姿）,图10-16 各种标准姿态,10,图10-16 各种标准姿态,b）Stoop（弯腰）,c）Twist（扭腰）,d）Lean（侧弯）,e）Adjust Elbow（肘部调整）,11,（三）人体模型的属性编辑,以改变部位颜色为例进行说明，其余属性设置方法相同。,选中部位，在菜单栏中逐次点击Edit（或右击所选部位） Properties菜单，见图10-17。 在弹出的对话框内Surface Color栏中，单击颜色框的下拉箭头，见图10-18，选定颜色后单击OK键确认。,图10-17 在菜单栏中选择“属性”,图10-18 属性选项栏,12,（四）人体模型的高级设置,1.干
11、涉检验、终止干涉,CATIA中的Clash Detection工具栏（图10-19）能检验人和机器的是否在空间产生干涉。,在主菜单逐次单击ToolsOptions，弹出Options对话框。,在左侧树状目录中选中Digital MockupDMU Fitting，然后在DMU Manipulation栏的Clash Feedback选项中激活Clash Beep，见图10-20。,图10-20 干涉检验设置,图10-19 干涉检验工具栏,本书选用的CATIA中文版本中，将Clash Detection译为“碰撞方式”。,13,图10-21 干涉检验,图10-22 终止干涉,设人体和设备有距离，
12、双击Clash Detection On图标 ，使其高亮。 用罗盘拖动人体模型，当两者发生干涉，干涉部分成高亮轮廓，见图10-21。 欲使两者避免干涉，则双击Clash Detection Stop图标 ，使其高亮。用罗盘拖动人体模型向设备靠近，人体接触设备即停止向前移动。继续拖动罗盘，只显示干涉部分的高亮轮廓，见图10-22。 如不再进行干涉检验，可双击Clash Detection Off图标 ，此时再重复上述操作，干涉问题不再显示。,“罗盘”的默认位置在软件界面的右上角。将鼠标放在罗盘的红色方块上，鼠标光标的形状发生改变，此时可将罗盘移动到操作对象上，对操作对象进行平移、旋转等操作。罗盘
13、的直边用于平移，圆边用于旋转。,14,2. 放置人体模型,设人体模型原站在地板一角（图10-23，参考点在左脚），可移到任意位置。,在Manikin Posture工具栏内单击Place Mode按钮 ，将罗盘移至需要位置（图10-24）；在树状目录中单击人体模型，人体模型自动移位（图10-25）。 拖动罗盘可使人体模型作各方向的移动或转动（图10-26），再次单击按 钮 ，人体模型放置完毕。,图10-23 地板上 的人体模型,图10-24 移动罗盘,图10-25 放置 人体模型,图10-26 转动 人体模型,15,3. 视野（直接视野 ）,显示视野中物体的操作：单击Manikin Tools
14、工具栏中Open Vision Window按钮 ，弹出的视野窗口图10-27。右击视野窗口，出现视野窗口菜单（图10-28）。 图10-28的Capture可对视野图片做删除、保存、打印、复制：单击Edit菜单，出现Vision window display对话框，见图10-29。激活不同选项即可。,图10-27 视野窗口,图10-28 视野 窗口菜单,图10-29 视野窗口 显示对话框,16,单击View modes按钮，出现图10-30所示的Customize View Mode对话框，其中不同选项对应不同的显示图像。,图10-30 定制视野模式对话框,在属性菜单（图10-31）的树状目
15、录上右击Vision条目，然后在弹出的菜 单上选择Properties菜单，弹出Properties对话框（图10-32）。,图10-31 属性菜单,17,Properties对话框（图10-32）中Type栏列出了双眼、左右合一、右眼、左眼、立体5种视野类型，以及Field of view（视野范围）栏、Distance（距离）栏提供相应选择。 距离栏中常用的是Focus distance焦点距离。,图10-32 视野窗口属性对话框,18,4. 上肢伸展域,在Manikin Tools工具栏内单击Computes a Reach Envelop按钮 ，再单击手或手指，例如左手，则展现左手的伸
16、展域（图10-33）。 接着可进行姿态编辑，伸展域将随人体姿势的变化而移动，图10-34是人体姿态编辑后的左手伸展域。 在伸展域上右击，并在菜单中逐级选择Left Reach Envelope object Delete，伸展域删除。,图10-33 左手伸展域图,10-34 人体姿态编辑后的左手伸展域,19,二、人体尺寸编辑(Human Measurements Editor)模块,在菜单栏中逐次单击下拉菜单的选项：StartErgonomics Design & AnalysisHuman Measurements Editor（图10-7），进入人体尺寸编辑界面，见图10-35。,图10-35 人体尺寸编辑界面,简介本模块可实现的功能如下。,20,（一）编辑人体尺寸变量,从Anth
