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人机工程研究在高速列车虚拟装配中的应用

人机工程研究在高速列车虚拟装配中的应用 2012 随着社会的进步与科学技术的曰新月异，人们对生活和工作环境的要求越来越高。人机工程学理论逐渐渗透到产品设计及制造过程中，其研究与应用得到越来越广泛的关注。在人机工程学的研究中，“人一机一环境”系统，被视为一个统一的整体，对该系统整体进行研究和改善，使“人一机一环境”达到最佳匹配状态，以保证人安全、高效并舒适地工作、学习和生活。 目前，大型机械产品装配的自动化程度很低，其大部分的装配过程是靠手工完成的。那么，人机系统设计不合理、零件堆放位置不合理、操作者的动作不符合动作经济原则等因素，都会影响工人的身体健康及企业的生产效率。 此外，传统的人机工程学分析评价是在工人已经出现不适或职业伤害已经发生的前提下进行的，而理想的人机工程学分析评价方法，应当尽可能在伤害发生之前，就能分析判断其可能发生的情况。 因此，越来越多的企业选择在虚拟环境中，进行人机工程学分析评价。通过在计算机上创建近乎实际的虚拟环境，用虚拟产品代替传统设计中的物理样机，能够方便地对产品的装配过程进行模拟与分析。在产品的虚拟装配中引入人的因素，并分析人在工作时的舒适度以及人对工作负荷的适应能力，以便及时消除无效劳动，减轻疲劳，合理利用人力和设备，提高工效。 对产品虚拟装配过程进行人机工程分析时，要考虑以下问题： (1)不同的人机工程问题，应采取何种分析方法； (2)分析结果是否符合实际； (3)采取改善措施后，人机工程问题是否确有改善。 针对这些问题，本文旨在职业伤害发生前，有效地判断伤害发生的原因，并及时改善。为此，在DELMIA软件的Human TaskSimulation模块中，模拟产品装配过程，并在Human Activity Analysis模块中，对人体的状态进行分析，验证分析结果的可靠性，最终实现在虚拟环境下完成人机分析及改善。1 舒适度及抬举劳动强度分析方法1．1舒适度分析 作业空间狭小或作业位置的特殊要求，会造成工人装配操作舒适度降低，引发身体不适。DELMIA的Human Activity Analysis模块，提供了一种人体舒适度分析工具RULA(Rapid Upper Limb Assessment)，RULA分析通过对工人的某个整体姿态以及身体各部位姿态打分，从而判断该姿势是否可以被接受。RULA分析整体得分情况如表l，身体各部分得分情况及对应的颜色如表2。

1．2劳动强度分析 劳动强度是指生产过程中的繁重和紧张程度，也是劳动力消耗的密集程度。DELMIA的HumanActivity AnalysS模块，提供了抬举劳动强度分析、推拉劳动强度分析、搬运劳动强度分析等工具，以用于不同装配作业人机劳动强度分析的要求。NIOSH理论是Ame rican National Institute for Oc—cupati onal Safety and Health机构发表的人体双手提举分析理论，用于分析操作过程中双手抓举任务。目前，有两套分析评价方法：NIOSH8 1和NIOSH91，分别用于分析人体双手对称提举负荷问题与双手不对称提举的问题。运用NIOSH理论对人体双手提举进行分析，旨在减少与手工操作相关的腰痛或者别的肌肉骨骼紊乱，同时满足生物力学极限、生理学极限以及心理学极限。 (1)进行NIOSH分析需要输入的参数。在DELMIA的环境下，对人体进行NIOSH分析时，需要输入的参数有： 一是提举开始与提举结束时的人体姿态； 二是提举频率及持续时间； 三是提举负荷物时人体的舒适度； 四是负荷物的总质量。 (2)NIOSH8 1输出的结果。分析结束后，NI OSl-t81输出的结果如下： 一是动作极限(Action Limit)，即99％的男性工人和5％的女性工人能够承受的重量； 二是最大允许极限(Maximum Permissible Limit)，仅25％的男性工人和1％的女性工人能够承受的重量。 (3)NIOSH91分析输出的结果。进行NIOSH91分析后，输出下列结果： 一是起始姿态和终止姿态的推荐重量极限(Recommended Weight Limit)，即健康工人在无危险情况下的负荷量； 二是起始姿态和终止姿态的提举指数(Limit In—dex)，即描述物理压力水平的相关评价参数。

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