【虚拟人机关系在越野群车加油车设计中的应用】 移动式加油车

　　摘要：在装备设计中，利用计算机建立的虚拟人机关系指导设计值得关注。以越野群车加油车设计为例，应用CATIA人机工程模块对该车数字模型引入虚拟人体模型，建立虚拟人机关系，通过虚拟人机关系指导相关零部件的精确设计和优化设计，并合理安排这些零部件的位置。通过虚拟人机关系的应用，使所设计的越野群车加油车在满足功能的前提下尽量符合人的生理和心理特征，便于操作和维修，达到人机的最佳匹配和统一。
　　Abstract: In the design of equipments, it was paid more attention to the guiding effects of virtual human-machine relationship established by computer. Taking the cross-country cluster refueling truck for example, the virtual human-machine relationship was developed by introducing digital model to the virtual human model through applying CATIA Human-machine engineering module. By the way of virtual human-machine relationship, it can guide the accurate and optimized design of related component parts of machines and arrange the position of components. Through the application of virtual human-machine relationship, the designed cross-country cluster refueling truck can do its best to fit the physiological and psychological characteristics of human as far as possible to meet its satisfied functions and to be convenient to repair, so as to reach an optimal matching and unity of man-computer environment.
　　关键词： 越野群车加油车；CATIA；人机工程；虚拟人机关系
　　Key words: cross-country cluster refueling truck；CATIA；human-machine engineering；virtual human-machine relationship
　　中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）25-0196-03
　　0 引言
　　随着科学技术的发展，工程设计的理论、方法和手段发生了很大变化。虚拟技术已越来越多的应用于装备的设计开发过程中。通过在计算机上建造出装备的模型，进行仿真分析，预测装备的性能，比较多种设计方案，进行优化，进而改进设计，提高产品质量，缩短产品开发周期，降低开发成本[1]。
　　越野群车加油车有一套非常复杂的管路系统，其零部件在车上的布置受空间约束较大，需合理优化；在平时使用及维护中需进行流程切换及更换维修管路系统多种零部件，需考虑操作性、维修性。通过计算机建立的虚拟人机关系可有效预测所设计的加油车在满足功能的前提下是否符合人的生理和心理特征，便于操作，便于维修。预测结果可有效指导相关零部件的精确设计和优化设计，并合理安排这些零件部件的位置，达到人一机最佳匹配和统一。
　　1 虚拟人机关系
　　人机关系是研究人与机器设备之间相互联系的科学。它应用人体生理科学、心理科学、技术科学以及管理科学等各门学科领域中有关的理论和数据，通过系统的最优选择和最佳设计等手段，使人与机器设备之间相互适应，功能分配合理，为人们设计合理、和谐的人—机作业环境系统。在装备设计过程中注重人机关系，可提高操作者安全感和舒适度，获得最高的工作效率。虚拟人机关系就是在计算机硬件技术支撑下，应用相应软件对人机关系进行可视化、生动逼真的研究。
　　随着一些主流CAD/CAE/EAM系统如CATIA、UG等的不断发展成熟，它们自带的人机工程模块可以方便地构建各种基于这些软件设计的产品虚拟人机系统，使所设计的产品和人达到最佳匹配和统一。
　　CATIA是一个集CAD/CAE/CAM于一体的综合性设计软件，其自带的人机工程模块可以方便地在CATIA环境下设计的产品虚拟样机中，建立虚拟人体模型来构造虚拟人机关系。其所建立的虚拟人体模型是基于不同百分点位的实际人体尺寸生成的，是对真实人的有效模拟。该模块可以方便地修改虚拟人体的尺寸来仿真不同操作者在操作或使用产品时的具体情况。而且它还可以调整人的关节来模拟真实人的作业动作和姿态。CATIA的人机设计与分析解决方案集成为4个模块：人体模型构造（CATIA Human Builder）HBR模块，人体行为分析（Human Activity Analysis）HAA模块，人体模型测量编辑（CATIA Human Measurements Editor）HME模块，人体姿态分析（CATIA Human Posture Analysis）HPA模块。这些模块把人体测量学中的各种知识和理论直接嵌入程序内部，使得在实际的设计过程中，只需把人体模型直接放入所考虑的设备或工程设计之中，省去了做人体模型的繁复工作。CATIA的人体模型可根据选取的百分位数或具体的人体数据做实时调整。根据不同的设备，人的作业姿势也不近相同。CATIA还可以快速、便捷的调整虚拟人不同的作业姿态，以满足不同作业姿态下的空间尺寸测定。同时，还可以考虑工作载荷、工作频率、工作空间等各种在产品设计过程需考虑的人机工程因素，人的整个身体及各种姿态可以从各个方面被全面系统地反复检验和分析并可与已公布的舒适性数据库中的数据进行比较，确定相关人体的舒适度和可操作性。可快速发现有问题的区域，重新做出分析，并进行姿态优化，还允许设计人员根据自己的实际应用，建立起自己的舒适度和强度数据库设计，来满足不同的需要[2]。