计算机辅助人机工程设计系统的研究

本研究基于人机工程和工业设计的理论，首次根据中国成人人体尺寸，利用多参数设计方法在微机上建立了三维人体测量学模型及相应的人机工程设计系统。同时建立了用于一般人机检测的二维人体模型。本文并介绍了该系统的功能及今后工作的展望。     

基于CATIA V5的中国成年人数字人体模型研究

人体模型是产品人机工效分析的重要基础工具。针对CATIA V5中缺少中国人体模型的问题,本文通过中国成年人人体尺寸项目与CATIA V5中人体变量的对比分析,找出了中国成年人人体尺寸中缺少的测量项目,在此基础上建立了一个完整的中国成年人人体模型尺寸数据文件。建立中国数字人体模型作为满足人生理需要的设计依据,根据人机工程学理论并考虑人的心理认知,通过计算机辅助人机设计确定人性化操作空间。     

服装CAD中三维人体建模技术的研究及应用

根据服装CAD的要求,提出了一种基于截面环求取三维人体模型的建模方法,对读入的人体扫描数据进行特征识别后,按特征点位置确定若干个截面与人体求交,再对每一截面环等距离散,生成规则的人体网格模型,通过特征尺寸的调整以保证建模结果的精确度.与此同时,运用截面环数据,提取人体模型各部位的关节点,实现了由关节点驱动的人体动态建模.上述人体模型应用于服装设计及模拟,取得了良好的效果.     

人机工程系统的计算机辅助模拟与评估

本文从实用角度出发,运用计算机图形学和计算机辅助设计的技术和原理,提出了一种具有统一结构、变参数、多面体人体模型和机械环境模型的“人机工程系统计算机辅助设计、分析、模拟和评佑试验程序系统”.人体模型可以构造各种体态、体型的人并进行重心计算和稳定性检验.环境模型可以构造各种结构的设备,机构和建筑环境。用户利用图形终端以交互方式实时设计,构造所需要的人和机械环境并分析、研究两者的最佳匹配,在多种方案评佑的基础上完成方案优选。综合运用计算机图形学,计算机辅助设计、机械设计和环境工程、人体工程的技术和知识,我们进行了人机工程计算机辅助设计、分析、模拟和评估的初步研究,开发了一个试验性程序系统,系统能够提供具有广泛观测与评估性能的设备三维模型及操作者人体模型。人机系统设计者,在样机生产之前,利用本系统提供的模型,以交互方式实时造型并显示,进行多方面的试验和人机学评估。     

面向座椅舒适性分析的三维人体参数化建模

应用三维坐姿人体模型可在座椅的设计阶段高效精确地进行座椅几何舒适性分析。参照二维坐姿人体模板拟定三维坐姿人体模型的结构要素,采用基于特征造型的方法构建三维人体模型。采用基于原型模型的参数化建模方法,实现对三维坐姿人体模型的参数化驱动。通过＂人—椅＂模型的几何匹配,自动精确提取坐姿人体模型的姿态角度,对比人体坐姿标准舒适角度范围,实现座椅舒适性的评价和分析。     

基于AutoCAD的计算机辅助人机工程软件

采用计算机模型来进行人－机器－环境系统的模拟,不仅可以直观地显示它们之间的三维位置,而且可以大大降低人机系统的研发时间。文章简要介绍了以AutoCAD为基础开发了计算机辅助人机工程系统的过程,本系统通过从Access数据库中读入人体的主要尺寸,在AutoCAD中建立人体模型,并利用程序语言Visual Basic对模型进行修改和运动仿真,集成了数据库、计算机辅助设计软件、程序设计软件的功能。本系统能在一定程度上实现人体测量、人的行为分析、作业任务、姿态分析、碰撞探测等工作。     

基于参数化驱动的产品造型设计应用研究

目的针对目前在产品设计过程中未能解决因产品使用者的多样化、个性化需求而参与到设计环节的问题。方法在满足产品的功能及人机工程方面要求的前提下,提出了采用参数化驱动设计的方法。结果提供了使用者一个参与产品设计环节的平台,通过功能模块和尺寸的参数驱动来实现产品模型重生成,以满足不同客户的需求。结论通过对设计大师系列化作品进行分析,简单叙述了该方法在产品造型设计中的应用及实现。     

基于CATIA的汽车内部人机空间设计CAD系统

以在汽车设计制造领域占有主导地位的三维计算机辅助设计软件CATIA为平台,将人机工程学理论与计算机辅助设计技术相结合,建立了具有中国人体尺寸特征的三维数字化人体模型,实现了以人体尺寸驱动进行空间设计的方法,进行了汽车内部人机空间CAD系统的初步构架,并利用CATIA的人体姿态分析模块对该系统进行了检测,证明了其正确性和实用性.     

牙科椅不同俯仰角度的人体舒适度研究

目的通过研究牙科椅俯仰角度的变化与人体舒适度之间的关系,为改善牙科椅的设计提供有力的参考依据。方法测试不同俯仰角度下人体主观舒适度,基于CATIA(交互式CAD/CAE/CAM系统)人机工程设计与分析模块,在导入的牙科椅模型中引入三维人体模型,建立虚拟人机关系,结合人机工程学理论,对不同俯仰角度下人体姿态的舒适度进行仿真分析,利用SPSS统计分析软件对所得的数据处理。结论牙科椅俯仰角度从0°转到60°的过程中,人体舒适度分值呈先上升后下降的趋势。人体最舒适的牙科椅俯仰角度为30°,最不舒适的角度为0°,同时验证了CATIA人机工程设计与分析的可行性。     

基于JACK虚拟仿真分析的介助老人护理床人机工程学设计

目的 目前护理床普遍采用标准化设计,针对介助老人及护理人员的双用户体验模型进行护理床人机工程学设计,对现有护理床结构、功能提出改进方案。方法 以人机工程软件Jack为分析工具,建立符合中国老年人身体尺寸模型和护理人员相关任务动作模型,在此基础上进行虚拟仿真,对介助老人护理床使用人机匹配性、不同姿势下的舒适度分析,以及护理人员在护理任务中不同动作的舒适性、动作姿势和快速上肢分析,并通过对静态人体尺寸与动态功能尺寸人机分析,对现有护理床进行设计改进。结论 在护理床设计过程中进行介助老人和护理人员双用户人机工程分析,有利于发现双用户在使用过程中不合理的设计内容,得到新的基于人机工程学的护理床设计方法,提高介助老人和护理人员的舒适性,提高使用性能。     

用户行为分析视角下的产品人机优化设计

目的 以提升用户体验为前提,结合产品的实际功能,从使用过程、用户行为分析、人机工程等多个方面探索产品的设计方法。方法 以医疗保健类产品手持式头部按摩器为例,从用户使用产品时的行为出发,以非参与式方法,观察用户使用产品的整个过程。基于SAPAD架构,完成行为—意义—对象三个维度之间的映射分析,得到手持式头部按摩器在整个使用过程中的关键部件和用户内心潜在需求。再以人机工程学原理和方法为依据,提出了基于用户需求的产品人机设计原则,为设计研发提供参考并最终得出设计结果。结论 提出了一种手持式头部按摩器的设计方法,优化了用户体验,提高了产品的工作效率。为产品的人机优化设计提供了一种新思路,对相关实体产品的工业设计具有一定的参考。     

一种租赁式轮椅的设计实现与工程分析

为了解决目前租赁式轮椅存在的诸多问题,如用户需求不明确、人机尺寸不合理、忽略租赁的独特性等,对租赁式轮椅进行设计研究．应用产品设计方法,通过分析用户群体的不同特性,明确了可折叠、通用性、简易性、耐用性四个设计点;通过提取在轮椅设计中人体工程的坐姿尺寸,结合设计点,经筛选得出了一种可折叠型的租赁式轮椅．确定了设计方案的结构尺寸、材质及加工工艺,工程建模输出后的产品模型与最初的设计点吻合．租赁式轮椅作为公共场所特殊人群临时使用的交通工具,具有一定的需求性．     

融合服务设计理念的产品设计创新策略

目的经济发展模式的转型驱动着设计的转型,服务设计是当今服务型经济驱动下,设计发展的新趋势。基于此背景,探讨服务设计理念下产品设计创新的策略。方法采用案例分析法,对典型案例进行分析,并提出P+S、P+E、P+B三种融合服务设计理念的产品设计创新策略。通过实验观察法,观察十二名参与者对三个策略的使用情况,并结合“Mirror Mirror”智能镜子与“Open Sesame”无人商店身份识别系统的设计实践,讨论该策略的可行性。结论服务设计理念的引入能驱动思维模式的转换,借助三种设计策略,将“服务”、“用户体验”、“商业模式”融入到产品设计过程中,推动由单一产品向“产品+服务”的整合性解决方案的转变,给当代产品设计带来了新的机遇。这不仅是未来产品设计创新的重要方向,而且符合服务型经济下设计发展的总趋势。     

基于全生命周期设计思想的工业设计方法

分析了工业设计与全生命周期设计的关系以及将全生命周期设计思想引入工业设计的意义.提出了基于全生命周期设计思想的产品设计方法.该方法包含识别机会缺口、建立需求模型和细节设计3个环节.在此基础上,建立了基于全生命周期思想的产品设计系统模型,整个系统以产品全生命周期评判准则为支撑.最后,以学生公寓系列产品设计为例,说明本文提出的方法和系统模型的具体运用,并给出了设计效果图.     

基于感性工学和层次分析法的模块化家具设计

目的 为了最大程度地满足人的感性需求和感知体验,在保证功能的基础上,提出基于感性工学、层次分析法及TRIZ理论相结合的设计流程,设计出符合人机工学原理且美观、实用、易于组装和拆卸的模块化家具。方法 基于感性工学方法,建立模块化家具的样本空间并进行感性意象词汇收集。对意象词汇进行聚类分析,通过语义差异法计算意象词汇的平均分以进行因子分析。运用层次分析法构建模块化家具设计层次结构模型并进行权重结果计算,确定感性词汇与模块化家具设计的关联性,最终通过TRIZ创新理念指导设计实践。结果 运用感性工学、AHP层次分析法及TRIZ创新理念的集成设计模型可以得到符合用户需求的设计方案。结论 基于感性工学及AHP层次分析对用户需求进行总结归纳,借助TRIZ发明方法进行矛盾分析并解决,最终对模块家具进行再设计。三者的结合以更加科学系统的方式进行产品的设计和改进,为产品设计开发提供有效参考。     

基于乘客行为分析的列车卧铺布局创新设计研究

目的 基于列车卧铺的乘客行为研究,系统地进行人机工程学分析,为列车卧铺布局设计提供有效的指导。方法 首先分析乘客行为与列车卧铺设施布局的映射关系,通过任务分析法,研究乘客在卧车中的行为,引入SAPAD框架建立各个行为层次上的意义,关联归纳现有卧铺布局问题,提取具体设计属性需求。最后,进行布局迭代的设计与验证分析。结果 研究了乘客在卧铺中的四种主要行为,设计了以行为分析为指导的卧铺布局模型,使用Jack软件验证了创新设计功能的可行性。结论 在卧铺车厢设计过程中,进行乘客行为的人机工程学分析,有利于发现用户在使用过程中不合理的设计内容,得到新的基于人机工程学的卧铺布局设计方法,提升用户乘车体验。     

基于人性化的电脑桌设计研究

人性化设计真正体现出对人的尊重和关心,使人与产品的关系更加和谐.通过对产品设计具体案例的分析来说明了人性化设计中所包含的人的因素,运用人机工程学的原理使产品不仅能用、好用、还宜人.探讨了电脑桌设计中要解决的实际问题,如桌面高度的选择依据、键盘、鼠标摆放高度的确定方法以及电脑在使用过程中应注意的问题,使其更安全、更舒适、更有效、更宜人、更适合于人的使用.     

面向脑卒中患者的上肢康复产品人机工程设计

目的 为提升脑卒中患者的康复体验,帮助患者上肢恢复,围绕患者的人机要素展开设计研究。方法 首先,对脑卒中患者的生理和心理特征进行分析,剖析病患显性和隐性障碍,并调查上肢康复产品使用现状,分析总结现有产品存在的问题,为上肢康复产品提供设计依据;基于人机工程学分析患者的上肢运动特征和信息感知特征,探讨上肢康复产品设计的关键点;依据用户分析和人机分析,从产品尺寸、信息交互、色彩与材质等方面展开设计,为患者上肢康复提供解决方案,并通过对比分析验证设计方案。结果 通过系统研究患者与康复产品的人机特征,设计出符合人体工学的上肢康复产品。结论 从人机工程学角度剖析脑卒中康复产品中存在的问题具有可行性,通过借助其他感官通道能有效解决脑卒中康复产品在人机方面存在的问题,为其他康复产品设计提供参考。     

基于3D草图的个性化鞋楦设计

目的 将基于3D草图的曲面重建方法应用于个性化鞋楦设计。方法 对个性化鞋楦设计方法进行研究,确定足楦设计标准,使用基于3D草图的逆向设计方法,在脚部模型上创建包含足型关键参数的鞋楦3D草图。根据3D草图选择合适的曲面创建工具生成鞋楦CAD模型。通过修改鞋楦3D草图,实现鞋楦模型的变形设计。结论 以Geomagic Design X为设计平台,根据足楦设计标准,实现了基于足部扫描模型的鞋楦3D草图提取和CAD模型创建。修改鞋楦3D草图中头势曲线,在草图约束驱动下得到新款式3D草图,创建了新鞋楦模型,实现了个性化鞋楦的创建和再设计。     

基于优化的产品平台参数规划方法

 为满足客户化和全球竞争的需求,企业要实现大规模定制(mass customization,MC).基于公共产品平台的产品族设计是实现大规模定制的一种有效方式,而平台规划是面向产品族设计方法学的核心内容,也是目前研究中的一个热点问题.基于模型参数的平台设计是其方法之一.针对基于一系列标准可变参数的产品平台,用优化方法对产品平台参数进行规划,以满足各种客户需求.该规划方法无需事先人为指定,而是在满足客户需求的前提下,尽可能提高产品族中设计变量的共性,从而确定最好的产品平台的公共参数及其最优值,以及个性参数及其变化值,并以带式输送机为例验证了该方法.