人机工程研究在高速列车虚拟装配中的应用

    随着社会的进步与科学技术的日新月异，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-机-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—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人人的因素，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 Task Simulation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1，身体各部分得分情况及对应的颜色如表2。