虚拟仿真技术在人机工效分析和装配作业中的应用

车辆结构设计初期大部分存在不同的人机工程问题，为保证人员的安全与健康，提高工作效率与生产质量，应充分考虑装配作业姿态的安全性与舒适性。对于产品人机工程问题的确定，常用的方法主要有实验法及虚拟仿真法。传统的工程机械装备人机工程设计中一般采用物理模型进行试验，但物理模型制作成本较高，试验周期长，且存在一定的试验安全风险。

相比之下，虚拟仿真技术更显优势。人机虚拟装配作为虚拟现实技术在产品全生命周期领域中的仿真验证工具，综合利用计算机图形学技术、建模仿真、人机交互技术等，构建虚拟仿真环境，使操作者可以在虚拟环境中交互式装配、拆卸零件等，对装配作业进行人机工效评估。

通过虚拟仿真分析，在产品研发的早期阶段及时发现产品设计和工艺规划中的问题与缺陷，实现人机工程分析与校核，减少设计变更，提高产品装配效率与质量，将极大地节省产品在现场制造过程中的装配人力与物力。

1.仿真分析方案设计

人机工效分析结果是产品内部设备布局和结构设计的决策依据，可以及时发现和反馈问题并加以优化，使操作人员在执行任务时更加舒适、高效，进而确保作业安全。

首先，收集产品特征、配置和使用环境及其人机关系、作业环境等情况；其次，开展装配作业人员行为分析，通过设计需求和主观评价提取作业人员操作行为过程中的典型任务，作为人机工程仿真分析的主要内容。最后，开展人机工效分析，形成仿真分析方案。不仅分析客观数据，可以确认完成该行为后，作业人员是否舒适度不佳、疲劳度强或对关节、肌肉造成损伤，以验证前期设基于虚拟仿真技术的人机工效分析及装配作业验证计功能的实现程度。同时，从仿真分析数据中挖掘作业过程中不适的具体工作姿势，分析这些工作姿势对应的设备操作部位，得到针对性优化设计关键点，使人机操作的舒适度、受力等得到切实改善。

    2.建模与仿真

建立包括样机模型、虚拟操作人员、工具、环境模型等，从而为人机工效评估与装配作业仿真提供数据基础。在虚拟环境中创建一个与实际情况相近似的虚拟装配空间，主要包括数字样机模型、舱体模型、工装工具模型、虚拟人体模型和虚拟作业场景等，利用IC.IDO软件中人体基本动作设计功能模块，完成人体装配工艺操作的定义。同时导入设备基体模型、虚拟人体模型以及装配环境模型的关联关系，从而完成保障车人机工程仿真的虚拟场景的构建。

       3.人机工效分析

利用人机工效学原理和算法对装配作业进行全面分析，评估工作人员的负荷、姿势舒适度、运动路径等指标，发现潜在的人机工效问题。根据现场实际生产情况，在虚拟装配仿真分析的人机工效仿真分析主要包括：操作人员的可视度分析、操作人员的可达性分析、操作人员肢体疲劳度分析、舒适度分析、体能消耗与恢复分析、工艺实施难度分析等仿真分析。人机工效仿真分析是利用生物学、生理学、心理学、力学、环境工程学等学科对产品设计方案和工艺设计方案进行的综合评价，并且每一种仿真评价体系都有自身评价机制与标准。虚拟装配过程中可视性、可达性和疲劳强度分析的方法。

    4.优化设计

根据人机工效分析的结果，对装配流程进行优化设计。可能的优化包括重新设计零部件、调整工作站布局、改进工具选择等。在人机工效虚拟装配优化设计方案中，数据分析与持续优化是一个关键步骤。这个过程始于数据的收集和整理，包括使用传感器、监控设备或人机交互界面收集装配过程中的数据，并将其存储在数据库中。随后，对收集到的数据进行分析，识别装配过程中的问题并进行根因分析。基于分析结果，制定针对性的改进措施和优化方案。这些措施可能涉及调整工艺流程、优化零件设计、改进设备性能等方面。接着，将制定的改进措施付诸实施，并监督执行过程。持续监测装配过程的指标和效果，并收集反馈意见。根据监测结果和反馈意见，及时调整和优化改进措施，确保持续改进的实现。通过这样的流程，可以建立起一个闭环的数据驱动型持续改进体系，不断提升装配过程的效率和质量。

    5.仿真验证与实地测试

在虚拟环境中验证优化后的装配流程，模拟实际生产情况，与实际装配作业进行比较，确认优化方案的有效性和可行性。当涉及到仿真验证与实地测试时，这是确保设计方案有效性和可靠性的关键步骤。这一过程旨在通过仿真和实地测试来验证设计方案的可行性和性能，以确保最终的产品能够满足要求并达到预期的效果。

首先是仿真验证阶段。在这个阶段，利用计算机仿真软件和模型，对设计方案进行虚拟仿真。通过模拟装配过程和相关环境条件，可以评估设计方案在理论上的可行性和效果。这种方法可以帮助发现潜在的问题和挑战，并进行针对性的调整和优化，而无需进行昂贵的实地测试。

随后是实地测试阶段。在这个阶段，设计方案将在实际的装配环境中进行测试和验证。通过在实地环境中进行测试，可以验证仿真结果的准确性，并评估设计方案在实际操作中的性能和可靠性。这包括对装配过程的流畅度、零件拟合度、操作人员的工作负荷等方面进行评估。

仿真验证和实地测试相辅相成，共同确保设计方案的有效性和可靠性。通过这样的综合验证方式，可以最大程度地降低设计方案的风险，并确保最终的产品能够满足客户的需求和预期。

基于虚拟仿真技术的人机工效分析及装配作业验证解决方案旨在通过结合先进的技术手段，提高装配过程的效率和质量，从而满足市场需求和客户期待。通过仿真技术，我们能够在虚拟环境中模拟和优化装配过程，识别潜在问题并制定相应的改进方案。而实地测试则能够验证仿真结果的准确性，并评估设计方案在实际操作中的表现。通过这种综合的分析与验证方式，我们可以最大限度地降低装配过程中的风险，并确保最终产品的质量和性能达到预期水平。这一解决方案不仅提高了装配过程的效率和可靠性，也为企业实现持续改进和创新提供了有力支持。