马华 颜蕙 施翔晶 聂鑫
江西洪都航空工业集团有限责任公司 江西省南昌市 330000
摘要：为了提高飞机总装配质量，缩短生产周期，降低生产成本，研究了基于飞机总成装配技术特点的飞机虚拟装配人机工程学、仿真建模分析方法和装配人机工程学仿真分析技术。
关键词：人机工程；3DExperience；飞机装配；仿真技术；虚拟现实；
前言
随着飞机零部件的组装逐渐从刚性装配转向柔性装配，组装过程的不合理问题变得越来越严重。引入人体工学模拟可确保零件组合程序完整，以解决此问题。介绍了DELMIA的人机仿真机制，使用DELMIA的人机仿真模块创建了人体模型。建立了人机模拟评估过程，以垂直尾部右面板的刚性装配要求为例，详细说明了人机模拟技术在刚性和柔性部件中的应用。
一、基于DELMIA的人机仿真
DELMIA的人类模块包括二级开发模块，如人机尺寸编辑、任务模拟、活动分析、建模和态度分析。人机工程学仿真包括操作辅助功能仿真、可见性仿真、工作空间分析仿真、装配和拆卸时间仿真、工作位置舒适性和安全性检测与仿真。人类模块可以在虚拟环境中快速创建人类原型，提供5度、50度和95度的人类模型库、人体操作模拟模块、姿态分析模块、人体工程学分析模块等，适用于飞机零件装配虚拟人体操作的人机工程学分析。人机建模模块主要基于模型创建工具栏来构建角色模型。在DELMIA的人文模型中，人类的视觉范围由人类工程学定义，而虚拟人体的视觉范围则根据人类工程学指定的角度进行调整。根据人体工程学，人体姿势是通过ReachEnvelope分析和提供辅助范围来定义姿势调整范围的。此外，可视窗口可用于模拟模型在不同条件下的可视范围，以查看工作人员的可视辅助功能是否满足要求。飞机零件装配技术人员可根据装配技术规范和现场操作要求，在人机仿真系统中选择和调整飞机零件装配技术。人机仿真系统显示装配技术人员装配过程的仿真，并进行相应的干涉等合理性测试，使装配技术人员和装配设计人员能够考虑装配是否合理，是否有利于人员操作，以便及时修改优化计划。当飞机零件装配过程确定并生成机器装配过程的模拟视频时，装配操作员可以直观地看到装配过程，并以最佳和最舒适的姿势装配飞机零件。
二、人机工程模型构建
1.工装工具建模
飞机装配过程中使用的工具可根据应用过程的适用对象或范围分为特殊类型和通用类型。通用飞机装配工具包括操作规模、千斤顶定位器等专用工具包括圆形散热器装配工具、发动机安装平台、大型零件对接平台等。工人在这个过程中常用的工具有螺丝刀、钥匙、剪刀、钳子等专用工具。3DExperience软件提供了符合标准的通用工具和专用工具模型。分析人员可以直接从服务器端数据库调用具有所需类别和参数的常规工具。装配装置、工作秤、圆形散热器装配设备等。飞机装配过程中，由技术装备公司按照飞机装配生产要求进行设计和制造。刀具模型由技术设备公司提供，仿真分析人员可根据仿真分析的要求导入相应的组件刀具，或使用软件组件设计模块3d专家来创建刀具的近似模型。
2.人体模型建立
在虚拟环境中创建产品的“虚拟”和创建产品的三维模型之间有许多不同之处。人体模型通过集成信息模型而创建，是计算机辅助设计(CAE)的关键技术。创建人体模型的方法是通过设置诸如性别、大小、重量等参数从数据库中调用虚拟人体模型。以现有的知识数据库和软件数据库本身为基础；连接中国现有的GB/T和JB/T人体测量学数据库，或者参考GB/T 15759-1995国家标准和中国成人人体尺寸统计GB 10000-88，创建更加准确的中国虚拟人体模型，并将其存储在系统平台的服务器端数据库中，让仿真分析员检索在飞机的最终装配阶段，数字无接触单元仪表用于从操作员处收集三维人体模型数据，然后创建人体模型并将其存储在人机系统服务器数据库中，以便模拟分析人员可以搜索、调用和构建人体模型。
3.虚拟场景创建
在输入数字飞机原型模型、刀具模型、人体模型模型和生产环境模型的基础上，使用3d实验软件中由基本人类活动设计的功能模块以及矩阵模型之间的关系来定义人体装配操作模拟分析人员可以直接调整人体模型主体部分的自由度，创建各种人体模型装配操作姿势，然后使用关键帧技术将人体模型装配操作姿势有机连接起来，以完成操作操作的定义通过定义组件装配运动的路径来定义装配操作。透过定义元件之间的整体运动关系来定义整体动作，即定义元件或工具之间的整体约束关系以及组合运动机构的自由度后，人体在机构运动中的运动。
三、飞机装配人机工效分析
1.可视性分析
在实际生产中，操作员在装配过程结束时往往很难观察到操作部件，因为产品设计计划和时间流程设计计划不合理。在三维体验的虚拟环境中，处于不同姿势和位置的人的视觉范围可以直接反映在虚拟人的视觉窗口中，并且可以使用该窗口中飞机装配对象的实际面积来评估此装配过程的可见性但是，为了最大限度地扩大人眼中集合运算元的有效区域，不能将此集合过程或产品设计方案视为高层次的可视化，因此人体脊椎曲率、颈椎曲率和角度等部位和器官因此，装配过程的可见性不仅要考虑到人眼中装配对象的实际区域，还要通过人体部位的活动位置系数进行修正。
2.可达性分析
辅助功能是指在飞机装配过程中部件安装部分的可访问性，可分为四类:操作辅助功能、接触辅助功能在评估组件进程的无障碍性时，不应仅仅将成员的过渡时间与成员的过渡时间相比较。人体可以接触到装配作业的部分，但是主体的通过空间小，刀具的活动空间小，不能运动装配作业的力或能见度很差，装配的无障碍性不好说。辅助功能是指操作者的成员可以影响集合对象，因此操作者的成员比操作通道长是辅助功能的一个初步指标。
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结束语
综上所述，文章阐述了飞机装配人机工程仿真分析评价的关键技术和方法。在使用三维体验分析人机工程学时，不考虑操作员的技能水平。此外，3d实验数据库中的虚拟人体模型与实际生产中的人类参数不同，可以进一步研究以提高人机工程学模拟分析结果的质量。
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