起重机驾驶室人机系统及其CATIA V5评价系统研究

论文摘要

本课题参考了人机工程学基本原理及其在汽车行业的应用,通过分析研究人机工程学在工程机械驾驶室车身布置中的实际应用问题,借鉴国外汽车行业设计标准与中国的行业标准,结合中国人体的尺寸特征以CATIA V5软件为平台,利用零件模块进行驾驶室的虚拟,同时利用人机工程模块建立模拟评价用的第5百分位和第95百分位的数字人体,对驾驶员的手脚伸及合格性以及座椅舒适性进行评价,辅助以Visual Basic软件进行二次开发,制定适用于企业内部工程机械的人机评价校核系统。本文以起重机驾驶室为研究对象,针对该车驾驶室目前存在的界面匹配不合理、座椅舒适性不够、操作空间狭小、噪声环境控制不到位等问题,通过实际的标杆车的拆分测量内部元件的数值、同时借鉴汽车行业计算公式将测量的数值代入计算得到驾驶室的原始数据,确定驾驶员座椅的座深、座宽、座高等数值,根据舒适程度确定最佳的评价权值数。对驾驶室元件的人机尺寸研究,根据脚踏板平面角公式计算得到起重机脚踏板角度的数据,在公司绘制的汽车坐标轴系上确定H点的坐标轴系后,根据手的最佳平面活动范围计算得手臂以及脚部的最佳活动范围,得到的数据建立了相应的评价权值,为驾驶室的设计提供了科学的依据。起重机驾驶室在国内汽车行业分属于N类,设计主要参考载货汽车的驾驶室,因此评价的标准主要参考《载货汽车驾驶员操作位置尺寸》以及SAE的相关标准。论文主要采用自动化应用接口的宏的方式进行二次开发,利用VB语言工具进行程序的编辑,CATIA的人机模块提供了详细的人体数据库可以与二次开发的数据进行很好的对接,在VB中定义评价项目编辑次级评价菜单,在CATIA中自定义菜单栏并录制宏集成到软件中去与VB编辑的评价菜单对接,导入不同百分位的数字人体模型模拟操作过程,之后进入开发的评价系统中进行相应的评价程序。整个评价过程都是在虚拟环境下操作,当评价系统给出现有模型的整体舒适度分值后,设计师根据计算机回馈的建议进行方案调整,使设计达到最优的效果,缩短了样机校核的时间,很好的节省企业成本。本课题对企业集团来说具有很好的实用价值,今后工程专用车辆不论是改型设计还是整车开发都可以采用该系统,有效地节省开发的周期,加快产品的更新,拥有设计的自主产权,探讨了人机评价在前期设计中的重要性,结合国外驾驶室的设计方式在工程机械驾驶室的设计中拓展人机工程学的实际应用范围和理论研究,提倡设计的宜人性、舒适性,增加我国工程机械的市场竞争力。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 起重机的定义与分类
• 1.1.1 国内起重机的发展趋势
• 1.1.2 国外起重机的发展趋势
• 1.2 课题提出的背景
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.3.1 课题研究的目的和创新点
• 1.3.2 课题研究的意义
• 1.3.3 主要研究工作
• 1.4 国内外工程机械驾驶室的研究状况
• 1.4.1 起重机驾驶室工业造型的概况
• 1.4.2 起重机驾驶室设计分析
• 1.4.3 驾驶室的技术发展趋势
• 2 起重机驾驶室中的人机因素研究
• 2.1 人机工程学理论
• 2.1.1 人机工程学研究的内容
• 2.1.2 人机工程学的展望
• 2.2 车辆人机工程学研究
• 2.2.1 车辆人机工程学研究内容
• 2.2.2 未来车辆人机工程学发展趋势
• 2.3 现有起重机驾驶室存在的人机工程学问题
• 2.4 起重机驾驶室的计算机辅助设计
• 2.4.1 计算机辅助人机工程学的国内发展状况
• 2.4.2 计算机辅助人机工程学的国外发展状况
• 2.5 起重机人机系统的评价标准
• 2.5.1 人机系统设计
• 2.5.2 起重机人机评价内容和标准
• 2.6 起重机座椅评价标准
• 2.7 起重机操纵元件的评价标准
• 2.8 本章小结
• 3 起重机驾驶室的总体布置设计
• 3.1 起重机驾驶室的内部布置原则
• 3.2 起重机作业空间的模型设计
• 3.3 工作空间的人体尺寸
• 3.3.1 我国人体测量的发展
• 3.3.2 人体百分位
• 3.3.3 人体主要尺寸
• 3.4 起重机驾驶室座椅空间设计
• 3.4.1 座椅空间设计人机工程原则
• 3.4.2 座椅的舒适性设计
• 3.5 起重机驾驶室座椅H点确定
• 3.6 本章小结
• 4 起重机驾驶室的内部元件布置
• 4.1 起重机驾驶室的操纵装置设计
• 4.1.1 手伸及界面的确定
• 4.1.2 起重机转向盘的布置
• 4.1.3 操纵控件的布置
• 4.1.4 脚的操纵范围
• 4.2 起重机显示装置的设计
• 4.3 起重机驾驶室环境的设计
• 4.4 本章小结
• 5 基于CATIA二次开发的起重机驾驶室的人机评价
• 5.1 CATIA的技术特点
• 5.2 常用建模软件的比较
• 5.3 基于CATIA V5的起重机人体模型建立
• 5.3.1 数字人体的研究现状
• 5.3.2 数字人体在国外汽车行业的应用状况
• 5.3.3 数字人体模型在国内汽车行业的应用状况
• 5.3.4 UG\PRO\CATIA人体建模比较
• 5.3.5 起重机评价人体模型的建立
• 5.4 CATIA二次开发程序的设计
• 5.4.1 二次开发的接口
• 5.4.2 二次开发的方法
• 5.5 起重机驾驶室评价系统的二次开发
• 5.5.1 VB编码
• 5.5.2 驾驶室评价系统的二次开发过程
• 5.6 驾驶室评价系统的菜单设计
• 5.7 起重机驾驶室具体的实例分析
• 5.8 本章小结
• 6 总结和展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录: 攻读硕士期间发表的论文
• 详细摘要
• Abstract