内容简介 · · · · · ·
数字化人机工程学是一门融合人体学、工程学、环境学、社会学和IT技术(含虚拟现实技术)的相关理论、方法及研究成果，为适应数字化设计制造领域在虚拟人机环境系统下进行人机工效量化分析的迫切需要而发展起来的综合性学科。 全书共12章。第1章为数字化人机工程学概论；第2章介绍了人体特性参数(形态几何参数、物理参数、生理参数、电特性参数和振动特性参数等)；第3章介绍了人体的感知特征等；第4章介绍了人机系统作业空间、作业设施和人机界面的设计原理与原则；第5章介绍了人机环境系统的热舒适、振动舒适、光照和噪声等设计原则；第6章介绍了数字化虚拟人体模型及其建模方法；第7章介绍了数字化虚拟人运动模型建模与控制技术；第8章介绍了数字化虚拟人机工效的评价方法；第9章介绍了人机环境设计评估方法与标准规范；第10章介绍了面向数字化产品开发的数字化人机工程设计系统的基本要求、系统...
数字化人机工程学是一门融合人体学、工程学、环境学、社会学和IT技术(含虚拟现实技术)的相关理论、方法及研究成果，为适应数字化设计制造领域在虚拟人机环境系统下进行人机工效量化分析的迫切需要而发展起来的综合性学科。 全书共12章。第1章为数字化人机工程学概论；第2章介绍了人体特性参数(形态几何参数、物理参数、生理参数、电特性参数和振动特性参数等)；第3章介绍了人体的感知特征等；第4章介绍了人机系统作业空间、作业设施和人机界面的设计原理与原则；第5章介绍了人机环境系统的热舒适、振动舒适、光照和噪声等设计原则；第6章介绍了数字化虚拟人体模型及其建模方法；第7章介绍了数字化虚拟人运动模型建模与控制技术；第8章介绍了数字化虚拟人机工效的评价方法；第9章介绍了人机环境设计评估方法与标准规范；第10章介绍了面向数字化产品开发的数字化人机工程设计系统的基本要求、系统体系结构与工作流、系统构建策略与技术路线等；第11章介绍了载运工具汽车的概念设计(驾驶室空间设计、热舒适性设计等)，以及拖拉机的驾驶室空间设计和振动舒适性设计；第12章介绍了DELMIA软件的应用案例。 《数字化人机工程设计》可以作为高等学校制造业设计制造类(机械工程、工业设计、载运工具装备设计等)专业的本科高年级、研究生的人机工程设计教材，也可供工业工程专业领域的工作者，以及从事人机环境系统研发、生产运作与管理等工作的技术人员和管理人员学习参考。
目录 · · · · · ·
目 录
第1章 数字化人机工程学概论 1
1.1 人机工程学的基本内涵 1
1.1.1 人机工程学的命名与定义 1
1.1.2 人机工程学的理论体系 2
1.2 人机工程学的研究内容与研究
方法 2
1.2.1 人机工程学的研究内容 2
1.2.2 人机工程学的研究方法 4
1.3 人机工程学的发展历程 5
1.3.1 经验人机工程学 6
1.3.2 科学人机工程学 6
1.3.3 现代人机工程学 7
1.3.4 数字化人机工程学 7
1.4 数字化人机工程设计的实现 8
1.4.1 数字化产品开发技术概述 8
1.4.2 实现数字化人机工程设计的
关键技术 10
1.5 数字化人机工程发展概况 13
1.5.1 国外研究发展状况 13
1.5.2 国内研究发展状况 15
思考题 18
第2章 数字化人机工程设计基础(1)
——人体特性参数 19
2.1 人体形态尺寸测量的基本知识 20
2.1.1 人体形态尺寸测量的主要
方法 20
2.1.2 人体形态尺寸测量的基本
术语 21
2.1.3 人体形态尺寸测量的常用
仪器 22
2.2 常用的人体形态尺寸测量
数据 23
2.2.1 我国成年人静态人体形态尺寸 23
2.2.2 我国成年人动态人体尺寸 28
2.3 人体形态尺寸测量中的主要统计
函数 31
2.3.1 均值 31
2.3.2 标准差 31
2.3.3 相关系数 31
2.3.4 百分位数 32
2.4 人体物理参数 32
2.4.1 人体惯性基本参数 33
2.4.2 人体惯性参数的测量与
标准化 35
2.4.3 人体惯性参数测量方法 36
2.4.4 人体惯性参数数学模型及其
计算式 39
2.4.5 中国人惯性参数模型 46
2.4.6 人体尺寸的其他数学模型 46
2.4.7 人体的其他几何参数 47
2.5 人体组织力学性能和生理参数 50
2.5.1 人体的生物力学性能 51
2.5.2 人体的热物理参数和热生理
参数 51
2.5.3 标准人的生理参数、热物理参数、基础代谢产热和基础血流量 53
2.5.4 人体运动系统的生理机能及其
特征参数 55
2.6 坐姿生理学 67
2.6.1 脊柱结构 67
2.6.2 腰曲弧线 67
2.6.3 腰椎后突和前突 68
2.6.4 坐姿生物力学 68
2.6.5 人体各姿态下作业的代谢率 70
2.7 人体动态特性参数 71
2.8 人体尺寸数据库的建立 71
2.9 基于DELMIA/CATIA创建人体
模型数据文件 73
思考题 76
第3章 数字化人机工程设计基础(2)
——人体感知特征 77
3.1 人体感知特征概述 77
3.1.1 人体感觉器官的基本生理
特征 77
3.1.2 人的感知与反应机能 78
3.1.3 感觉通道与适用的信息 79
3.2 视觉机能及其特征 79
3.2.1 视野 80
3.2.2 视觉刺激 80
3.2.3 视觉系统 80
3.2.4 视觉机能 81
3.3 听觉机能及其特征 86
3.3.1 听觉刺激 86
3.3.2 听觉系统 86
3.3.3 听觉的物理特性 87
3.4 肤觉 89
3.4.1 触觉 89
3.4.2 温度觉 90
3.4.3 痛觉 90
3.5 人体的其他感觉 91
3.5.1 人体的本体知觉 91
3.5.2 嗅觉 91
3.5.3 味觉 91
3.5.4 人体感觉通道的信息传递率与
物性 93
3.6 神经系统机能及其特征 94
3.6.1 神经系统 94
3.6.2 大脑皮质功能定位 95
3.6.3 大脑皮质联络区 95
3.7 人体心理现象及其特性 96
3.7.1 行为构成 96
3.7.2 感觉的基本特性 97
3.7.3 知觉的基本特性 98
思考题 101
第4章 人机工程设计原理与原则 102
4.1 人体测量数据的应用原则与
方法 102
4.1.1 主要人体尺寸的应用原则 102
4.1.2 人机系统设计中人体尺寸的
确定方法 106
4.1.3 人体身高在人机设计中的应用
方法 108
4.1.4 人机工程分析中的样本生成
技术 109
4.2 作业空间布局设计 110
4.2.1 作业空间的类型 110
4.2.2 作业空间设计的基本原则 111
4.2.3 作业空间与人机工程 112
4.2.4 现代办公空间设计 114
4.3 作业设施设计 116
4.3.1 控制台设计 116
4.3.2 办公台设计 119
4.3.3 工作座椅设计 121
4.4 载运工具作业空间设计 123
4.4.1 载运车辆的驾驶室环境的静态
设计 124
4.4.2 载运车辆的驾驶室环境的动态
设计 125
4.5 基于人机交换信息的人机界面
设计 125
4.5.1 概述 125
4.5.2 视觉信息显示装置设计 126
4.5.3 仪表显示装置设计 126
4.5.4 信号显示装置设计 129
4.5.5 听觉信息传示装置设计 133
4.5.6 触觉显示与操纵装置设计 136
4.5.7 控制器布置区要求 148
4.6 手握式工具设计 148
4.6.1 手握式工具设计原则 149
4.6.2 把手设计 150
4.6.3 手握式动力工具的动态设计 151
4.7 作业姿势的选择与设计 151
4.7.1 作业姿势的选择 151
4.7.2 作业姿势的设计原则 152
4.7.3 作业姿势的设计依据 152
4.7.4 作业姿势的设计要点 152
思考题 154
第5章 人机环境设计原理与原则 155
5.1 人机环境热舒适性设计 155
5.1.1 热环境概述 155
5.1.2 室内热环境设计要求 157
5.1.3 载运工具作业空间的热环境
设计 157
5.1.4 数字化热舒适性设计方法 157
5.2 人机声环境设计 158
5.2.1 材料和结构的声学特征 158
5.2.2 室内噪声控制 159
5.2.3 室内音质设计 161
5.3 人机环境光照设计 162
5.3.1 光环境设计的基本原则 162
5.3.2 室内光环境人机设计 163
5.3.3 照明的设计 163
5.4 人机环境振动设计 167
5.4.1 人机系统中人体接触到的
振动源 168
5.4.2 机械振动的分类 168
5.4.3 振动对人体各生理系统的
影响 169
5.4.4 对人体产生影响的振动参数 170
5.4.5 振动危害的控制 170
5.4.6 振动设计问题与方法 170
5.4.7 汽车振动问题的研究内容和
方法 171
5.5 面向系统的人机系统设计 172
5.5.1 人机系统 172
5.5.2 人机系统的类型 173
5.5.3 人机系统设计的目标 175
5.5.4 人机系统设计 175
思考题 183
第6章 人体模型与构建 184
6.1 人体模型分类 184
6.1.1 按人体模型的用途划分 185
6.1.2 按人体模型存在的形式划分 185
6.1.3 按人体模型所承载的信息量
划分 185
6.2 数字化人体几何模型的构建 187
6.2.1 人体简化与有限环节的划分 187
6.2.2 面向数字化人体工程设计的
数字化人体模型的建模要求 189
6.2.3 数字化人体模型的构建
过程 189
6.2.4 数字化人体模型的几何形态
表现形式 189
6.2.5 数字化虚拟人体几何模型的
构建方法 191
6.3 多层人体模型的构建 198
6.3.1 人体骨骼模型 198
6.3.2 肌肉层几何模型构建法 200
6.3.3 皮肤层模型构建法 203
6.3.4 骨架模型、肌肉层(含脂肪层)与
皮肤模型的集成方法 204
6.3.5 人体骨骼模型数据结构 204
6.4 面向振动环境设计的人体模型的
构建 205
6.4.1 基于人体测量数据的立姿人体
振动生物力学模型构建方法 205
6.4.2 坐姿人体振动生物力学模型
构建方法 207
6.4.3 卧姿人体振动生物力学模型
构建方法 209
6.4.4 人体局部振动(手臂振动)的
生物力学模型 210
6.5 THUMS全身类人体有限元模型
的构建 213
6.5.1 THUMS全身类人体有限元模型
概述 214
6.5.2 建模方法 215
6.6 全身坐姿人体-座椅有限元模型的
构建 215
6.6.1 座椅有限元模型 215
6.6.2 全身坐姿人体有限元模型 216
6.6.3 模型应用 218
6.7 人体热调节模型与人体热舒适性
模型的构建 218
6.7.1 人体热调节系统的数学
模型 218
6.7.2 人体生物热方程 219
6.7.3 人体热调节系统的生理学
模型 220
6.8 光学照明环境模型的构建 221
6.8.1 光学照明环境特性 221
6.8.2 光照仿真模型 221
6.9 人体静态生物力学模型的
构建 223
6.9.1 静态情况下的人体受力平衡
方程 223
6.9.2 静力平衡方程的应用——
搬举物时人体生物力学模型
构建 224
6.10 3D数字化人体电磁模型的
构建 225
6.10.1 人体电磁模型构建方法 225
6.10.2 建立电磁照射数值计算的中国人
3D数字化人体模型 226
6.11 中国辐射虚拟人体模型
Rad-Human 228
思考题 228
第7章 数字化人体运动建模仿真与控制
技术 229
7.1 人体骨骼运动学模型 229
7.1.1 建立坐标系 229
7.1.2 方向余弦矩阵和齐次坐标
变换 230
7.1.3 人体骨骼几何模型的位形描述
——欧拉变换方程 233
7.1.4 人体环节运动分析 233
7.2 数字化虚拟人体运动学及动力学
模型构建方法 234
7.2.1 多刚体运动学方程 234
7.2.2 刚体运动学模型 235
7.2.3 多刚体动力学模型 236
7.3 人体上下肢运动学模型 240
7.3.1 人体上肢7自由度D-H模型 240
7.3.2 人体下肢6自由度D-H模型 241
7.4 数字化人体运动控制技术 242
7.4.1 关键帧方法 242
7.4.2 动力学方法 243
7.4.3 正向和逆向运动学方法 243
7.4.4 基于过程的运动控制法 244
7.4.5 基于舒适度最大化的人体运动
控制技术 245
7.4.6 基于运动捕获的虚拟人实时
控制技术 250
7.5 人体信息感知、决策与运动控制
系统模型 255
7.5.1 人体信息感知系统模型 255
7.5.2 人体信息融合识别及决策系统模型 257
7.5.3 人体运动控制系统模型 258
7.6 数字化虚拟人体建模方法的发展趋势 259
思考题 259
第8章 人机工效数字化评价方法与标准规范 260
8.1 人机系统工效概述 260
8.2 力量负荷的评价方法 261
8.2.1 NIOSH提举公式 261
8.2.2 NIOSH算法的使用条件 263
8.2.3 提举-放低(落放)分析的指导原则 265
8.2.4 运用NIOSH搬运方程计算步骤 266
8.3 姿势负荷的评价方法 266
8.3.1 快速上肢评价法 267
8.3.2 全身快速评价法 267
8.3.3 人体工作姿势分析 268
8.3.4 基于深度神经网络的作业姿势评估方法 268
8.4 综合的人机系统工效学负荷评价方法 268
8.4.1 快速暴露检查法 268
8.4.2 手工操作评估表法 269
8.4.3 肌肉骨骼紧张因素判定法 269
8.4.4 其他评价方法 269
8.5 可达性与可视域分析 270
8.5.1 可达性分析 270
8.5.2 可视域分析 273
8.6 新陈代谢和疲劳恢复时间分析 274
8.6.1 新陈代谢分析 274
8.6.2 疲劳恢复时间分析 274
8.7 作业强度与标准 275
8.7.1 作业强度分级 275
8.7.2 最大能量消耗界限 276
8.7.3 手工处理极限 276
8.8 人体静态生物力学分析 277
8.9 预测工作时间 279
8.9.1 常规移动序列 279
8.9.2 受控移动序列 280
8.9.3 使用工具序列 281
8.9.4 作业时间计算 283
思考题 284
第9章 人机环境设计数字化评价方法与标准规范 285
9.1 人体全身振动舒适性评价方法与标准 285
9.1.1 人体振动的评价标准 285
9.1.2 坐姿、立姿人体承受全身振动的评价方法 286
9.1.3 卧姿人体全身振动舒适性的评价方法与标准 289
9.1.4 手传振动舒适性的评价方法与标准 292
9.2 人的热感觉、热舒适及其评价指标与标准 295
9.2.1 热应力指标 296
9.2.2 热感觉等级 296
9.2.3 热感觉的平均预测指标 297
9.2.4 PPD评价指标 297
9.2.5 EHT与EQT评价指标 299
9.2.6 热环境评价标准 301
9.3 光环境的综合评价 302
9.3.1 评价方法 302
9.3.2 评分系统 303
9.3.3 项目评分及光环境指数 303
9.3.4 评价结果与质量等级 304
9.4 噪声评价标准 304
9.4.1 国外听力保护噪声标准 304
9.4.2 我国工业噪声卫生标准 304
9.4.3 环境噪声标准 305
9.5 基于假人模型的汽车碰撞对人体伤害的评价标准 305
9.6 人体暴露于电磁场的评价标准 306
9.7 心理认知的舒适性评价方法 306
思考题 307
第10章 数字化人机工程设计系统 308
10.1 数字化人机工程设计系统概述 308
10.1.1 数字化人机工程设计系统的基本要求 308
10.1.2 数字化人机工程设计系统的体系结构 309
10.1.3 数字化人机工程设计系统的工作流程 311
10.1.4 数字化人机工程设计系统的构建策略 312
10.2 实现系统基本特性的技术方案 312
10.2.1 系统的集成性 312
10.2.2 系统的并行设计机制 313
10.2.3 系统的协同性 313
10.2.4 系统的3I特性 313
10.3 CAEx主流软件 314
10.3.1 西门子JACK人机工程设计与分析软件 316
10.3.2 DELMIA人机工程设计与分析软件 316
10.3.3 Pro/E Manikin人机工程设计与分析软件 319
10.3.4 RAMSIS人机工程设计与分析软件 319
10.3.5 SoErgo人机工程设计与分析软件 320
10.3.6 Anybody人机工程设计与分析软件 321
10.3.7 HumanCAD人机工程设计与分析软件 322
10.4 虚拟维修仿真平台和虚拟人运动控制开发平台 323
10.5 人体系统振动分析系统 324
10.5.1 ErgoSIM人体振动工效学分析系统 324
10.5.2 VATS系列人体工程振动分析系统 324
10.5.3 ErgoLAB人机工效分析系统 324
10.6 人体热舒适性预测及计算软件 324
10.6.1 THESEUS-FE软件 325
10.6.2 TAITherm热管理与处理软件 326
10.7 噪声分析软件 326
10.7.1 ACTRAN 326
10.7.2 SYSNOISE 327
10.7.3 RAYNOISE 329
10.8 光环境设计仿真分析软件 329
10.9 ADAMS软件 330
思考题 331
第11章 数字化人机工程设计案例 332
11.1 汽车概念设计与热舒适设计 332
11.1.1 汽车概念设计概述 332
11.1.2 汽车总体布置 332
11.1.3 布置硬点和硬点尺寸 332
11.1.4 乘员空间布置和人机界面设计 334
11.1.5 室内手操纵装置和操纵钮键的布置 338
11.1.6 后排乘员乘坐空间布置 339
11.1.7 乘员头部空间和顶盖布置 340
11.1.8 汽车宽度方向乘员布置 341
11.1.9 汽车视野设计 341
11.2 汽车热舒适设计分析案例 348
11.2.1 概述 348
11.2.2 乘员舱热环境与人体模型耦合计算方法 349
11.2.3 乘员与周围环境耦合计算 350
11.2.4 试验研究 350
11.2.5 数值模拟 352
11.2.6 结果分析 353
11.2.7 结论 355
11.3 拖拉机驾驶室人体舒适性设计 356
11.3.1 人机系统的构建 356
11.3.2 人机工程学分析与评价 358
11.4 人拖拉机环境系统振动模型应用案例 361
11.4.1 概述 361
11.4.2 人体拖拉机系统振动力学模型 361
11.4.3 振动数学模型数值模拟与结果分析 363
11.4.4 不同座椅减振结构的减振效果 364
思考题 365
第12章 基于DELMIA小型模具手工装配人机工效设计分析 366
12.1 前期准备工作 366
12.1.1 启动软件 366
12.1.2 DELMIA软件环境设置 366
12.1.3 第三方数据格式转化 367
12.2 构建构成虚拟装配环境的资源素材 368
12.2.1 创建场地的地平面 368
12.2.2 新建人体模型 369
12.3 创建小型模具手工装配虚拟工作场景 370
12.3.1 导入资源素材 370
12.3.2 整理场景 373
12.4 手工装配工艺流程设计 378
12.4.1 新建Process Library 378
12.4.2 导入Process Library 380
12.4.3 将零部件指定到对应的Process中 381
12.4.4 创建零部件装配轨迹 382
12.5 人体动作与姿态设计 385
12.6 人体作业姿态舒适度仿真分析 394
12.6.1 RULA分析功能 394
12.6.2 人体动作姿态舒适度仿真分析 395
参考文献 398
· · · · · · (收起)
第1章 数字化人机工程学概论 1
1.1 人机工程学的基本内涵 1
1.1.1 人机工程学的命名与定义 1
1.1.2 人机工程学的理论体系 2
1.2 人机工程学的研究内容与研究
方法 2
1.2.1 人机工程学的研究内容 2
1.2.2 人机工程学的研究方法 4
1.3 人机工程学的发展历程 5
1.3.1 经验人机工程学 6
1.3.2 科学人机工程学 6
1.3.3 现代人机工程学 7
1.3.4 数字化人机工程学 7
1.4 数字化人机工程设计的实现 8
1.4.1 数字化产品开发技术概述 8
1.4.2 实现数字化人机工程设计的
关键技术 10
1.5 数字化人机工程发展概况 13
1.5.1 国外研究发展状况 13
1.5.2 国内研究发展状况 15
思考题 18
第2章 数字化人机工程设计基础(1)
——人体特性参数 19
2.1 人体形态尺寸测量的基本知识 20
2.1.1 人体形态尺寸测量的主要
方法 20
2.1.2 人体形态尺寸测量的基本
术语 21
2.1.3 人体形态尺寸测量的常用
仪器 22
2.2 常用的人体形态尺寸测量
数据 23
2.2.1 我国成年人静态人体形态尺寸 23
2.2.2 我国成年人动态人体尺寸 28
2.3 人体形态尺寸测量中的主要统计
函数 31
2.3.1 均值 31
2.3.2 标准差 31
2.3.3 相关系数 31
2.3.4 百分位数 32
2.4 人体物理参数 32
2.4.1 人体惯性基本参数 33
2.4.2 人体惯性参数的测量与
标准化 35
2.4.3 人体惯性参数测量方法 36
2.4.4 人体惯性参数数学模型及其
计算式 39
2.4.5 中国人惯性参数模型 46
2.4.6 人体尺寸的其他数学模型 46
2.4.7 人体的其他几何参数 47
2.5 人体组织力学性能和生理参数 50
2.5.1 人体的生物力学性能 51
2.5.2 人体的热物理参数和热生理
参数 51
2.5.3 标准人的生理参数、热物理参数、基础代谢产热和基础血流量 53
2.5.4 人体运动系统的生理机能及其
特征参数 55
2.6 坐姿生理学 67
2.6.1 脊柱结构 67
2.6.2 腰曲弧线 67
2.6.3 腰椎后突和前突 68
2.6.4 坐姿生物力学 68
2.6.5 人体各姿态下作业的代谢率 70
2.7 人体动态特性参数 71
2.8 人体尺寸数据库的建立 71
2.9 基于DELMIA/CATIA创建人体
模型数据文件 73
思考题 76
第3章 数字化人机工程设计基础(2)
——人体感知特征 77
3.1 人体感知特征概述 77
3.1.1 人体感觉器官的基本生理
特征 77
3.1.2 人的感知与反应机能 78
3.1.3 感觉通道与适用的信息 79
3.2 视觉机能及其特征 79
3.2.1 视野 80
3.2.2 视觉刺激 80
3.2.3 视觉系统 80
3.2.4 视觉机能 81
3.3 听觉机能及其特征 86
3.3.1 听觉刺激 86
3.3.2 听觉系统 86
3.3.3 听觉的物理特性 87
3.4 肤觉 89
3.4.1 触觉 89
3.4.2 温度觉 90
3.4.3 痛觉 90
3.5 人体的其他感觉 91
3.5.1 人体的本体知觉 91
3.5.2 嗅觉 91
3.5.3 味觉 91
3.5.4 人体感觉通道的信息传递率与
物性 93
3.6 神经系统机能及其特征 94
3.6.1 神经系统 94
3.6.2 大脑皮质功能定位 95
3.6.3 大脑皮质联络区 95
3.7 人体心理现象及其特性 96
3.7.1 行为构成 96
3.7.2 感觉的基本特性 97
3.7.3 知觉的基本特性 98
思考题 101
第4章 人机工程设计原理与原则 102
4.1 人体测量数据的应用原则与
方法 102
4.1.1 主要人体尺寸的应用原则 102
4.1.2 人机系统设计中人体尺寸的
确定方法 106
4.1.3 人体身高在人机设计中的应用
方法 108
4.1.4 人机工程分析中的样本生成
技术 109
4.2 作业空间布局设计 110
4.2.1 作业空间的类型 110
4.2.2 作业空间设计的基本原则 111
4.2.3 作业空间与人机工程 112
4.2.4 现代办公空间设计 114
4.3 作业设施设计 116
4.3.1 控制台设计 116
4.3.2 办公台设计 119
4.3.3 工作座椅设计 121
4.4 载运工具作业空间设计 123
4.4.1 载运车辆的驾驶室环境的静态
设计 124
4.4.2 载运车辆的驾驶室环境的动态
设计 125
4.5 基于人机交换信息的人机界面
设计 125
4.5.1 概述 125
4.5.2 视觉信息显示装置设计 126
4.5.3 仪表显示装置设计 126
4.5.4 信号显示装置设计 129
4.5.5 听觉信息传示装置设计 133
4.5.6 触觉显示与操纵装置设计 136
4.5.7 控制器布置区要求 148
4.6 手握式工具设计 148
4.6.1 手握式工具设计原则 149
4.6.2 把手设计 150
4.6.3 手握式动力工具的动态设计 151
4.7 作业姿势的选择与设计 151
4.7.1 作业姿势的选择 151
4.7.2 作业姿势的设计原则 152
4.7.3 作业姿势的设计依据 152
4.7.4 作业姿势的设计要点 152
思考题 154
第5章 人机环境设计原理与原则 155
5.1 人机环境热舒适性设计 155
5.1.1 热环境概述 155
5.1.2 室内热环境设计要求 157
5.1.3 载运工具作业空间的热环境
设计 157
5.1.4 数字化热舒适性设计方法 157
5.2 人机声环境设计 158
5.2.1 材料和结构的声学特征 158
5.2.2 室内噪声控制 159
5.2.3 室内音质设计 161
5.3 人机环境光照设计 162
5.3.1 光环境设计的基本原则 162
5.3.2 室内光环境人机设计 163
5.3.3 照明的设计 163
5.4 人机环境振动设计 167
5.4.1 人机系统中人体接触到的
振动源 168
5.4.2 机械振动的分类 168
5.4.3 振动对人体各生理系统的
影响 169
5.4.4 对人体产生影响的振动参数 170
5.4.5 振动危害的控制 170
5.4.6 振动设计问题与方法 170
5.4.7 汽车振动问题的研究内容和
方法 171
5.5 面向系统的人机系统设计 172
5.5.1 人机系统 172
5.5.2 人机系统的类型 173
5.5.3 人机系统设计的目标 175
5.5.4 人机系统设计 175
思考题 183
第6章 人体模型与构建 184
6.1 人体模型分类 184
6.1.1 按人体模型的用途划分 185
6.1.2 按人体模型存在的形式划分 185
6.1.3 按人体模型所承载的信息量
划分 185
6.2 数字化人体几何模型的构建 187
6.2.1 人体简化与有限环节的划分 187
6.2.2 面向数字化人体工程设计的
数字化人体模型的建模要求 189
6.2.3 数字化人体模型的构建
过程 189
6.2.4 数字化人体模型的几何形态
表现形式 189
6.2.5 数字化虚拟人体几何模型的
构建方法 191
6.3 多层人体模型的构建 198
6.3.1 人体骨骼模型 198
6.3.2 肌肉层几何模型构建法 200
6.3.3 皮肤层模型构建法 203
6.3.4 骨架模型、肌肉层(含脂肪层)与
皮肤模型的集成方法 204
6.3.5 人体骨骼模型数据结构 204
6.4 面向振动环境设计的人体模型的
构建 205
6.4.1 基于人体测量数据的立姿人体
振动生物力学模型构建方法 205
6.4.2 坐姿人体振动生物力学模型
构建方法 207
6.4.3 卧姿人体振动生物力学模型
构建方法 209
6.4.4 人体局部振动(手臂振动)的
生物力学模型 210
6.5 THUMS全身类人体有限元模型
的构建 213
6.5.1 THUMS全身类人体有限元模型
概述 214
6.5.2 建模方法 215
6.6 全身坐姿人体-座椅有限元模型的
构建 215
6.6.1 座椅有限元模型 215
6.6.2 全身坐姿人体有限元模型 216
6.6.3 模型应用 218
6.7 人体热调节模型与人体热舒适性
模型的构建 218
6.7.1 人体热调节系统的数学
模型 218
6.7.2 人体生物热方程 219
6.7.3 人体热调节系统的生理学
模型 220
6.8 光学照明环境模型的构建 221
6.8.1 光学照明环境特性 221
6.8.2 光照仿真模型 221
6.9 人体静态生物力学模型的
构建 223
6.9.1 静态情况下的人体受力平衡
方程 223
6.9.2 静力平衡方程的应用——
搬举物时人体生物力学模型
构建 224
6.10 3D数字化人体电磁模型的
构建 225
6.10.1 人体电磁模型构建方法 225
6.10.2 建立电磁照射数值计算的中国人
3D数字化人体模型 226
6.11 中国辐射虚拟人体模型
Rad-Human 228
思考题 228
第7章 数字化人体运动建模仿真与控制
技术 229
7.1 人体骨骼运动学模型 229
7.1.1 建立坐标系 229
7.1.2 方向余弦矩阵和齐次坐标
变换 230
7.1.3 人体骨骼几何模型的位形描述
——欧拉变换方程 233
7.1.4 人体环节运动分析 233
7.2 数字化虚拟人体运动学及动力学
模型构建方法 234
7.2.1 多刚体运动学方程 234
7.2.2 刚体运动学模型 235
7.2.3 多刚体动力学模型 236
7.3 人体上下肢运动学模型 240
7.3.1 人体上肢7自由度D-H模型 240
7.3.2 人体下肢6自由度D-H模型 241
7.4 数字化人体运动控制技术 242
7.4.1 关键帧方法 242
7.4.2 动力学方法 243
7.4.3 正向和逆向运动学方法 243
7.4.4 基于过程的运动控制法 244
7.4.5 基于舒适度最大化的人体运动
控制技术 245
7.4.6 基于运动捕获的虚拟人实时
控制技术 250
7.5 人体信息感知、决策与运动控制
系统模型 255
7.5.1 人体信息感知系统模型 255
7.5.2 人体信息融合识别及决策系统模型 257
7.5.3 人体运动控制系统模型 258
7.6 数字化虚拟人体建模方法的发展趋势 259
思考题 259
第8章 人机工效数字化评价方法与标准规范 260
8.1 人机系统工效概述 260
8.2 力量负荷的评价方法 261
8.2.1 NIOSH提举公式 261
8.2.2 NIOSH算法的使用条件 263
8.2.3 提举-放低(落放)分析的指导原则 265
8.2.4 运用NIOSH搬运方程计算步骤 266
8.3 姿势负荷的评价方法 266
8.3.1 快速上肢评价法 267
8.3.2 全身快速评价法 267
8.3.3 人体工作姿势分析 268
8.3.4 基于深度神经网络的作业姿势评估方法 268
8.4 综合的人机系统工效学负荷评价方法 268
8.4.1 快速暴露检查法 268
8.4.2 手工操作评估表法 269
8.4.3 肌肉骨骼紧张因素判定法 269
8.4.4 其他评价方法 269
8.5 可达性与可视域分析 270
8.5.1 可达性分析 270
8.5.2 可视域分析 273
8.6 新陈代谢和疲劳恢复时间分析 274
8.6.1 新陈代谢分析 274
8.6.2 疲劳恢复时间分析 274
8.7 作业强度与标准 275
8.7.1 作业强度分级 275
8.7.2 最大能量消耗界限 276
8.7.3 手工处理极限 276
8.8 人体静态生物力学分析 277
8.9 预测工作时间 279
8.9.1 常规移动序列 279
8.9.2 受控移动序列 280
8.9.3 使用工具序列 281
8.9.4 作业时间计算 283
思考题 284
第9章 人机环境设计数字化评价方法与标准规范 285
9.1 人体全身振动舒适性评价方法与标准 285
9.1.1 人体振动的评价标准 285
9.1.2 坐姿、立姿人体承受全身振动的评价方法 286
9.1.3 卧姿人体全身振动舒适性的评价方法与标准 289
9.1.4 手传振动舒适性的评价方法与标准 292
9.2 人的热感觉、热舒适及其评价指标与标准 295
9.2.1 热应力指标 296
9.2.2 热感觉等级 296
9.2.3 热感觉的平均预测指标 297
9.2.4 PPD评价指标 297
9.2.5 EHT与EQT评价指标 299
9.2.6 热环境评价标准 301
9.3 光环境的综合评价 302
9.3.1 评价方法 302
9.3.2 评分系统 303
9.3.3 项目评分及光环境指数 303
9.3.4 评价结果与质量等级 304
9.4 噪声评价标准 304
9.4.1 国外听力保护噪声标准 304
9.4.2 我国工业噪声卫生标准 304
9.4.3 环境噪声标准 305
9.5 基于假人模型的汽车碰撞对人体伤害的评价标准 305
9.6 人体暴露于电磁场的评价标准 306
9.7 心理认知的舒适性评价方法 306
思考题 307
第10章 数字化人机工程设计系统 308
10.1 数字化人机工程设计系统概述 308
10.1.1 数字化人机工程设计系统的基本要求 308
10.1.2 数字化人机工程设计系统的体系结构 309
10.1.3 数字化人机工程设计系统的工作流程 311
10.1.4 数字化人机工程设计系统的构建策略 312
10.2 实现系统基本特性的技术方案 312
10.2.1 系统的集成性 312
10.2.2 系统的并行设计机制 313
10.2.3 系统的协同性 313
10.2.4 系统的3I特性 313
10.3 CAEx主流软件 314
10.3.1 西门子JACK人机工程设计与分析软件 316
10.3.2 DELMIA人机工程设计与分析软件 316
10.3.3 Pro/E Manikin人机工程设计与分析软件 319
10.3.4 RAMSIS人机工程设计与分析软件 319
10.3.5 SoErgo人机工程设计与分析软件 320
10.3.6 Anybody人机工程设计与分析软件 321
10.3.7 HumanCAD人机工程设计与分析软件 322
10.4 虚拟维修仿真平台和虚拟人运动控制开发平台 323
10.5 人体系统振动分析系统 324
10.5.1 ErgoSIM人体振动工效学分析系统 324
10.5.2 VATS系列人体工程振动分析系统 324
10.5.3 ErgoLAB人机工效分析系统 324
10.6 人体热舒适性预测及计算软件 324
10.6.1 THESEUS-FE软件 325
10.6.2 TAITherm热管理与处理软件 326
10.7 噪声分析软件 326
10.7.1 ACTRAN 326
10.7.2 SYSNOISE 327
10.7.3 RAYNOISE 329
10.8 光环境设计仿真分析软件 329
10.9 ADAMS软件 330
思考题 331
第11章 数字化人机工程设计案例 332
11.1 汽车概念设计与热舒适设计 332
11.1.1 汽车概念设计概述 332
11.1.2 汽车总体布置 332
11.1.3 布置硬点和硬点尺寸 332
11.1.4 乘员空间布置和人机界面设计 334
11.1.5 室内手操纵装置和操纵钮键的布置 338
11.1.6 后排乘员乘坐空间布置 339
11.1.7 乘员头部空间和顶盖布置 340
11.1.8 汽车宽度方向乘员布置 341
11.1.9 汽车视野设计 341
11.2 汽车热舒适设计分析案例 348
11.2.1 概述 348
11.2.2 乘员舱热环境与人体模型耦合计算方法 349
11.2.3 乘员与周围环境耦合计算 350
11.2.4 试验研究 350
11.2.5 数值模拟 352
11.2.6 结果分析 353
11.2.7 结论 355
11.3 拖拉机驾驶室人体舒适性设计 356
11.3.1 人机系统的构建 356
11.3.2 人机工程学分析与评价 358
11.4 人拖拉机环境系统振动模型应用案例 361
11.4.1 概述 361
11.4.2 人体拖拉机系统振动力学模型 361
11.4.3 振动数学模型数值模拟与结果分析 363
11.4.4 不同座椅减振结构的减振效果 364
思考题 365
第12章 基于DELMIA小型模具手工装配人机工效设计分析 366
12.1 前期准备工作 366
12.1.1 启动软件 366
12.1.2 DELMIA软件环境设置 366
12.1.3 第三方数据格式转化 367
12.2 构建构成虚拟装配环境的资源素材 368
12.2.1 创建场地的地平面 368
12.2.2 新建人体模型 369
12.3 创建小型模具手工装配虚拟工作场景 370
12.3.1 导入资源素材 370
12.3.2 整理场景 373
12.4 手工装配工艺流程设计 378
12.4.1 新建Process Library 378
12.4.2 导入Process Library 380
12.4.3 将零部件指定到对应的Process中 381
12.4.4 创建零部件装配轨迹 382
12.5 人体动作与姿态设计 385
12.6 人体作业姿态舒适度仿真分析 394
12.6.1 RULA分析功能 394
12.6.2 人体动作姿态舒适度仿真分析 395
参考文献 398
· · · · · · (收起)
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