Зачем конструктору цифровой манекен?
При разработке изделия важно учитывать не только его конструктивные и технические характеристики, но и то, как с ним будет взаимодействовать человек. Эргономика напрямую связана с удобством и безопасностью работы, досягаемостью органов управления, возможностью занять требуемое положение, а также доступом к узлам при монтаже, ремонте и пост-продажном обслуживании.
Применение цифрового манекена с учетом антропометрических характеристик позволяет перенести значительную часть эргономических проверок в виртуальную среду. Конструктор может оценивать взаимодействие человека с изделием непосредственно в 3D-модели, анализировать положение тела и суставов и проверять компоновочные решения еще до изготовления натурного макета или вообще отказаться от натурного макета.
Такой подход поддерживает концепцию цифрового двойника: эргономические характеристики изделия оцениваются вместе с его геометрией и компоновкой. Это помогает сократить количество натурных макетов, уменьшить затраты на согласование органов управления и повысить число вариантов, которые можно проверить на ранних этапах проектирования.
Эргономика: Манекены — инструмент для работы с человеком в цифровой модели
Компания АСКОН совместно с технологическим партнером и партнером по разработке ООО «Ай-Джи-Эй Системы» разработала приложение «Эргономика: Манекены», которое расширило линейку продуктов КОМПАС-3D. Решение позволяет дополнять цифровую модель данными о человеке и тем самым учитывать эргономические особенности изделия непосредственно в среде трехмерного проектирования.
Для ООО «Ай-Джи-Эй Системы» задачи цифровой эргономики имеют практическую основу: компания более 15 лет разрабатывает приложения для САПР, а специалисты участвовали в реализации эргономических задач с использованием VR-технологий.
Особенно важна возможность формировать манекен с учетом антропометрических характеристик человека. Задание таких параметров, как пол, полнота телосложения, позволяет рассматривать изделия с учетом различных групп пользователей. Это расширяет область применения решения — от проектирования транспортных и аэрокосмических объектов до медицинского оборудования, для которого принципиально важно учитывать разнообразие антропометрии пациентов.
Основные функции приложения «Эргономика: Манекены»
Функция «Манекен» помогает быстро интегрировать цифровую модель человека в область проектирования изделия и перейти от абстрактной оценки компоновки к проверке конкретного сценария взаимодействия. Манекен становится частью виртуальной среды и используется для анализа расположения оборудования, рабочих зон и пространства, необходимого человеку в реальной жизни. Это особенно полезно на ранних этапах, когда важно быстро проверить принципиальную компоновку и выявить потенциальные эргономические ограничения до детальной проработки конструкции.
Создание манекена в графической области
Функция «Размещение» позволяет управлять положением манекена в пространстве проектирования. Конструктор может позиционировать манекен относительно различных референтных точек, расположенных на самом манекене, например: референтная точка на правой ноге, между стоп, в голове и т.д. Возможность оперативно изменять положение манекена непосредственно в 3D-сцене помогает быстрее проверять различные варианты компоновки и оценивать изделие с точки зрения реального положения пользователя.
Позиционирование манекена в среде проектирования
Функция «Управление Свойствами» позволяет настроить антропометрический профиль созданного манекена и его визуальные свойства. Задание антропометрических параметров делает виртуальную проверку более реалистичной: конструктор может оценивать не условного «среднего» человека, а выбранную категорию пользователей. Настройка визуальных свойств манекена, таких как отображение и цвет, повышает удобство одновременной работы с несколькими манекенами в области проектирования.
Работа с несколькими манекенами
Функция «Управление Сегментами» предоставляет конструктору возможность изменения позы манекена через изменение положения отдельных сегментов тела. Это позволяет сосредоточиться на нужной части модели человека и точнее учитывать ее положение при анализе взаимодействия с изделием. Работа с сегментами особенно важна для сложных компоновок, где эргономический сценарий определяется не только положением всего тела, но и взаимным расположением отдельных частей — например, рук, ног или корпуса. Таким образом, конструктор получает более гибкий инструмент для подготовки манекена к конкретной инженерной задаче.
Изменение положения сегментов манекена
Функция «Манипулирование» предназначена для интерактивной настройки положения манекена непосредственно в 3D-сцене. Данная функция основана на алгоритме обратной кинематики. Конструктор может последовательно подбирать положение частей тела под конкретный сценарий и визуально оценивать результат в контексте проектируемого изделия. Такой способ работы удобен при поиске оптимальной позы: вместо длительной настройки параметров каждого сегмента пользователь непосредственно взаимодействует с моделью в целом и сразу видит, как изменение положения человека влияет на его взаимодействие с окружающей геометрией.
Манипулирование конечностями манекена
Функция «Сменить позу» позволяет использовать заранее подготовленные положения тела человека как основу для эргономической проверки. Вместо ручной настройки манекена для каждого сценария конструктор может обратиться к готовым вариантам и быстрее перейти к оценке взаимодействия с изделием. Функция «Сменить позу» особенно полезна при повторяющихся типовых задачах: посадке человека, работе оператора, доступе к оборудованию и других сценариях, в которых требуется быстро проверить несколько вариантов положения тела. Это сокращает время подготовки модели и помогает стандартизировать эргономические проверки.
Применение библиотечной позы к манекену
Функция «Библиотека поз» позволяет сохранять настроенные положения манекена для их повторного использования в проектах. Для каждой пользовательской позы можно задать наименование, описание, тип и изображение, что помогает систематизировать библиотеку и быстро находить необходимые варианты. Созданные позы можно редактировать и удалять, а библиотеку — фильтровать по типу и просматривать в различных форматах. Таким образом, конструктор может формировать собственный набор типовых положений человека, соответствующих характерным сценариям эксплуатации конкретного изделия, и использовать его как инструмент стандартизации эргономических проверок.
Библиотека поз манекена
Что это дает разработчику и заказчику
Совокупность функций приложения формирует единый рабочий процесс: сначала манекен размещается в цифровой модели, затем задаются его свойства и при необходимости корректируется работа с отдельными сегментами. После этого конструктор может выбрать подходящую позу из библиотеки, изменить ее вручную и последовательно проверить несколько вариантов взаимодействия человека с изделием.
Практическая ценность такого подхода заключается в возможности принимать конструктивные решения с учетом человеческого фактора еще на стадии цифрового проектирования. Ошибки компоновки, неудобное расположение органов управления или недостаточное пространство для выполнения рабочих операций потенциально можно обнаружить до создания натурного образца.
Для предприятий это означает сокращение количества итераций при согласовании эргономики и снижение зависимости от дорогостоящих натурных макетов. Для разработчиков изделий, ориентированных на разные рынки, использование настраиваемого манекена дает возможность заранее учитывать различия между группами пользователей.
Перспективы развития
Архитектура решения на базе КОМПАС-3D и математического ядра C3D создает основу для дальнейшего развития приложения «Эргономика: Манекены» и расширения его применения в транспортном машиностроении, аэрокосмической отрасли, при создании медицинских приборов и в других промышленных направлениях, требующих эргономического анализа.
Зона взгляда. Инструмент позволит конструктору оценивать изделие с точки зрения человека: получать представление о зоне видимости манекена с целью оценки расположения органов управления и характере взаимодействия со средой. Такой сценарий может быть полезен как на этапе эскизного проектирования, так и при проработке вопросов эксплуатации и пост-продажного обслуживания. Например, перспективным применением может стать оценка зоны видимости транспортного средства при взгляде в зеркало заднего вида или боковые зеркала.
Зона досягаемости. Расширение инструментария приложения данной функцией позволит оценивать доступность элементов изделия с учетом допустимых диапазонов движения суставов человека. Это особенно важно для сложных изделий с плотной компоновкой, где возможность доступа к оборудованию при монтаже, эксплуатации и обслуживании является одним из ключевых требований.
Выводы
Расширение функциональных возможностей КОМПАС-3D приложением «Эргономика: Манекены» позволяет компаниям, использующим подходы к созданию цифровых двойников, учитывать особенности человека непосредственно в цифровой модели изделия. Это помогает сократить время разработки, уменьшить количество дорогостоящих натурных макетов и повысить качество решений, связанных с взаимодействием человека и изделия.
Использование цифрового манекена также открывает возможности для выхода на новые рынки и в новые индустрии, где требования к эргономике и антропометрии могут существенно различаться. Появление такой функциональности стало результатом технологического партнерства АСКОН и ООО «Ай-Джи-Эй Системы» и создает основу для дальнейшего развития цифровой эргономики в отечественных САПР.