工业设计人机教程革新范文

设计表现方法落后，设计构思与结果差别大

在人机工程设计实践中，大部分学生采用了提出问题分析问题解决问题的方法，应用部分以人机知识来展开设计，但受现有教材限制，学生设计过程中缺乏创新，即使有创新，受三维建模技术和设计方法的限制及落后，三维建模结果与设计构思相差较大，达不到预期效果。

主要改革内容

随着计算机辅助设计技术的发展，计算机辅助人机工程设计已逐步完善，具有以下优势：在设计前期对设计方案和设计布局进行仿真评价，减少设计返工和实物原型的制作，缩短从设计到制造的周期和成本。计算机辅助人机工程设计的发展为工业设计人机工程的教学提出了新的发展方向，将计算机辅助人机工程内容引入到人机工程学课堂教学中，充分利用CreoParametricManikin提供的人机工程和人体因素分析两个模块功能，针对全球人群模拟和显示人机之间的交互，在一定程度上改进了传统的设计表现方法，也避免了专业实验设备不足、无法进行准确的设计验证等问题。

1教学内容及教学方法改革

根据工业设计专业的研究内容和专业研究方向，在教材选择上主要在保持课程内容完整的前提下，对现使用的教材内容进行了筛选，工业设计专业人机工程学主要教学内容包括：人体尺寸、桌椅设计、显示装置、操控装置、环境设计、工作空间与工作岗位设计等内容。对与工业设计不是密切相关的热环境和声环境等内容进行了删减，同时增加计算机辅助人机工程内容的讲解与操作训练。在设计表现方法上，增加自顶向下设计方法的讲解，在CreoParametric中应用该方法进行人机工程的设计与分析。

在理论讲授过程中，摆脱传统讲授方式，结合计算机辅助人机工程操作进行直观演示，以加深理解和应用。如在人体尺寸讲解过程中，可充分结合CreoParametric中人体库的知识，其Manikin全球人群库包括中国、意大利、日本、荷兰、美国男女各P5、P50、P95三个不同的百分位1850年龄组的数据，便于人体尺寸分布数据状态和各部分尺寸的直观展示；在显示装置章节中结合manikin的视觉分析功能，查看最佳视角等效果；在控制装置中结合manikin的可触及分析功能，展示手足的功能尺寸。将传统比较枯燥的理论知识通过计算机辅助人机分析的方式直观的展示出来，从应用的角度进行理论知识的讲解。

2计算机辅助人机工程的具体应用

计算机辅助人机工程在人机工程学教学中的具体应用主要有以下3个方面：CreoParametric（以前称为Pro/engineer）的基础操作学习、ManikinExtension专门培训、自顶向下设计（Top-DownDesign）方法的学习与应用。CreoParametric是PTC全新推出的设计软件系列，是3D产品设计领域的标准。目前国内大部分高校在计算机辅助设计教学中采用了该软件，大连大学机械工程学院工业设计专业一直将该软件作为计算机辅助工业设计课程教学的必选之一。新版培养方案中该课程与人机工程学课程在同一学期开设，为人机工程学课程改革提供了便利条件，在计算机辅助工业设计课程中能掌握CreoParametric的基本草绘、实体及曲面建模、装配和工程图等模块的基本操作，该课程的设置为计算机辅助人机设计的应用提供了软件操作基础。

ManikinExtension是完善数字化人体建模解决方案，为设计者在以人为中心的设计中打开一扇窗，是CreoParametric的新模块，因操作复杂，在人机工程学教学中必须增加该部分内容的讲授。主要讲授Manikin全球人群库的选择与替换，标准的3D人体模型的插入、定制和操控精确，宏观和微观及自定义人体姿势库的使用，可触及包络调整及分析，视野分析，重力分析，人体模型运动分析以及国际各类主流人机工程标准如姿态（RULA）、推拉（SNOOK）、举放（NIOSH）、能量消耗（GARG）等操作的过程与方法。通过该模块内容的讲解与具体操作，结合CreoPara-metric的基础操作知识，结合人机工程学基本理论知识，为计算机辅助人机工程的设计提供了软件操作基础及人机工程分析仿真操作基础，可完成比较完善的人机产品设计。

传统的人机工程设计方法已经不适合先进的计算机辅助人机工程的设计方法。传统的设计方法主要采用手绘草图、确定基本尺寸、三维建模仿真、物理样机的制作及人机分析的过程，花费了大量时间后发现没有达到用户需求或设计指标，而需要反复修改。采用CreoParametricManikin可改善此问题，在设计的初期将人机工程学作为首要考虑的因素，采用三维数字人体模型进行三维数字化建模仿真，此方法可通过自顶向下设计（Top-DownDesign）方法实现。在CreoParametric的装配模块中利用自顶向下设计方法，根据设计要求导入Manikin三维数字人体模型，进行产品三维模型的创建，在创建过程中充分考虑相关人机工程学要素，并进行相关的分析，可在一定程度上增加实物模型验证的准确性。采用自顶向下设计的方法，可增强人机设计的准确性，弥补实验室人机设备不足的问题。

人机工程教学改革实践案例展示

多媒体控制台是一款具有站姿、坐姿并综合手动控制装置和显示装置及操作岗位空间的产品适合作为人机工程学综合性设计题目。笔者以多媒体控制台的人机工程设计为例，展示Manikin在人机工程教学中的应用过程。多媒体控制台设计主要采用数字化人体进行辅助设计，笔者在对现有产品及使用过程进行调研后，提出了一款显示器角度可调整以满足站姿和坐姿操作下的最佳视角的要求、在站姿下便于鼠标操作的设计方案。为了确保设计数据的准确性，在计算机辅助设计初期就在数字化人体模型的基础上进行设计，首先导入P50中等身材的数字人体模型，调整站姿下操作多媒体控制体的姿势并保存，根据数字人体模型中手功能高和最佳视线确定显示器位置和控制台台面的高度，另设计倾斜的鼠标放置平面以避免操作鼠标时手腕背侧曲，长时间导致腕部的疾病；将数字人体模型由站姿调整为坐姿，并调整位置，设计操作台的高度，满足最佳操作平面的要求，根据坐姿的眼高来设计显示器的位置，因站姿下显示器位置和坐姿下显示器位置不一致，必须设计显示器调整装置，将显示器调整为坐姿下的最佳视角，在此基础上设计座椅的高度及脚踏的位置；然后分别将数字人体模型替换为女性P5百分位数字人体和男性P95百分位数字人体，检验不同高度操作人群的舒适性等人机问题，并做局部改进。

作者：张铁成单位：大连大学机械工程学院