Praktická aplikace ergonomických modulů CATIE

Tags: CAD

Ergonomické moduly systému CATIA

Jak už bylo zmíněno, systém CATIA vzhledem na jeho rozsah a pokrývané druhy činností patří mezi velké PLM systémy. Je to tedy produkt pokrývající celý životní cyklus produktu od návrhu koncepce, přes detailní tvorbu modelů a výkresů produktu včetně projektování výrobního seskupení až po servis a údržbu. Tento systém má v sobě integrované následující  moduly pro ergonomické projektování a analýzy:

Modul pro tvorbu modelu člověka (HBR - Human Builder) – slouží pro tvorbu a manipulaci digitálního modelu člověka (v aplikaci se pro označení modelu člověka používá termín „Manikin“ - figurína) pro analýzu interakcí člověk - produkt. Nástroje obsáhnuté v tomto modulu zahrnují generování postavy člověka, specifikaci pohlaví a percentil, techniky pro manipulaci s figurou, tvorbu animace a rozšířenou vizuální simulaci. Na obr. 1 je ukázka vložení figuríny s dialogovými okny pro specifikaci pohlaví, percentily, rasy a dalších antropometrických parametrů figuríny.

Obr. 1 Dialogové panely pro vložení figuríny a umístění figuríny do požadované pozice

Modul pro editování rozměrů figuríny (HME - Human Measurements Editor) – je doplňkový modul k modulu Human Builder. Umožňuje tvorbu rozšířených, uživatelem definovaných figurín pomocí celé řady vyspělých antropometrických nástrojů. Je možné nastavit a přizpůsobit 103 antropometrických proměnných, a tak upravit kterýkoliv tělesný rozměr přesným požadavkům, respektive vytvořit figurínu odpovídající individuálním rozměrům konkrétního jednotlivce.  
Modul pro analýzu pozic člověka (HPA - Human Posture Analysis) - umožňuje uživateli kvantitativně a kvalitativně analyzovat všechny aspekty postoje figuríny. Celé tělo a lokalizované pozice mohou být zkoušené, hodnocené a iterované pro zabezpečení pohodlí a výkonnosti operátora při interakci s produktem. Umožňuje upravovat stupně volnosti jednotlivých segmentů ze kterých je složená figurína.
Modul pro analýzu činností člověka (HAA - Human Activity Analysis) - umožňuje uživateli maximalizovat pohodlí, bezpečnost a výkonnost použitím širokého spektra nástrojů pro ergonomickou analýzu, které komplexně hodnotí všechny prvky interakce člověka s produktem a speciálně analyzují interakci figuríny s objekty v jejím virtuálním prostředí. Modul podporuje následující analýzy: RULA (Rapid Upper Limb Assessment) analýzy, analýzy námahy při zdvíhání břemen (podle NIOSH 1981, NIOSH 1991 a Snook & Ciriello),  Push/Pull analýzy, Carry analýzy a biomechanické analýzy.  

Projekt ručního montážního pracoviště  

Výše uvedené moduly byly použity při analýze uspořádání ručního montážního pracoviště. Předmětem montáže byl tandemový brzdový válec, který je součástí brzdového systému osobního automobilu. Před samotnou analýzou byl vytvořený 3D model montované součástky a jejích komponentů jakož i model pracoviště. Pro vytvoření modelu součástky byl použit PLM systém Pro/ENGINEER. Samotné pracoviště bylo vytvořeno v programu FMSSoft, který je nadstavbou pro CAD systém AutoCAD. Uvedené modely byly následně importovány do prostředí systému CATIA. Samozřejmě bylo možné vytvořit všechny modely v CATII, ale vedlejším cílem analýzy bylo i ověřit schopnost vzájemné součinnosti jednotlivých CAD systémů za účelem provádění ergonomických analýz. Po importovaní modelů do CATIE byla do modelu vložena figurína reprezentující člověka (obr.2).

 Obr.2 Model pracoviště se všemi prvky a s figurínou

Po vložení figuríny do modelu pracoviště byly modelovány polohy, které se vyskytují při montážním procesu. Jednotlivé polohy byly následně analyzovány podle RULA. Výsledkem analýzy je skóre, které se počítá jako střední hodnota dílčího skóre jednotlivých částí těla, kde pro každou část těla je zvláštní stupnice hodnocení, viz tab. 1.

Tab. 1 Dílčí skóre pro jednotlivé části těla
    
Výsledné skóre se hodnotí podle následující stupnice:
zelená barva – indikuje, že poloha je akceptovatelná,
žlutá barva – indikuje, že polohu je třeba dále optimalizovat,
oranžová barva – indikuje, že polohu je potřebné změnit,
červená barva – indikuje, že poloha je absolutně nevyhovující a je potřebné ji okamžitě změnit.

Na obr. 3 je znázorněna poloha pracovníka při odebírání součástky z palety na stole s barevným vyznačením zatížení jednotlivých končetin při tomto úkonu. Na základě výše uvedené tabulky můžeme vidět, že předloktí má nevyhovující polohu a polohu zápěstí a nadloktí je potřebné taktéž optimalizovat. Na obr. 4 je grafické znázornění výsledků analýzy pro jednotlivé časti těla, jakož i výsledné skóre (Final Score), které má hodnotu 3 a je označené žlutou barvou, tedy podle pravidel RULA se vyžaduje další zkoumání a optimalizace.   

Obr. 3 Znázornění výsledků analýzy odebírání součástky z palety ve 3D modelu podle RULA [1]

 
Obr. 4 Znázornění výsledků analýzy odebírání součástky z palety [1]

Na základě výsledků analýzy bylo přistoupeno ke změně pozice palety se součástkami na stole. Paleta byla posunuta blíže směrem k pracovníkovi. Po provedení této změny byla opětovně spuštěna analýza. Její výsledky jsou na obr. 5.

Obr.5 Grafické znázornění výsledků analýzy odebírání součástky z palety po posunu palety [1]

Z obrázku je vidět, že všechny části těla jsou znázorněné zelenou barvou, neboli jejich poloha je vyhovující. Uvedený výsledek je vidět i z výsledného skóre na obr. 6. Výsledné skóre je 2 a je označené zelenou barvou - poloha těla je akceptovatelná.

Obr.6 Znázornění výsledků analýzy odebírání součástky z palety po optimalizaci pracoviště [1]

Stejným postupem byly analyzovány a optimalizovány všechny pozice při sahání po součástkách na paletách a regálech. Výsledkem je pracoviště, které je z hlediska ergonomie uspořádané tak, že nevzniká při montáži potřeba takových poloh těla, které jsou nevyhovující a vedly by k nadměrnému zatížení pracovníka.    

Závěr

Literatura