Pro/ENGINEER Manikin

Výroba fyzického prototypu je časově náročná a nákladná, a proto se obvykle omezuje jen na dílčí – důležité – části konstrukce. Výsledky bývají často k dispozici až v pozdní fázi vývoje, kdy jsou změny příliš nákladné. Vedle toho specializované programy pro simulování postav byly většinou příliš drahé, vytvořené pro experty (tedy pro běžné uživatele obtížně ovladatelné) a špatně integrované s CAD aplikací.

Uvedením Pro/ENGINEER Manikin se ovšem situace rapidně mění. Toto softwarové řešení je založeno na ISO standardech pro definování digitálních lidských modelů, jeho ovládání je skutečně jednoduché a také jeho cenová dostupnost je velmi příjemná. Technologie Pro/ENGINEER Manikin je navržena pro konstruktéry, aby byli schopni navrhnout výrobek v požadované funkčnosti, tedy včetně ergonomie, a ověřit jej v době, kdy jsou ceny za změnu minimální.

Podívejme se nyní na to, jak může být Pro/ENGINEER Manikin použit v návrhu kabiny zemědělského stroje k zajištění bezpečné, pohodlné a produktivní činnosti obsluhy. Již při vytvoření prvotního konceptu kabiny můžeme posadit požadovanou postavu na místo posádky. K dispozici jsou postavy dětí, žen a mužů, v různém věkovém rozmezí, procentuálním zastoupení v populaci, členěné podle různých světových regionů. Toto nám umožní ověřit vhodnost zástavby pro široké spektrum potenciálních zákazníků z celého světa.

Při vkládání postavy jsme dotazováni, zda má postava sedět, či stát, a pak už stačí jen vybrat příslušné místo. Pro urychlení nastavení požadované pozice máme na výběr z celé řady přednastavených pozic, přehledně zorganizovaných a s miniaturním náhledem. Výrobce je označuje jako tzv. makropozice, viz. obr. 1. Zvolením příslušné pozice ze seznamu docílíme toho, že postava sedí v křesle a má mírně předpažené obě ruce a nohy jsou v kolenou jen mírně pokrčeny.
     
Obrázek 1

Obrázek 2

Jistě nás zajímá, jak vypadá interakce postavy s prostředím kabiny. Dosáhne budoucí obsluha pohodlně na všechny ovládací prvky? Může řidič plně otočit volantem? Nedochází přitom ke kolizím? Vidí do zpětných zrcátek a také před stroj?

Abychom mohli na tyto otázky odpovědět, musíme postavu umístit detailněji. Máme k tomu speciální manipulační nástroje, které jsou představeny právě v modulech Pro/ENGINEER Manikin. Patří k nim posuvy i rotace jednotlivých celků postavy (např. paže, trup, atd.), ale také jednotlivých členů (např. článek prstu). Abychom zajistili součinnost pohybu volantu a paží, jednoduchým způsobem spojíme bod na volantu s přednastaveným úchopovým bodem dlaně. Nyní nám zbývá jen ohnout všechny prsty, aby obepínaly volant. Toho docílíme jednoduchým výběrem tzv. mikropozice opět z knihovny (sevření levé dlaně), viz obr. 2. Pokud nám tato pozice nevyhovuje, můžeme ji opět tažením za jednotlivé prsty uvolnit a uložit k opětovnému použití. Stejným způsobem uchopíme pravou rukou ovládací joystick a přiložíme nohy k pedálům.

Obrázek 3 a 4

Navíc můžeme využít standardních Pro/ENGINEER nástrojů, jako jsou zjišťování kolizí, měření vzdáleností a minimálních vůlí. Jakmile máme odzkoušen pohyb volantu, můžeme jednoduše zaměnit postavu za jinou, např. jiné národnosti, s odpovídající výškou. Nebo zaměníme muže za ženu.

Rozhled z kabiny. V našem ověřovacím a návrhovém procesu chceme ověřit kromě pozice postavy také vizuální možnosti budoucí obsluhy. Jednoduše vybereme bod, na který se má postava dívat. Příslušnou ikonou zobrazíme čáru pohledu, optimální, binokulární a periferní zorné úhly, viz obr. 3 a obr 4. Snadným pohybem hlavy můžeme analyzovat rozhled řidiče z různých míst.

Pro/ENGINEER Manikin nám také umožňuje „vidět to, co vidí obsluha“, takže si můžeme výrobek prohlížet očima budoucího uživatele, viz obr. 5. Snadno tedy zjistíme, zda řidič uvidí plně naloženou radlici v horní poloze, popřípadě zda při práci vidí všechny důležité ovládací prvky v kabině.

Obrázek 5a a 5b

Zapnutím tzv. pohybových obálek obou paží můžeme rychle a intuitivně zkontrolovat, zdali obsluha dosáhne na všechny ovládací prvky v kabině, viz obr. 6.

Obrázek 5c a 6

Chceme-li přesněji ověřit dosah, můžete přesunout ruku do požadovaného místa uvnitř obálky. Snadno tak zjistíme, jestli může řidič držet levou rukou volant a současně pravou rukou ovládat klimatizaci. Opět platí, že můžeme v této pozici postavy zaměňovat.

V případě, že potřebujeme provádět detailnější studie lidských analýz podle zdravotních směrnic a předpisů, můžeme využít Pro/ENGINEER Manikin Analysis. Tato aplikace navíc obsahuje:

• Analýzu horních končetin (RULA) – volíme: podepřená paže, postava vsedě, práce napříč trupu, četnost úkonu atd. Výsledkem je výpočtový prvek a skóre 1–7 (vyhovuje, je nutno změnit, nevyhovuje).
• Analýzu zvedání/pokládání (NIOSH 91) – volíme počáteční a koncovou polohu, četnost zvedání (počet/minuta), dobu (např. < jak hodinu), kvalitu uchopení, hmotnost břemene. Výsledkem je doporučený váhový limit pro danou postavu a tzv. Lifting Index, který říká, zdali zvedání a pokládání po dobu menší jak hodinu bude pro postavu znamenat následky.
• Analýzu zvedání/pokládání (SNOOK) – volíme počáteční a koncovou polohu, četnost zvedání, hmotnost břemene. Výsledkem je procentuální akceptace jak pro muže, tak pro ženu a zároveň doporučená hmotnost břemene.
• Analýzu tlačení/tažení – volíme vzdálenost, četnost, hmotnost. Výsledkem je procentuální akceptace pro ženu a muže a také hmotnost akceptovatelná pro 75 % populace.
• Výrobce, tedy firma PTC, uvádí, že další typy analýz budou dostupné v dalších subverzích systému Pro/ENGINEER.

Navrhujme výrobky, které jsou více uživatelsky přívětivé. Pomocí Pro/ENGINEER Manikin a Pro/ENGINEER Manikin Analysis můžeme začlenit lidské postavy do procesu vývoje výrobku a vyzkoušet tak různé varianty dle přání zákazníků. Schopnost dívat se na výrobek očima budoucího uživatele je jistě deviza, která se dá zúročit jak v koncepčním návrhu, tak při ověřování virtuálního výrobku. Docílit stejného výsledku při použití tradičních metod je jistě finančně i časově náročnější.

Obrázek 7

Základní funkčnost Manikina má nyní k dispozici každý uživatel systému Pro/ENGINEER s aktivním maintenance. Výrobce totiž rozšířil standardní konstrukční balíky o Manikin Lite, jenž je dostupný formou update softwarového pracoviště. Update je bezplatnou součástí služby maintenance. Manikin Lite stejně jako další v tomto článku uvedené aplikace Pro/ENGINEER Manikin a Pro/ENGINEER Manikin Analysis jsou k dispozici pro všechny uživatele od verze Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 od prosince 2008.

Obrázek 8

Dodavatelem aplikací Pro/ENGINEER Manikin pro Českou republiku je AV ENGINEERING, autorizovaný dodavatel softwarových systémů Pro/ENGINEER, Windchill, Arbortext, Mathcad a Pro/TOOLMAKER.