KANBrief 3/13

Komputerowe modele człowieka a ergonomia maszyn i procesów

Dzięki nowoczesnym narzędziom wspomaganym komputerowo można na wiele sposobów poprawić ergonomię, a tym samym bezpieczeństwo w miejscu pracy. Jednym w przykładów są komputerowe modele człowieka (digital human models - DHMs), które zyskują na znaczeniu podczas planowania dobrych maszyn i systemów pracy. Celem na przyszłość jest zwiększenie możliwości i zakresu stosowania tych narzędzi.

Wirtualne planowanie pozwala na natychmiastowe ustalenie wyników decyzji podejmowanych podczas projektowania maszyn i przygotowywania procesów pracy. W tym celu maszyny i procesy pracy są wstępnie modelowane wyłącznie komputerowo. Celem tych działań jest precyzyjna symulacja interakcji między człowiekiem a technologią. Na rynku możemy znaleźć wiele komputerowych modeli człowieka, które modelują na przykład proces ruchu w trzech wymiarach, a także określają i oceniają obciążenie fizyczne. Projektant może ustawić rożne parametry, w zależności od grupy użytkowników i w ten sposób wyciągnąć wnioski dotyczące możliwości dosięgnięcia przedmiotu, pola widzenia, itd. To z kolei umożliwia uniknięcie błędów w projektowaniu na wczesnym etapie, przed fazą wdrożenia.

Obecnie głównym obszarem zastosowania takich systemów oprogramowania jest przemysł motoryzacyjny. To tutaj komputerowe modele człowieka używane są zarówno podczas projektowania wyrobów (takich jak przestrzeń dla pasażera w samochodzie, symulowanie wsiadania i wysiadania), jak i podczas planowania i opracowywania rozwiązań w procesie składania pojazdów (np. analiza możliwości dosięgnięcia przedmiotu).

Od normy do modelu człowieka
Dane antropometryczne są ważną podstawą wielu aspektów projektowania - wykorzystywane są na przykład w określaniu bezpiecznych odległości. Dane te można znaleźć między innymi w normie DIN 33402 "Ergonomia - Wymiary ciała człowieka" oraz w serii norm PN-EN ISO 7250 "Podstawowe wymiary ciała ludzkiego do projektowania technicznego". Normy te jednak nie zawierają wszystkich danych niezbędnych do zastosowania modeli człowieka w różnych obszarach, nie mogą być więc stosowane bezpośrednio i w całości. Producenci oprogramowania stosując więc często dane komercyjne, które są bardziej kompleksowe i aktualne i które są łatwiejsze do zintegrowania z oprogramowaniem 3D.

Podstawowe specyfikacje dla modeli człowieka opracowano w serii norm PN-EN ISO 15536 "Ergonomia - Komputerowe manekiny i płaskie modele ciała człowieka". Z kolei w normie PN-EN ISO 155371 znajdziemy metody wyznaczania składu grup osób do badań oceniających maszyny i systemy pracy za pomocą danych antropometrycznych.

Normalizacja modeli człowieka i wymiana danych
W przyszłości w tej dziedzinie czekają kolejne zadania. Badanie metodą Delphi2 przeprowadzone przez Federalny Instytut Bezpieczeństwa i Zdrowia w Pracy (BAuA) wykazało, że istnieją potrzeby bezpośrednio związane z normalizacją3:

  • Opracowanie formuły wymiany danych do opracowywania modeli człowieka (parametrów antropometrycznych i biomechanicznych, danych dotyczących ruchu, itd.), aby ułatwić wdrożenie wyników badań naukowych do systemów oprogramowania, a także wymianę wyników symulacji wśród społeczności naukowej. Punktem wyjścia do tych działań mogłaby być norma PN-EN ISO 15535 "Wymagania ogólne dotyczące ustalania antropometrycznych baz danych", w której określono już format przetwarzania danych antropometrycznych.
  • Opracowanie znormalizowanego modelu człowieka (na przykład poprzez ustalenie nomenklatury i minimalnej liczby wymaganych stawów oraz ich stopnia swobody i kierunku) dzięki dalszym pracom ukierunkowanym na uszczegółowienie serii norm PN-EN ISO 15536.

Ważną rolę w rozwoju komputerowych modeli człowieka odgrywa Komitet Techniczny "Symulacja człowieka i środowiska wirtualne" Międzynarodowego Towarzystwa Ergonomicznego (International Ergonomics Association - IEA). Od 2011 roku eksperci w ramach prac komitetu dyskutują nad nowymi osiągnięciami w tej dziedzinie oraz analizują, które wyniki mogą zostać włączone do norm.

Komputerowe modele człowieka już teraz mogą przyczyniać się do projektowania bezpiecznych i zdrowych miejsc pracy. Ze względu jednak na ich złożoność, obecne zastosowanie ogranicza się do prac specjalistów w dziedzinie ergonomii wspomaganej komputerowo. W przyszłości z systemów tych powinny zacząć korzystać również inne grupy użytkowników (np. inżynierowie) - w tym celu należałoby ulepszyć oprogramowanie w taki sposób, aby było one przyjazne dla użytkownika

 

Dr. Sascha Wischniewski
wischniewski.sascha@baua.bund.de

 

1 PN-EN ISO 15537:2005E - Zasady doboru osób oraz ich udziału w badaniach wyrobów przemysłowych i projektów konstrukcyjnych pod względem antropometrycznym
2 Systematyczny, wieloetapowy proces konsultacji. Uzyskane informacje zwrotne słu do optymalnego oszacowania przyszłych wydarze, trendów, rozwoju technologicznego, itp.
3 Wischniewski, S.: Digitale Ergonomie 2025 - Ergebnisse einer Delphi-Studie der BAuA. Raport z konferencji "Digitale Ergonomie", BAuA 2013, str. 30-46, http://www.baua.de/dok/3581598(w języku niemieckim).