plastik-ambalaj.com

Ürün yaşam döngüsü yönetiminde dijital insan modellemesi

Özet

Küresel rekabet ve hızla değişen müşteri talepleri, üretim yöntemlerinde ve imalat sistemlerinin konfigürasyonunda büyük değişikliklere neden olmuştur. Ürün ve üretim sistemleri bu talepleri karşılamak için hızla ve sürekli olarak değişmekte ve daha kısa pazar ömrüyle sunulacak ürün versiyonlarının artmasına neden olmaktadır. Geleneksel ürün tasarımı ve üretim planlaması bu son derece dinamik ürün geliştirme döngüleri varyasyonlarının üstesinden gelmek için yetersizdir. Bu geçmişe karşı, sanal ürün ve üretim geliştirme daha da önem kazanmaktadır. Dijital insan modelleme (DHM) araçlarının geliştirilmesi 1960'lı yıllarda başlamış ve kazanılmıştır. Yazılımın içeriği, kullanışlılığı ve problem çözme kabiliyetinde bir iyileşmeye yol açan son yıllarda ivme kazanmaktadır.

Ürün Yaşam Döngüsü Yönetimi (PLM)'nde Dijital İnsan Modellemesi (DHM) nedir? Mevcut ve muhtemel gelecekteki uygulamalarını nelerdiri açıklamaktadır. Örneğin Formula 1 yarış arabası ve deniz aracı, PLM ve DHM yazılım paketlerinin entegrasyonu ile geliştirilmiştir. Dassault Sistemlerinin CAD / CAE tasarımı / analizi için CATIA V5 PLM çözüm paketi kullanılmış ve görsel / matematiksel ergonomi ve insan analizi için UGS Tecnomatix JACK yazılımı kullanılmıştır. Donanma gemilerinde bir patlama hareketi simülasyonu için PLM’de DHM'nin potansiyellerini araştırmak için gelecekteki çalışmalar için konu tartışılmıştır. Sonuçlar ve gözlemler, DHM ve PLM paketlerinin entegrasyonu, ürün geliştirme çabalarını iyileştirmek ve kompleksin simülasyonu için gelişmiş bir yaklaşım sunmak için potansiyelleri olduğunu göstermektedir.

Anahtar Kelimeler: Dijital İnsan Modellemesi, İleri Üretim, Ürün Geliştirme, İnsan Faktörleri ve Ergonomi, Ürün Yaşam Döngüsü Yönetimi, Mühendislik Tasarımı, Simülasyon ve Modelleme, PLM, DHM

1.Giriş

Yakın geçmişte, yeni yazılım, ürünlerin ve sistemlerin işlevsel analizi ve simülasyonunu mümkün kılan üç boyutlu (3D) tasarım ve katı modelleme olanakları yaratmıştır. Bilgisayar destekli mühendislik (CAE) terimi mühendislik dünyasında tanıtıldı ve yazılım analiz ve simülasyon (örneğin: tasarım ve yapısal analiz) için kullanılmıştır. Bugün CAE, mühendislik disiplinlerini ve CAD, materyal seçme / kullanma, yapısal analiz ve optimizasyon, dinamik ve kinematik mekanik sistem analizi, hesaplama sıvı dinamiği, imalat simülasyonu ve emniyet / yolcu simülasyonu. Geçtiğimiz on yıl boyunca, CAE yazılımının kullanımı hem üretim alanında (örneğin: malzeme akış analizi, üretim mühendisliği (montaj dizileri), robot simülasyonu ve elle montaj) geliştirilmiş ve artmıştır. Burada, en yaygın olarak, 3D bilgisayar modelleri, daha önce görselleştirme ve simülasyonda kullanılır. Geliştirilecek hemen hemen tüm ürünler insan tarafından kullanılacaktır. Farklı cinsiyetler, yükseklikler ve benzeri işçiler, çoğu işyeri ve üretim sistemini de doldurur. Tüm bu bireyler ve onların ihtiyaçları, kullanıcı, tüketiciler veya işçiler olarak hareket ederken farklılık gösterir ve bu sayede, ürünler, işyeri vb. Talepleri karşılamak için tasarlanmış olan açık talepler ortaya çıkabilir veya Porter şunları söylemektedir: "Ürünlerin ve hizmetlerin uygun ve mümkün olduğu yerde tasarlanması için etik, yasama ve mali nedenler vardır. En geniş tüketici yaşı, şekil, boyut, ihtiyaç, tercih ve kabiliyet aralığı"olarak belirledi. Bu açık gerçek, dijital insanların ürün ve işyerleri gelişiminde kullanılmasına duyulan ihtiyacı vurgulamıştır. Böylece, son on yılda, insanların dijital gösterimleri giderek daha yaygın hale gelmiştir. [1]

DHM yazılımı öncelikli olarak endüstriyel amaçlar için değil aynı zamanda tüketici ve / veya kullanıcı sorunları için de kullanılmaktadır. Yazılım, sanal ortamlarda bir dizi uygulama içermektedir, ancak asıl amacı antropometrik destek sağlamaktır: herhangi bir fiziksel nesneden önce ürün ve üretim tasarımında analiz, ölçüm ve değerlendirme, neredeyse erişim, vizyon analizi ve benzeri inşa edilmiştir. Aracın kendi kapasitesi ve kullanışlılığının yanı sıra, yazılımın gerçek kullanımı da aynı derecede önemlidir. Aracı doğru bir şekilde uyarlamak ve kullanmak için (örneğin, yeterlilikler, süreçler, iletişim, yorumlama ve sonuçların belgelendirilmesi) dikkate alınması gereken birçok yön ve ön koşul vardır. Ergonomi simülasyonunun tasarım ve üretim planlama süreçlerine entegrasyonu için yöntemler olduğu gibi metodolojiler ve simülasyon prosedürleri de önemlidir. Fakat her şeyden önce, dijital insan modelleme yazılımının kullanımı hem teknik hem de insani faktörlerin bilinmesini gerektirir. Ergonomi simülasyonunun tasarım ve üretim planlama süreçlerine entegrasyonu için yöntemler olduğu gibi metodolojiler ve simülasyon prosedürleri de önemlidir. Fakat her şeyden önce, dijital insan modelleme yazılımının kullanımı hem teknik hem de insani faktörlerin bilgisini gerektirir. [2]

2.PLM’ deki İnsan Elemanı

PLM, insan, süreç ve bilgileri entegre ederek ürün tanımının yönetsel ve mühendislik yönlerini içeren stratejik bir iş yaklaşımıdır. PLM, ürünün tanımlama bilgilerini, şirketteki farklı kesimler arasında güçlü bir işbirliği oluşturarak, kavram yaratma sürecinden ürün ömrünün sonuna kadar ürün yaşam döngüsünü yönetmek için kullanır. PLM, ürünlerin yenilikçi oluşturulması, imalatı, yönetimi, dağıtımı ve servisini destekleyen tutarlı bir iş çözümleri seti uygular. Karmaşık ürün geliştirme stratejileri, konsept ürünün insan makine entegrasyonu ve ergonomi yönlerini şimdiye kadar uygulamaya başlamadan önce düşünmelidir. Bu yazıda incelenen bir anahtar ürün geliştirme stratejisi, PLM uygulamaları için dijital insan modellenmesinin kullanılmasıdır. Birçok sanayi, insan unsurunun tasarımın, montajın ve ürünlerin bakımının ilk aşamalarında etkili bir şekilde düşünülmediği aynı zorluklara sahiptir. Bununla birlikte, dijital insan modellenmesi araçlarının kullanımı, yedek tasarım değişikliklerini en aza indirgeyerek kaliteyi artırabilir ve ergonomiyle ilgili sorunları ortadan kaldırarak ürünlerin emniyetini geliştirir. Ford Motor Co.'daki bir örnek, yeni bir uydu dijital anten radyo sisteminin kurulumunda ergonomi ve iş güvenliği değerlendirmek için JACK insan simülasyon çözümü ile ilgilenmektedir. Bu analiz erken, ürün tasarım gözden geçirme aşamasında gerçekleşmiştir. Bu, geç tasarım değişikliği çabalarını azaltmış ve prototiplendirme öncesinde performans ve ergonomiye dayalı sorunları değerlendirmeye yardımcı olmuştur.

2.1.PLM için Dijital İnsan Modellemesi İhtiyacı

Dijital İnsan Modellemesi, performansı ve / veya güvenliği tahmin etmeyi kolaylaştırmak için bir simülasyona veya sanal ortama yerleştirilen işçilerin temsilcileri olarak dijital insanları kullanmaktadır. Ayrıca, arka planında matematiğin ve bilimin insanoğlunun görselleştirilmesini de içermektedir. Dijital İnsan Modellemesi, kurumların verimliliği ve maliyeti optimize ederken kuruluşların daha güvenli ve verimli ürünleri tasarlamalarına yardımcı olur. Dijital İnsan Modellemesi 'ni içeren uygulamalar, mühendislerin ergonomiyi ve insan faktörlerinin mühendislik ilkelerini tasarım sürecinde daha erken entegre etmelerini sağlayacak potansiyele sahiptirler. Dijital İnsan Modellemesi uygulamalarının avantajlarından biri, hareket yakalama araçlarının Dijital İnsan Modellemesi'ni kullanması ve iş istasyonlarının ve yeni ürünlerin sanal etkileşimli tasarımı yoluyla yaralanmaların ve konfor öngörüsünün azaltılmasına yardımcı olabilmesidir. Bu yöntem, üreticilerin ve tasarımcıların, üretim başlamadan önce potansiyel risk tahmin etmelerini sağlar. Geleneksel olarak DHM uygulamaları imalat ve tasarım endüstrisi tarafından kullanılmıştır. İlk sayısal insan modelleme uygulamalarından biri, kokpit tasarımı için ABD askeri tarafından uygulanmıştır. Araçların emniyetini ve performansını değerlendirmek için sanal sürücüler kullanıldı ve pahalı fiziksel çekmelere olan ihtiyaç en aza indirildi. Dijital insan modellerinin en geniş uygulama alanları araç tasarımı, otomatik ve off-road ekipman imalatıdır. Son zamanlarda, CAE araçlarındaki teknolojik gelişmeler ve ilerleme Dijital İnsan Modellemesi'nin uygulama alanlarını genişletmektedir. Çalışmalar, ulaşım tasarımı, çalışma ortamı, simülasyonu, sağlık personeli ve bilişsel insan modellemesinin eğitim ve simülasyonunda mevcut / muhtemel DHM uygulamalarını bulabildiğini göstermektedir. Peşin ürünlerin veya sistemlerin tasarımı ve geliştirilmesi, tasarımların müşteri, iş veya imalat talepleri ve kısıtlamaları nedeniyle değiştirilmesi, değiştirilmesi veya ters mühendisliği yapılması gereken tekrar eden bir süreçtir. Ayrıca, bir ürün geliştirme sürecinin temel bileşenleri; insanlar, departmanlar, donanımlar ve sistemler izolasyonda gerekli işi yapamazlar. Ürünlerin tasarım, analiz, üretim, pazarlama ve servis esnasında bu temel bileşenleri bütünleştirmek için kesin bir ihtiyaç vardır. DHM ve PLM araçlarının entegrasyonu, ürün geliştirmenin zorluklarını tasarımdan servise giderebilir ve ürün geliştirme sürecinin kontrolünü sağlar. Bu entegrasyon aynı zamanda mühendislik tasarımı ve analiz yeteneklerini arttırır, ürün ergonomisini geliştirir, insan-makinesinin sanal gerçeklik uygulamalarını etkinleştirir ve maliyet ve zaman tasarrufu sağlar.   [2]

3.Dijital İnsan Modellemesi

Karmaşık insanı dijital olarak temsil etme girişiminde, modellenen işlevler hem fiziksel hem de bilişsel performansı insan yönlerini içerir. Genel olarak, bir model bir nesnenin bir kopyası ya da bir görüntüsü, çoğunlukla bir fiziksel nesnenin minyatür bir temsilidir, ancak bir işlevin ya da bir işlemi çoğaltmak için de eşit derecede kullanılabilir. Bir modelin amacı, gerçeği daha ucuz veya basit bir formla değiştirmek ve böylece herhangi bir eylemin kararlaştırılmadan veya gerçekleştirilmeden gerçekliğin eklemelerinin veya manipülasyonlarının sonuçları üzerinde çalışılabilmesidir. Bir model, gerçek nesnenin bir görüntüsü veya fiziksel bir kopyası olabilir, ancak belirli giriş koşullarına tepki elde etmek veya hesaplamak için kullanılabilecek bir dizi kural veya denklem olabilir. Bir fiil olarak model, bu tür modellerin oluşturulması, oluşturulması veya tasarlanması prosedürüne atıfta bulunur. Bu bölümde, model terimi hem ismin hem de fiil olarak kullanılmıştır. Okuyucunun bilgisayar araçlarındaki farklılıkları tanıması ve anlaması için dijital insan modellemesinin alanı olan alan, bilişsel / performanslı ve fiziksel dijital insan modellemesi olmak üzere iki ana sınıfa ayrılmıştır :

• Bilişsel ve Performanslı DHM
• Fiziksel DHM

3.1.Bilişsel ve Performanslı DHM 

Bilişsel ve performanslı dijital insan modellemesi, insanın bilişsel ve performans yönlerinin modellenmesini ve simülasyonunu içerir [örneğin insan-bilgisayar etkileşiminin (HCI), insan-makine etkileşiminin (MMI) modellemesi, davranışsal gerçekçilik, yapay zeka ve etkileşim sentetik maddeler].Çalışan nitelikleri ve becerileri, psikolojik stresin modellenmesi ve değerlendirilmesi gibi yönler dâhil edilmiştir. Bilişsel performans simülasyonu, fiziksel performans simülasyonundan daha karmaşık kabul edilir. Bu tür modelleme ve simülasyon için hedef alanlar, acil durum yönetimi, oyun geliştirme, kolluk kuvvetleri, havacılık, silahlı kuvvetler ve imalat sanayi gibi bilişsel ve performansla ilgili alanlardır. Yazılım örnekleri, Micro Saint, NASA TLX, Bilgisayar Destekli Sistemler İnsan Mühendisliği (CASHE)  ve Performans Görselleştirme Sistemi (PVS) insan iş yükü, işyeri tasarımı ve entegre insan sistemi performansı üzerinde çalışmıştır. Başka bir yazılım REBA'dır; REBA, psikolojik modelleri ve değerlendirmelerini yapar, stres (örneğin, yorgunluk, monotonluk ve yıpranma). Bu modelleme araçlarından bazıları lojistik ve imalatsimülasyon araçlarına dayanmaktadır. Fiziksel modelleme alanıyla karşılaştırıldığında, bilişsel ve performans modellemenin alanı, esasen karmaşıklığı ve soyut niteliği nedeniyle bilinmiyor veya geliştirilemiyor. Bu bölümde, bilişsel ve performans dijital insan modellemesinin daha fazla açıklanmıyor, bunun yerine, fiziksel niteliklerin modellemesi ve simülasyonu üzerine odaklanılmaktadır. 

3.2 Fiziksel DHM 

Fiziksel dijital insan modellemesi, uygulanan fizyoloji (ergonomide biyomekanik ve çalışma duruşlarının ergonomisi) ve mesleki ergonomi (iş ile ilişkili kas-iskelet bozuklukları) yanı sıra enerjinin ergonominin geleneksel alanlarını kapsar harcama, vizyon ve güvenlik. İnsan modelleri, insan vücudunun anatomik şekli ve yapısını veya belirli koşullar altında insan fizyolojik reaksiyonlarını ve performansını yeniden üretir. Modeller genellikle bağlantılı bölümler şeklinde tasvir edilmiştir ve insanların kas iskelet sistemi üzerindeki ağır yüklerin etkileri veya nesnelerin ulaşılması veya görülmesindeki zorluklar gibi ergonomik problemleri tanımlamak için kullanılır: (insanların büyüklüğündeki veya gücündeki büyük değişikliklerin fiziksel olarak barınması da dâhil) tasarlanan ürünleri veya sistemleri çalıştırırken. İnsan şekilleri ve davranış şekilleri nedeniyle, insan modelleri birçok farklı biçimde olabilir. İnsan modelleri antik zamanlardan beri yaratılmış ve kullanılmıştır, ancak dijital modeller yalnızca dijital bilgisayarın gelişinden beri var olmuştur. İki boyutlu ve özellikle 3D belden kırma dijital modeller, daha önce tasarımcılar tarafından kullanılan önceki 2D insan karton modellerini veya şablonlarını büyük oranda değiştirmiştir. Bu bağlamda, iki tip insan modelinin ilgisi vardır. İlki, iş ve spor faaliyetleri sırasında eklemlerde ve diğer vücut bölgelerinde kuvvet ve moment hesaplamayı mümkün kılan biyomekanik modeldir. Bu modeller, yüklerin yükleri nasıl etkilediğini anlamayı mümkün kılmıştır. Vücut yapıları ve nasıl bir yaralanmaya neden olabilir. Mevcut yazılım, yalnızca belirli bir grafik görselleştirme kullanır ya da hiçbiri, verilen durumda genellikle faydalıdır. Biyomekanik için dijital insan modelleri örnekleri, özellikle 4D Watbak, NIOSH ve Snook araçları,Ergo İstihbarat Kılavuzu Malzeme Elleçleme, 3DSSPP ve Ergowatch'dir. yolcu emniyet sistemlerinin tasarımı ve optimizasyonu için bir mühendislik aracı olan MADYMO ve ABBA, işyerinde ve stres analiz yazılımında kullanılan ergoSHAPE. İkinci tip geliştirme, 2- veya 3D yapısal modellere şimdi 1960'lı yıllarda başlayan bilgisayar mankenleri deniliyor. Yazılım örnekleri arasında Jack, SAFEWORK, RAMSIS ve ManneQuinPro bulunmaktadır. Mevcut programlar, görünüm ve hareket açısından insancıl olan, grafik görselleştirme kullanan ve bilgisayar tarafından üretilen bir ortamda (diğer bir deyişle, manikin yazılımının kendi içinde veya başka bir yazılımda yer alan ve daha sonra bilgisayar manken yazılımına aktarılmış çevre) hareket eden mankenlere sahiptir.Birçok araştırıcı, bu alanın gözden geçirilmesi ve tanımlamaları ile bu teknolojinin pratikte nasıl kullanıldığı üzerine bilgi sağlamıştır.[2]

4.DHM Faydaları

Sanal Ergonomi Çözümü Üretim için insan çalışanı etkileşimi yaratmak, doğrulamak ve simule etmek için güçlü bir dijital insan modelleme aracı aşağıdaki faydaları sağlamaktadır:

• Yenilikle Rekabet Avantajı sağlar.

• Daha önce ürün yaşam döngüsüne Ergonomi tanıtır.

• İlgili sağlık ve güvenlik standartlarına uygunluğu sağlar.

• Piyasaya sürme süresini hızlandırır.

• Çalışan memnuniyetini artırır.

• İşyeri ve işyeri tasarımını optimize eder.

• Üretkenliği artırır.

• Fiziksel prototipleri azaltarak İnsan Faktörleri analizinin maliyetini düşürür.

• Konaklama modifikasyonu analizi sırasında hedef popülâsyonu değerlendirir.

• Kapsamlı bir görev analiz araçları seti kullanır.[3]

Dijital insan modellemesi uygulamalarının kullanımı ve bunların PLM çözümleriyle entegrasyonu, ürün geliştirmede ve dijital imalatta göze çarpan avantajlara sahiptir. Tasarım değişikliklerinin sayısı ve hızlı prototipleme maliyeti, DHM ve PLM entegrasyonu ile en aza indirilebilir. CIM Data’nın araştırması, ortalama olarak, dijital imalat teknolojileri pazarın teslim süresini % 30, tasarım değişikliklerinin sayısını % 65 ve üretim planlamasında harcanan zamanı azaltabilir. İşlemleri % 40 oranında azaltmaktadır. Üretim verimini % 15 arttırabilir ve genel üretim maliyetleri % 13 oranında azaltılabilir olarak öngörülmektedir.   [4]

4.1.Tasarımda Dijital İnsan Modellenmesi

Dijital insan modelleri için en geniş uygulama alanı araç tasarımındadır. Pahalı fiziksel korsanlıklar, sanal sürücüler, yolcular ve düzenleyiciler kullanılarak değerlendirilen sanal prototiplerle değiştiriliyor. 1970'lerden kalma orijinal insan modelleme araçlarının çoğu, ABD askeri ve müteahhitleri tarafından kokpit tasarımı için geliştirildi. Daha yakın zamanlarda, otomobil, kamyon ve yol dışı ekipman üreticileri, insan modellerini kapsamlı bir şekilde kullanmıştır. [5]

5.Toplam Tasarım Ömrü İnsan Modellemesi

Kişilerin kapasiteleri ve sınırlamaları temelinde ürünler üretmek ve geliştirmek, yeni bir kavram değildir. İnsan Faktörleri Mühendisliği ve ergonomi, bir ürün yaşam döngüsünün her aşamasında ortak bir bileşen-insan bulunduğunu kanıtlamıştır. Dijital insan modelleme teknolojisi, bir tasarımcının bir işyeri bağlamında insan performansını belirlemesinde veya bir ürünle olan etkileşiminin, kavramsal planlamadan ürünün varlığından önce nihai kullanımdan kaldırmaya kadar tüm yaşam döngüsü boyunca yardımcı olmasına yardımcı olabilir.

• İşgücünü Kolayca Oluşturma ve Onaylama,

• Manikin üretimi,

• Cinsiyet belirtimi,

• Yüz tanımlaması,

• Manikinmanipülasyon tekniği,

• Zarfa ulaşın ve süpürme hacmi spesifikasyonu,

• İleri vizyon simülasyonu,

• Etkinlik analizini seçme, yerleştirme ve yürüme,

• Sivil ve askeri insan faktörleri standartlarına uymak,

• Ürün yaşam döngüsünün başında bakım yapılabilirlik sorunlarını giderme,

• Gelişmiş, kullanıcı tanımlı dijital insan mankenleri yaratma ve bunları idare etme

5.1.İnsan Hazırlayıcısı

İnsan Üreticisi, başlangıçtaki işçi / ürün etkileşimi analizi için doğru standart dijital insanların sezgisel yaratılmasına ve manipüle edilmesine izin verir. İnsan Hazırlayıcısı, kullanıcı dostu bir arayüz sunar ve birinci düzey İnsan Faktörleri çalışmalarının İnsan Dışı faktörler uzmanları tarafından üstlenilmesini sağlar. Basit açılır menüler, erkek ve bayan standart mankenler oluşturmak için kullanılır (ad, cinsiyet vb.).Gelişmiş manken yapısı 99 bağımsız bağ, kesim ve elipsten oluşur. Ek olarak, manken, manik hareket için yedi varsayılan ters kinematik içeren doğal hareketi doğru bir şekilde üretmek için tamamen eklemli el, omurga, omuz ve boyun modellerine sahiptir.

5.2.İnsan Görevi Simülasyonu

İnsan Görev Simülasyonları, DPM planlama ve simülasyon altyapısını kullanarak "işçiler" için etkinlikler oluşturmak, doğrulamak ve simule etmek için kullanılan güçlü bir simülasyon aracıdır. İşçiler otomatik belirli bir konuma yürümek yürümek ve merdiven aşağı, yükselip merdiven inmek, başka bir hedef duruş diğerine geçmek, bir nesnenin kinematik cihazların yörüngesini veya yolunu takip ya edebilir. Kullanıcılar ayrıca, işçinin belirli kesimlerini kendi çevrelerindeki parçalar veya araçlarla sınırlamak için kısmi ilişkiler kurabilirler. Konum kısıtlamaları, seçilen bölümlerden, ortamdaki veya standart V5 kataloglarındaki seçilen 3B nesnelere depolanır. Bu sınırlamalar daha sonra, etkinlik değiştirildiğinde duruşu güncellemek üzere çözülür.

Sanal Ergonomi, simülasyonda işçiler ve diğer varlıklar arasındaki ilişkiyi analiz etmek için DPM Meclisi ile birleştirilebilir. DPM içindeki güçlü süreç simülasyonu ve yetenekleri kullanılarak simüle edilebilir ve onaylanabilir; böylece kullanıcıların belirli bir imalat, bakım yapılabilirliği ve montaj ortamında gerçekleştirmesi gereken iş için birden fazla alternatifi test etmeleri ve optimize etmeleri sağlanır.

Manikin görme değerlendirmesi bir tasarımcının bir operatörün veya bakım uzmanının bir görev ortamında "görebileceğini" anlamasına izin verir.

İnsan Duruş Analizi, kullanıcıların her bir uygulamanın ihtiyaçları için kendi özel konfor, güvenlik ve güç kütüphanelerini oluşturmasına olanak tanır.

5.3.İnsan Aktivitesi Analizi

İnsan Aktivitesi Analizi, bir çalışanın bir çalışma hücresi ile olan etkileşimlerinin tüm unsurlarını kapsamlı bir şekilde değerlendiren geniş bir gelişmiş ergonomi analiz araçları ve standartları vasıtasıyla, kullanıcının, insan konforunu, emniyetini ve performansını en üst düzeye çıkarmasını sağlar. Kullanıcılar, doğru ve etkin bir şekilde insan performansını öngörebilir, fabrika standartlarına uygunluğu garanti eder ve performansı en üst düzeye çıkarabilir. İnsan Aktivitesi Analizi, işçi performansını analiz etmek için aşağıdakiler gibi geniş bir ergonomi araçları içerir:

• Torkları, yükleri ve kaymayı hesaplamak için 3 boyutlu biyomekanik analiz araçları 

• NIOSH 81 ve 91 denklemlerini kullanarak kaldırma, indirme ve taşıma görevlerini analiz eder 

• SNOOK ve CIRIELLO denklemlerini kullanarak itme ve çekme görevlerini değerlendirir

• Kol konumu değerlendirmesi için KULLANICI kabiliyeti RULA teknik özelliklerini özelleştirmek için

5.4.İnsan Duruş Analizi

İnsan Duruş Analizi, kullanıcının bir işçinin duruşunun tüm yönlerini nicel ve nitel olarak analiz etmesine izin verir. Tüm vücut ve lokalize duruşlar, bir ürünle etkileşime girdiğinde, yayınlanan rahatlık veri tabanlarına uygun olarak, çalışanların konforunu, emniyetini, gücünü ve performansını belirlemek için incelenebilir, puanlanabilir ve yinelenebilir.

Kullanıcı dostu diyalog panelleri, mankenin tüm bölümleri için postürel bilgi sağlar ve renk kodlama teknikleri, duruşu optimize etmek için sorunlu bölgelerin hızla tanımlanmasını ve tekrar edilmesini sağlar. Uzman kullanıcılar, ergonomi kriterlerini, duruş tercih edilen açılarını, serbestlik derecelerini (DOF) ve kullanıcı tanımlı bir katalog içerisinde hareket aralığını tasarruf ederek bilgilerini paylaşabilir. Bu değerli bilgiler şirket genelinde kullanılabilir hale getirilebilir.

• DOF kilidini / kilidini açmayı sağlar

• Eklem sınırlarını konfor, güç ve emniyet açısından görüntüler, tanımlar ve uygular

• Tercih edilen açılı bölgelere göre duruşlar atar

• En iyi duruşu otomatik olarak bulur 

• Postural analiz için yayınlanmış konfor veritabanlarını destekler 

• Kullanıcı tanımlı konfor ve duruş veritabanları

5.5.İnsan Ölçüleri Editörü

İnsan Ölçümleri Editörü gelişmiş antropometri araçları paketi aracılığıyla gelişmiş, kullanıcı tarafından tanımlanan mankenlerin oluşturulmasını sağlar. Manikenler, daha sonra, bir ürünün veya işlemin amaçlanan hedef kitleye uygunluğunu değerlendirmek için kullanılabilir.

Kullanıcıların uygun kritik tasarım değişkenlerini girdiklerinde, çok normal bir istatistiksel algoritma, diğer tüm antropometri değişkenlerini otomatik olarak bir hedef yayında bulunan mankenler oluşturacak şekilde ayarlar. Bu eşsiz "sınır" manken teknolojisi, tasarımcıların minimum sayıda manken kullanarak tüm hedef popülasyonlarına uyum sağlamalarını sağlar. Sezgisel Grafik Kullanıcı Arayüzü (GUI), tasarımcılara antropometri değişkenleri arasındaki fonksiyonel ilişkileri analiz etmeye izin verir. Buna ek olarak, kullanıcı, İnsan Ölçümleri Editörü değerlerin kalan değişkenlerini belirlerken, ayrıntılı inceleme için görevle ilgili kritik değerleri tanımlayabilir.

Önceden tanımlanmış İnsan Kataloglarını kullanarak verimlilik artırılır.

• Tırmanma, Tırmanma, Yürüyüş / Yatma, Oturma / Durma, Diz çökme, Ulaşma / İşaretleme ve İtme gibi statik duruşlar

• Alet ve ekipman kullanımı ile bağlantılı duruşları kavrayabilme 

• Konfor, emniyet ve kuvvet kuvveti ile ilgili tercih edilen Açılar duruşları

• Farklı popülasyonların veya sınır mankenlerinin boyutlarına bağlı olan antropometri modelleri 

• Genel işyeri hareketleri için İnsan Görev animasyonu, Giriş / Çıkış arabası, Sürünerek durma ve ayakta durma için ayakta durma[5]

6.Sayısal İnsan Modellemesinin Uygulamaları

Bu yazıda DHM'nin endüstrideki farklı uygulama alanları incelenmiştir. Üç gerçek dünya zorlukları, CumminsInc - Yeni Ürün Başlattı (IE431 Kıdemli TasarımProje), NASDA - Yer Faaliyetleri (IE486 Dönem Projesi), Purdue Üniversitesi - Müfredattaki DHM (IE499 Onur Programı Araştırma), DHM'nin mevcut / muhtemel yararları için araştırılmıştır. Dijital İnsan Modelleme araçlarının kullanılabileceği endüstrideki görevlerin / operasyonların mevcut zorluklarını ve muhtemel taleplerini anlamak için şirket temsilcileri ve öğretim üyeleriyle doğrudan temas kurulmuştur. DassaultSystemes'in CATIA V5 PLM [1] çözüm paketi ve UGS Tecnomatix JACK DHM yazılımı, endüstriyel (CumminsInc. ve NASA) zorlukları için kapsayıcı bir çözüm sunmak için araştırılmış ve Purdue'de mühendislik müfredatını geliştirmek için bir yazılım kılavuzu (JACK) geliştirilmiştir. [6]

6.1.NX İnsan Modellemesi ve Postür Tahmini

Sanal insan modelleri ileri duruş tahminiyle ergonomik tasarım ve doğrulama sağlar.

NX® Human Modeling yazılımı, tasarımcıların ürün tasarımlarıyla etkileşimde bulunmak için insanların 3D modellerini kullanmalarını sağlar. Siemens'in Tecnomatix® Jack yazılımının teknolojisine dayanan NX Human Modeling,tasarım ortamından ayrılmadan uyum, temizleme ve ulaşma konularının hızlı değerlendirilmesi. İnsan modellemesi NX ürün tasarım araçlarına entegre edildiğinde, şirketler daha fazla kullanıcı memnuniyetine sahip, daha güvenli, daha işlevsel ürünler geliştirebilirler.

6.1.1.Yararları

• Tasarımcıların insanların ürün tasarımıyla nasıl etkileşimde olduklarını kolayca keşfedip doğrulayabilmelerini sağlar
• Ürün döngüsünde daha erken ergonomik tasarım doğrulamasını destekler
• İnsan faktörlerinin geçerliliği için fiziksel prototiplemeyi azaltır veya ortadan kaldırır
• İnsanın duruş ve pozisyonuna dayalı kontrollerin düzenlenmesinde yardımcı olur.
• Kontrol yerleştirme optimizasyonunu sağlar
• Ürünleri standartlara göre tasarlamaya yardımcı olur
• Veri çeviri süresini ve veri kaybını ortadan kaldırır.

6.1.2.Özellikleri

• İnsanların hızlı, basit ve biyomekanik olarak doğru modellemesini kolaylaştırır.
• Ürün tasarım araçlarıyla tamamen entegre olmak için ulaşacağı bölgeleri belirler ve grafiksel olarak temsil eder.
• 3B insan modellerini kullanarak araç içi yolcu paketleme çalışmalarını etkinleştirir.   [7]

6.2.Formula 1 Yarış Otomobil Tasarımı ve Sürücü Konforu Değerlendirmesi

DHM'nin PLM için kullanımı UGS'nin bir özel DHM yazılımı parçası olan UGS TecnomatixJack'in, DassaultSystemes'in CATIA V5 PLM yazılımı ile örnek bir Formula 1 yarış otomobilinin geliştirilmesiyle değerlendirilmiştir. Komple CAD modeli CATIA V5 yazılımı kullanılarak tasarlanmıştır. CAD modeli, kısıt tabanlı bireysel alt modellerden oluşmaktadır. Her alt model, CATIA V5'in Mekanik Tasarım tezgâhı kullanılarak oluşturulmuş ve daha sonra bir araya getirilen sayısız mekanik parçadan oluşuyor. Aktarılabilirlik özelliklerine sahip geçerli bir model oluşturmak için kısıt tabanlı katı modellemede son derece dikkat edilir. Kısıt tabanlı katı modelleme yaklaşımı, oluşturulan modelin diğer CAE yazılımlarıyla (Fluent, Ramsis, MADYMO) entegrasyonu avantajını getirir. Ayrıca, montajda parçaları görsel olarak incelemek için Kesitlendirme ve Çatışma Analizi uygulanmıştır.CAD model geliştirme sırasında, birkaç alt modelin mekanik bütünlüğü CATIA V5'in Üretken Yapısal Analizi ile test edilmiştir.

Bir statik analiz durumu, parçanın mekanik bütünlüğünü kaybetmeden uygulanan kuvvetlerin etkilerine dayanıp durmadığını kontrol etmek için sınır senaryolarını farklı senaryoları (kuvvetler, hızlandırmalar vb.) Atayarak test etmek için geliştirilmiştir.CATIA V5'in Ergonomi Tasarım ve Analiz Tezgahı, sürücünün kokpit alanını ve konforunu optimize etmek için kullanılır. Dijital insan modeli, yerleşik antropometrik kütüphaneden Formula 1 yarış arabasına yerleştirilir ve uygun bir sürücü duruşu, İnsan Duruş Analizi tezgâhı kullanılarak atanır. Sürücü pozisyonunun görsel açıdan yasal olduğundan emin olmak için görsel kontroller (görüş, ulaşma zarfı, çarpışma algılaması vb.) uygulanır. (İnsan modeli ve yarış arabası arasında nüfuz etmemiştir, görsel olarak garip bir vücut duruşu yoktur vb.). Verilen duruş ve araba daha sonra Jack 5 yazılımına ihraç edilmiştir. CATIA V5 ortamında atanmış sürüş duruşu, Jack 5 yazılımında dahiliJack insan modelleri kullanılarak taklit edilir. Taklit edilen duruş, daha sonra, İşgalci Paketleme Araç Seti menüsünde Konfor Değerlendirmesi modülünü kullanarak sürücü konforu açısından analiz edilir. Konfor Değerlendirmesi modülü, atanan durağın, 3D eklem açılarından ve genel konum analizine dayalı olarak konfor aralığı içerisinde olup olmadığını belirler. Konfor Değerlendirmesi analiz çıktısı, vücut bölümlerinden herhangi biri konfor aralığında / dışındaysa vurgulanır. Birkaç kokpit özellikleri değiştirildi ve garip vücut pozisyonları, insan modelinin konforu ve CAD modelinin yapısal bütünlüğü tasarım hedeflerine uyana kadar değiştirildi. Bu ikili doğrulama yöntemi, sanal ve matematiksel, daha kapsamlı bir analiz sağlar ve optimum sürüş standartlarını ve rahatlığı sağlamak için daha iyi bir çözünürlük sunar. Montajın tamamlanmasından sonra komple CAD modeli, Real Time Renderingworkbench tarafından ürün geliştirme girişimlerini geliştirir.

6.3.Gemi Tasarımı ve Simülasyonunda DHM

Formula 1 yarış otomobil tasarımında tartışılan ürün geliştirme metodolojisi, deniz uygulamaları için tasarım ve analiz zorluklarını çözmek için kullanılabilir. Tartışılan örnek [4], DHM uygulamalarının entegrasyonunun deniz gemilerinin tasarım, analiz ve simülasyon ihtiyaçlarını iyileştirdiğini göstermiştir. Sualtında meydana gelen bir patlamayla üretilen su altı şokunun, çok kısa sürede aşırı yüksek hızlamalara bağlı olarak gemi ve gemi personelinin en büyük tehditlerinden biri olduğuna işaret etmektedir. Yazarlar, insan vücudunu (bir sandalyeye dik olarak oturan) farklı bölümlerde bölen basitleştirilmiş bir mekanik sistem olan yoğun bir parametre modeli kullandılar. İnsan vücudu dikey bir darbeye maruz bırakılır ve gövde parametre modeli, darbe kuvvetlerinin kritik limitleri aştığı insan vücudunun kısımlarını tanımlamak için kullanılır. Ayrıca, insan vücudu üzerinde etkili pik yüklerin yapısal sönümlenmesinin ve sertliğinin etkileri, bu toplanmış parametre modeli kullanılarak araştırılabilir. Formula 1 yarış otomobiline benzer paralel bir tasarım ve analiz yaklaşımı, deniz kabı tasarımı ve analizinde gelişmiş CAE uygulamaları ile DHM ve PLM entegrasyonunun potansiyelini göstermek için incelenmiştir. Formula 1 yarış otomobili CAD modelleme prosedürüne benzer şekilde, bir gemi modeli CATIA V5 kullanılarak sıfırdan geliştirildi. Jeneratif Şekil Tasarımı tezgahı, bir deniz gemisinin dış cildi (Dış gövde CATIA V5 öğreticisi kullanılmıştır) tasvir etmek için kullanılır. Bundan sonra dış cilt, ana ünitenin güverte ve transversal bölme plakalarının sınırları olarak kullanılır. Ardından, geminin basitleştirilmiş bir iç yapısı, Yapı Birimi Nesli Ayrıntılı Tasarım tezgahını kullanarak taban birimini çoğaltarak geliştirilmiştir. Boyuna güverte plakaları, enine perdeler ve kirişler, geminin iskelet yapısını oluşturmak üzere tasarlanmış ve sertleştirilmiştir. Dış gövdenin mekanik bütünlüğü CATIA V5'in Üretken Yapısal Analizi ile test edilir. Statik olmayan bir dış gövde üzerinde uygulanan dağıtılmış kuvvetlerin ne-if etkisi gözlemlemek için statik bir analiz durumu geliştirilmiştir.

CATIA V5'in Ergonomi Tasarım ve Analiz Tezgahı, eklenen insan modelinin gemi yapısına göre duruş, konum ve görsel oranını görsel olarak teyit etmek için CAD yapım araçları ile aynı anda kullanılır. Eklenen insan modelinin antropometrik bilgilerini dikkatle değerlendirerek, çapraz bölmeli plakalardan birinde bir kapı paneli oluşturulur. (yükseklik, kol açıklık genişliği, vb.) Kapının yeri (döşeme plakasından kapı yüksekliği) ve kapı büyüklüğü sokulan insan modeli açısından görsel olarak sabitlenmiştir. Kapı paneli oluşturulduktan sonra, insan modeline bir yürüyüş duruşu atanır ve insan modelinin görsel açıdan yasal olduğundan emin olmak için uygulanan görsel kontroller (görme, ulaşma zarfı, çarpışma algılama, vb.) uygulanır (İnsan modeli ve paneller arasında penetrasyon yok, görsel olarak garip bir vücut duruşu yok).Verilen duruş ve tasarım birimi daha sonra JACK yazılımına aktarılır. CATIA V5'te atanmış yürüme duruşu, yerleşik JACK insan modelleri kullanılarak JACK'de taklit edilir. JACK modeline atanan taklit edilmiş duruş, daha sonra, kapı paneli boyunca bir yürüyüş görevini simüle etmek için Görev Simülasyonu Oluşturucu modülüne eklenir. Atanmış yürüme simülasyonu, kapı yüksekliği ve genişliğinin geçiti engellediğini kontrol etmek için kullanılır. Ayrıca, yürüyüş yolunun atanmış yük ile hala geçerli olup olmadığını doğrulamak için 25 kg kübik yük (0.5m x 0.5m x 0.5m) ile bir PUT görev simülasyonu insan modeline atanmıştır.

6.4. Sonuçlar

CATIA V5 çoklu görev tasarım ve analiz arayüzü, karmaşık CAD modellemesi, üretken yapısal testler ve insan görsel performans araçları tek bir yazılım paketinde birleştirilerek kullanıcıya büyük bir esneklik kazandırıyor. Tasarım ve analiz geliştirme boyunca, CAD Modelleri, Sürücü Rahatlığı Analizini değerlendirmek için JACK yazılımına gönderilir. Konfor analizine bağlı olarak, sürücü kokpitinin çeşitli boyutları, en uygun sürüş standartlarına ve konfora uyacak şekilde değiştirilmiştir. CATIA V5 ve JACK entegrasyonu arasında sağlanan bu çift dosya aktarım / düzenleme protokolünün, sanal prototipleme ve gereksiz değişiklikler için gereken süreyi azaltırken ürün geliştirme hızını ve kalitesini artırdığı gözlemlenmiştir. Kritik vücut bağlantılarının analizi ve insan ve yarış arabası arasındaki çarpışma tespiti sürücünün güvenlik ve konforunu geliştirmiştir. Yolcu Ambalajı Raporu, mevcut kokpit tasarımının ergonomi, güvenlik ve tasarım hedeflerini karşıladığını göstermektedir. Buna ek olarak, CATIA V5'in gerçek zamanlı Gerçek Zamanlı İşleme tezgahı, CAD modeline estetik bir dokunuş ekleyerek ürün geliştirme çabalarını da geliştirdi. Literatür taraması ve Formula 1 yarış otomobil tasarımı sırasında geliştirilen uzmanlık, DHM ve PLM araçlarını kullanarak deniz araçlarının gelişimindeki paralel potansiyelleri göstermektedir. Toplanmış parametre modeli (çok serbestlik derecesi), deniz araçlarında patlama hareketlerinin etkilerini değerlendirmek için SDF (tek dereceli özgürlük) üzerinde geliştirilmiş bir yoldur. [2]Sadeleştirilmiş mekanik sistem, su altı şok hareketlerinin stres altındaki vücut parçalarının iyi bir yaklaştırılmasını gösterir. Bununla birlikte, güçlü görsel ve matematiksel analiz yetenekleri içeren ileri CAE yazılım uygulamaları yardımıyla karmaşık sistemlerin tasarım, analiz ve simülasyonunu araştırmak için daha fazla araştırma ve geliştirme gerekmektedir. Ayrıca, CATIA V5'in Yapısı Ayrıntılı Sistem / Nesne Tasarımı modülü gemi yapısı tasarımı ve kullanıcı dostu arayüzde güçlü bir araçtır ve tasarım ve analiz çalışmalarını kolaylaştırır. Bu PLM çözüm paketini dinamik DHM paketleriyle entegre etmek mevcut DHM ve PLM uygulamalarının yeteneklerini geliştirebilir.

7. Sonuç

PLM yaklaşımı, geniş mühendislik ve iş zorluklarını çözerek gücünü ve yeteneklerini kanıtlamıştır. DHM, ürün tasarımı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve tasarımdan üretime kadar süre ve maliyeti kısaltabilir. Ayrıca, DHM uygulamaları mühendislere tasarım ve ürün gelişiminde ergonomi, emniyet ve insan faktörlerini geliştirmeye yardımcı olur. Literatür taraması, Formula 1 yarış arabası ve deniz aracı tasarım uygulamaları, DHM ve PLM'ninentegrasyonunun karmaşık ürün geliştirme zorlukları için ortak bir çözüm olabileceğini göstermektedr. Ön araçlar, prototipleme ve üretim öncesinde insan güvenliği ve konforu için tasarlanabilir ve kontrol edilebilir. Karmaşık sistemlerin tasarımı ve insanlarla etkileşimi, DHM ve PLM entegrasyonu ile simüle edilebilir. Genel olarak, DHM ve PLM ile entegrasyonu, ürün geliştirme zorluklarını iyileştirme ve bir ürünün piyasaya sunulmadan önce tasarımı ve analiz edilmesi sürecinin tamamını denetleme potansiyeline sahiptir. Bu yazıda ele alınan Formula-1 yarış arabası ve deniz aracı tasarımı, kavram çizimi, katı modelleme, mekanik analiz, üretim ve pazarlamayla tek bir çerçeve içerisinde bir ürün geliştirme metodolojisini göstermektedir. Bu yazıda incelenen ürün geliştirme zorluklarının en önemli hususlarından biri, güncel mühendislik tekniklerinin estetik becerilerle uyumlu hale getirilerek karlı bir ürün için çok yönlü bir pazarlama fırsatları olduğunu göstermektedir. [4]Bu gelişmiş entegrasyon, daha fazla geliştirme ve araştırma çabasına ihtiyaç duyar ancak çalışmalar ve uygulamalar, DHM, PLM ve CAE araçları arasındaki entegrasyonun, karmaşık araçların / sistemlerin tasarım / analiz ve simülasyonu için olası bir çözüm olacağına inanmaktadır.

KAYNAKLAR

1.Porter, M. 2004. Competative Advantage. FreePress, pp. 592.

2. Sundin, A.,Örtengren, R. 2006. Digital Human ModelingFor CAE Applications. In “Handbook of Human FactorsandErgonomics” Ed: G. Salvendy. John Wiley&Sons, 1053-1078. 

3. https://www.3ds.com/fileadmin/PRODUCTS/DELMIA/OFFERS/Virtual-Ergonomics-Solutions/PDF/DELMIA-Virtual-Ergonomics-brochure.pdf    

4. Demirel, O.,Duffy, V. 2007. Digital Human Modelingfor Product Lifecycle Management. In “Digital Human Modelling” Ed: V.Duffy. SpringerVerlag, Berlin, 372-381.

5. http://mreed.umtri.umich.edu/mreed/research_dhm.html

6. Demirel, O.,Duffy, V. 2007. Applications of Digital Human Modeling in Industry. In “Digital Human Modelling” Ed: V.Duffy. SpringerVerlag, Berlin, 824-832.

7. www.siemens.com/plm

Bilge Üçok 2 - Semih Ötleş 1,2

1Ege Üniversitesi Ürün Yaşam Döngüsü Mükemmeliyet Merkezi

2Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Ürün Yaşam Döngüsü Yönetimi Anabilim Dalı