7-5. Metody modelowe w projektowaniu układów „człowiek-obiekt techniczny-środowisko”

Wyróżnia się kilka rodzajów modeli:

• Modele graficzne – od prostych rysunków do złożonych odwzorowań organizmu, np. w analizie wypadków.
• Modele sylwetek ludzkich (fantomy) – służą do planowania przestrzeni pracy operatora; jednak są one ograniczone do analiz dwuwymiarowych.
• Modele strukturalne – pozwalają analizować ruchliwość ludzkiego ciała, traktowanego jako mechaniczny układ kinematyczny (ruchliwość całego ciała może wynosić nawet w = 240).
• Modele reologiczne – stosowane do badania reakcji ciała ludzkiego na drgania i częstotliwości mechaniczne.

7-5. slajd 2

7-5. slajd 3

7-5. slajd 4

Modelowanie wspomaga projektowanie systemów technicznych z uwzględnieniem ograniczeń i możliwości człowieka jako ich użytkownika. Właściwe wykorzystanie modeli wpływa na zwiększenie niezawodności, bezpieczeństwa i ergonomii projektowanych rozwiązań.

7-5. slajd 5

Symulacja komputerowa w biomechanice pracy

Symulacja komputerowa jest jedną z kluczowych metod badawczych w biomechanice pracy. Umożliwia analizę fizycznych możliwości człowieka, w tym parametrów kinematycznych, dynamicznych, wytrzymałościowych oraz właściwości układu kostno-mięśniowego.

Dzięki trójwymiarowemu modelowaniu komputerowemu możliwe jest:

• odwzorowanie zarówno statycznych, jak i dynamicznych faz współdziałania człowieka z otoczeniem,
• projektowanie środowiska pracy w przestrzeni 3D z uwzględnieniem ergonomii i bezpieczeństwa,
• stosowanie programów takich jak: APOLIN, SAMMIE, ANTHROPOS, DIANA, ErgoSHAPE, czy techniki wirtualnej rzeczywistości (VR).

Modelowanie bryłowe pozwala na realistyczne połączenie elementów C–OT–O, a zastosowanie VR umożliwia przeprowadzanie symulacji całego „cyklu życia” obiektu – od produkcji po utylizację. W ten sposób można identyfikować zagrożenia i szkolić operatorów jeszcze przed powstaniem fizycznego obiektu.

Typy modeli komputerowych:

• Modele fizyczne o parametrach skupionych – używane do analizy postawy ciała i pracy stawów (np. model 3DSSp – służy do prognozowania sił działających na ciało i ryzyka przeciążeń).
• Modele fizyczne o parametrach rozłożonych – tworzone z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES) lub elementów brzegowych (MEB), gdzie ciało odwzorowuje się jako siatkę licznych elementów, przypisując im odpowiednie właściwości biomechaniczne.

Symulacje MES/MEB wspierają systemy projektowania typu CAD, choć ich użycie w biologii jest trudniejsze niż w mechanice klasycznej, ze względu na złożoną budowę ludzkiego ciała.

7-5. slajd 6

Symulacja komputerowa znajduje zastosowanie także w optymalizacji przestrzeni pracy, np. przy wyznaczaniu ergonomicznego zakresu ruchu kończyn operatora.

7-5. slajd 7