[发明专利]一种基于人因势场的设备维修性布局设计方法

说明书

技术领域

本发明属于维修性设计技术领域，具体涉及一种基于人因势场的设备维修性布局设计方法。

背景技术

维修性是表征产品维修简便、迅速和经济程度的固有质量特性，通过改善产品的维修性可使得产品检查维修方便，降低维修工时和费用。与一般意义上的机械设计本质上不同的是，维修性设计必须重点考虑人的因素，以人为中心进行设计使得各项维修操作特征满足人体工效学要求。在这方面，目前的主要途径是先基于传统的机械设计理念完成产品的详细设计，然后采用人因分析模块或软件如DELMIA、JACK等进行基于数字虚拟人的维修工效学评价，再根据结果进行设计修正。这种方法在很多场合收获了较好的效果，但存在的缺点是设计和分析过程相割裂，设计效率较低，且不能指导产品的自动化设计。

人们为了研究问题的方便，构建了人工虚拟势场来描述外在环境对主体的客观影响。而人因势场则是来描述维修主体对于产品维修性影响的一种人工场，反映了人体和产品维修性特征之间的相互作用机制，势场中蕴含了物质的运动能量，形成从高势能区域越向低势能区域的运动态势。它包括了人体可视性、可达性和舒适性等独立势场和以及相互之间的复合场。在人因势场的作用下，结构体的每一个设计单元将具备一定的人因势能，人因势能较大的区域对单元产生引力，而属于不同结构体的单元之间产生斥力，因而可驱动产品结构和布局的动态变化，由此寻找设计单元的动态位置，最终达到“维修性引力”的最大化。

以人因势场为基础，可以为构建面向机械产品维修性设计的数字化设计环境。传统布局设计方法以功能和性能的实现为主，没有考虑到维修性的影响，难以在设计过程中开展维修性方面的设计和分析，而如果在设计环境中嵌入人因势场的空间分布，就可以实时根据势场的变化来辅助形状、位置等方面的维修性设计。目前，如何生成人因势场分布并应用于设备布局尚缺乏相应的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于人因势场的设备维修性布局设计方法，使得在功能和性能实现的同时，具备良好的维修性水平。

为了解决上述技术问题，本发明采用下述的技术方案：

一种基于人因势场的设备维修性布局设计方法，包括以下步骤：

一、建立可视性人因势场模型：

根据视野视角和视距对维修性的影响，定义视野影响函数C_θ和视距影响函数C_l，构建可视性势能函数。

（1）C_θ(X_P)为视野影响函数，由垂直视野函数和水平视野函数构成；在垂直平面内，正常视线的上下15°是人的最佳垂直视野范围，正常视线上方40°至下方20°是人的最大垂直视野范围。在水平面内，中心线左右各15°是人眼的最佳水平视野角度范围，中心线左右各35°是人眼在水平方向上的最大视野范围。

定义垂直视野函数为：

式（1）中，θ_y为垂直视线角:θ_y1min，θ_y1max分别为最佳视野的最小垂直视线角和最大垂直视线角，θ_y0min，θ_y0max分别为最大视野的最小垂直视线角和最大垂直视线角；

定义水平视野函数表达式为：