JACK软件加农榴弹炮手轮人机工效分析(3)
SolidWorks以Parasolid作为几何平台、以尺寸约束管理器为约束管理模块，底层功能得到专业机构支持，技术上相对成熟、运行平稳。利用SolidWorks建模能力，把建好的模型导入ANSYS中进行有限元分析。利用SolidWorks与ANSYS之间的数据交换，将其导入ANSYS中，弥补了ANSYS在进行复杂结构建模时的局限性，建立了有限元分析模型。有限元仿真分析的合理性很大程度上取决于模型建立的正确性,目前在有限元仿真分析中大多采用相近或者简略模型,因此导致计算结果与实际情况存在较大差异。应用基于Solidworks等三文设计软件超强的建模技术,实现与通用有限元分析软件之间数学模型和数据的转换与传输,完成有限元仿真模拟前复杂模型的建立工作,弥补有限元软件建造复杂模型方面的不足,从而实现有限元仿真分析的快速、准确、有效性。复杂有限元仿真模拟模型可通过三文造型软件Solidworks实体、参数化建模,智能装配后实现。利用Solidworks与大部分商业化通用有限元软件共享数据格式,通过CAD/CAM接口程序导入,可强化ANSYS、FLAC3D等有限元分析软件前处理的建模功能。数值仿真模拟计算结束后,将其结果信息反馈给Solidworks中参数化模型,调整模型后再导入分析软件计算,可实现模型与结果之间的信息互馈。
2 人机问题分析和建模
某型加农榴弹炮需要瞄准手一名，操控该火炮的方向机和高低机手轮。该炮瞄准位操作人员为站立姿势，一只手控制火炮方向机手轮，另一只手操作火炮的高低机手轮，改变火炮炮口指向，使炮身轴线到达正确的空间位置，以保证炮弹的平均弹道曲线经过目标位置，对目标造成有效地杀伤或打击。建立三文人体模型和瞄准时高低机方向机手轮工作位置的模型。其中，三文人体模型可以在JACK软件中生成，并在数据库中选取CHINESE(中国人)的人体数据，用Solidworks软件绘制高低机和方向机手轮的模型，改变文件类型，导入到JACK软件中，并调整高低机和方向机手轮的位置，以及它们和人体的相对位置。模拟瞄准时工作人员的操作手轮的工作过程。
2.1 人机问题分析
对于瞄准手来说，他的任务是操控该火炮的方向机和高低机手轮，改变火炮炮身轴线，使其到达正确的空间位置，以保证炮弹的平均弹道曲线经过目标位置。为了保证火炮对目标的有效杀伤，必须保证火炮一定的射速，因此瞄准手操作比较频繁，容易产生疲劳损伤。该加农榴弹炮的设计为瞄准手需成站立姿势，而不是更为舒适的坐姿，方向机和高低机的手轮位置也比较容易产生疲劳。
经过初步地分析其原因，得到两方面的因素：
1) 操作十分频繁，该加农榴弹炮的射速为每分钟4～5发，瞄准手需要及时操作手轮，使火炮到达正确的空间位置。因此瞄准手每分钟需要至少操作4～5次。操作频繁，容易疲劳。
2) 操作姿势较差。瞄准手需要一直保持站立姿势，两个手轮需要同时操作，需要两只手同时工作，而且手轮直径较大，工作区域较大，手部臂膀和肩部都十分容易产生疲劳。
2.2 手轮转动过程建模
建立模型的过程：
1） 建造虚拟环境。根据该加农榴弹炮的结构尺寸，使用三文绘图软件绘制其主体，转换文件格式，导入JACK软件中。
2） 建立虚拟人体。根据1989年中国成年人尺寸数据（GB10000-88）建立我国成年男子人体模型，分别建立P5 、P50 、P95人体模型，P5人体身高158.3cm，体重48kg。P50人体身高167.8cm，体重59.kg。P95人体身高177.5cm，体重75kg。
3） 在虚拟环境中定位人体，并指派工作任务。对炮手操作高低机和方向机手轮的动作进行分解，使用动画功能(Animation Panel模块)来仿真操作的全过程。