本發(fā)明屬于人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)工程技術(shù)，涉及特種裝備人機(jī)工程設(shè)計分析，特別是涉及一種基于三維流場數(shù)值分析的人機(jī)環(huán)境工程分析系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

1、人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)工程是為了研究機(jī)器系統(tǒng)設(shè)計與人體有關(guān)的種種問題，研究人和機(jī)器、環(huán)境的相互作用，使整個人機(jī)系統(tǒng)的工作效能達(dá)到最優(yōu)而建立起來的學(xué)科，涉及測量學(xué)、生理學(xué)、動力學(xué)、流體力學(xué)、生物力學(xué)等諸多學(xué)科的綜合應(yīng)用。目前，計算機(jī)輔助設(shè)計與制造在各學(xué)科中應(yīng)用廣泛，極大地提高了生產(chǎn)和設(shè)計效率。但目前所用人機(jī)環(huán)境工程軟件主要為國外軟件，多用于可視、可達(dá)性分析以及操作力分析，應(yīng)用成本高。受國外軟件方向引導(dǎo)，且作為綜合學(xué)科應(yīng)用的人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)工程多因素耦合分析技術(shù)難度大、門檻高，尤其是特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析，尚未找到相關(guān)計算機(jī)輔助設(shè)計工具，能夠同步進(jìn)行人的特性分析、機(jī)的特性分析、人-機(jī)關(guān)系分析、人-環(huán)境關(guān)系分析等，無法實(shí)現(xiàn)先期對人機(jī)工程的綜合檢驗與優(yōu)化，由此解決后期人機(jī)工程驗證費(fèi)時費(fèi)力且效率低下的問題。

2、隨著科技的進(jìn)步，人機(jī)工程學(xué)的思想也得到了廣泛的認(rèn)同。在以航空航天、兵器裝備、汽車工業(yè)為代表的先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域，通過計算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)工程的思想基本貫穿了整個設(shè)計制造流程。人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)工程包含測量、作業(yè)、環(huán)境以及圍繞這些的人機(jī)綜合性、人機(jī)保障性、使用安全性等，需要不同專業(yè)軟件來完成，當(dāng)前用于人機(jī)工程設(shè)計的jack和ramsis軟件，多用于空間校核、視野校核，以及包含操作力、可達(dá)性的舒適性校核，難以覆蓋操作環(huán)境中溫度、濕度、氣壓、有害氣體等對人的影響分析，且軟件均為國外公司研制，費(fèi)用高昂，也無法根據(jù)需求進(jìn)行修改。

3、因此，如何改變以往只能獲取單點(diǎn)環(huán)境參數(shù)，無法滿足人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)工程中整體環(huán)境參數(shù)設(shè)計分析需求，尤其是特種裝備人機(jī)環(huán)境多因素綜合仿真，降低仿真技術(shù)應(yīng)用成本，是人機(jī)環(huán)境工程亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析的仿真方法及系統(tǒng)，根據(jù)特種裝備人機(jī)環(huán)測試分析需求，提煉仿真要素，建立仿真模型，設(shè)計基于三維流場和人機(jī)環(huán)境的多因素綜合仿真分析方法，改變以往傳感單點(diǎn)數(shù)據(jù)測量分析的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)人員操作環(huán)境中人的特性分析、機(jī)的特性分析、環(huán)境特性分析、兩兩相互作用特性分析及三因素綜合作用分析，實(shí)現(xiàn)特種裝備多因素量化耦合分析的功能。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括如下步驟：

3、步驟1：根據(jù)特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析需求，提煉仿真要素，將特種裝備人機(jī)環(huán)境工程分析對象通過仿真要素進(jìn)行描述和簡化，所述仿真要素包括組成仿真模型的各個部件、部件之間的連接關(guān)系、人體所在位置、姿態(tài)、生理狀態(tài)，以及仿真模型對應(yīng)的環(huán)境參數(shù)、設(shè)備溫度和風(fēng)速；根據(jù)裝備分析需求，選取所需單一分析要素進(jìn)行要素提取，若多種分析需求同時存在，則依次進(jìn)行裝備位置關(guān)系、環(huán)境參數(shù)和人體所在位置進(jìn)行分析提取；

4、步驟2：分析仿真要素，篩選各仿真因素的類型，形成溫度場分析、組分分析和耦合分析功能需求，根據(jù)人機(jī)環(huán)境設(shè)計分析需求及計算資源占用情況，進(jìn)行排序；

5、步驟3：根據(jù)仿真要素分析結(jié)果及功能調(diào)用基礎(chǔ)，建立全尺寸三維模型，簡化不干擾氣流、尺寸在200mm以下設(shè)施設(shè)備，全尺寸三維模型表達(dá)各個部件、部件之間的連接關(guān)系、人體所在位置、姿態(tài)、生理狀態(tài)，以及仿真模型對應(yīng)的環(huán)境參數(shù)、設(shè)備溫度和風(fēng)速；

6、步驟4：根據(jù)所述分析需求，調(diào)用全尺寸三維模型，設(shè)置各裝備的基礎(chǔ)參數(shù)、連接關(guān)系并確定計算域，設(shè)定邊界條件，進(jìn)行模擬仿真，通過流體力學(xué)進(jìn)行環(huán)境中溫度、濕度、有害氣體的對人的影響分析，獲取被分析對象全域人機(jī)環(huán)境工程數(shù)據(jù)，進(jìn)而用于分析評價；

7、步驟5：設(shè)計交互界面，所述交互界面建立仿真模型、仿真參數(shù)交互窗口，使用者根據(jù)分析需求選取仿真分析或評價選項，在仿真模塊中調(diào)用或構(gòu)建對應(yīng)的仿真模型及仿真參數(shù)，獲取仿真要素對應(yīng)人機(jī)環(huán)境工程數(shù)據(jù)，得到仿真結(jié)果通過交互界面導(dǎo)入分析評價模塊進(jìn)行評價，生成對應(yīng)評價結(jié)果。

8、所述分析評價模塊包括不同評價功能：對振動特性進(jìn)行快速傅立葉變換處理，并將快速傅立葉變換處理后的數(shù)據(jù)與國家軍用標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對比，得到人體可承受的舒適暴露時間，實(shí)現(xiàn)振動舒適性評價；對流體仿真結(jié)果中人員近體溫度、濕度和風(fēng)速提取分析，進(jìn)而進(jìn)行舒適性分析評價；提取流體仿真結(jié)果中氣體濃度與氣體濃度限值及接觸時間進(jìn)行對比，生成有害氣體分析評價，從而以實(shí)現(xiàn)人-機(jī)-環(huán)境因素的相互作用的總體評價，評價不達(dá)標(biāo)，循環(huán)進(jìn)入對應(yīng)模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，對設(shè)計結(jié)果仿真分析，最后評價往復(fù)迭代優(yōu)化，達(dá)到各因素一體化設(shè)計分析的目的。

9、所述分析評價模塊還包括查詢檢索功能，將相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編入分析評價模塊，其中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括軍事裝備與設(shè)施的人機(jī)工程設(shè)計準(zhǔn)則、疲勞振動設(shè)計準(zhǔn)則和熱功效設(shè)計準(zhǔn)則標(biāo)準(zhǔn)；并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫中構(gòu)建對應(yīng)條目及內(nèi)容，對對應(yīng)條目及內(nèi)容進(jìn)行關(guān)鍵詞及術(shù)語實(shí)時查詢及對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)查詢檢索功能。

10、優(yōu)選的，所述描述文件及仿真結(jié)果采用.doc文件格式。

11、優(yōu)選的，所述仿真結(jié)果在交互界面上指定路徑文件夾內(nèi)展示給用戶。

12、優(yōu)選的，所述仿真在同一時間段收到多個指令，通過工作站連續(xù)進(jìn)行運(yùn)算，采用隊列機(jī)制進(jìn)行排隊處理。

13、本發(fā)明還提供了一種用于特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析的仿真系統(tǒng)，采用如上所述的方法。

14、一種電子設(shè)備，包括一個或多個處理器；存儲器；其中所述一個或多個程序被存儲在所述存儲器中并被配置為由所述一個或多個處理器執(zhí)行，所述一個或多個程序配置用于執(zhí)行如上所述的方法。

15、一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有程序代碼，所述程序代碼可被處理器調(diào)用執(zhí)行如上所述的方法。

16、本發(fā)明的有益效果在于根據(jù)裝備人機(jī)環(huán)境分析需求建立特種裝備人機(jī)工程仿真模型，設(shè)計引入基于流場分析的多因素綜合仿真方法，并通過編程開發(fā)和優(yōu)選設(shè)置了不同子模塊，形成易于操作和專用分析的軟件系統(tǒng)，解決了常規(guī)人機(jī)環(huán)境分析無法覆蓋整體操作環(huán)境中溫度、濕度、有害氣體等對人的影響分析問題。使用者通過所述交互界面，將目標(biāo)分析對象通過本系統(tǒng)優(yōu)選的仿真要素進(jìn)行描述、建模，并調(diào)用子模塊進(jìn)行模擬和設(shè)計參數(shù)分析，獲得仿真要素對應(yīng)人機(jī)環(huán)境工程數(shù)據(jù)，用于人機(jī)環(huán)境工程綜合分析，還可根據(jù)需要調(diào)用專項分析評價模塊，生成對應(yīng)評價結(jié)果。

17、本發(fā)明通過綜合仿真系統(tǒng)將復(fù)雜的人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)工程進(jìn)行集成協(xié)同處理，從而降低人、機(jī)、環(huán)境多因素綜合仿真難度，提高了設(shè)計仿真工作的效率，同時也因為將多因素仿真的仿真進(jìn)行耦合，充分合理利用資源，從而節(jié)約設(shè)計時間成本，以及硬件的成本，簡化操作，降低設(shè)計、優(yōu)化和改進(jìn)成本。

技術(shù)特征：

1.一種用于特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析的仿真方法，其特征在于包括下述步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析的仿真方法，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析的仿真方法，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析的仿真方法，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析的仿真方法，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析的仿真方法，其特征在于：

7.一種用于特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析的仿真系統(tǒng)，其特征在于：所述用于特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析的仿真系統(tǒng)，采用如權(quán)利要求1-6所述的方法。

8.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：

9.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有程序代碼，所述程序代碼可被處理器調(diào)用執(zhí)行如權(quán)利要求1-6中任意一項所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于特種裝備人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計分析的仿真方法及系統(tǒng)，根據(jù)特種裝備人機(jī)環(huán)測試分析需求，提煉仿真要素，建立仿真模型，設(shè)計基于三維流場和人機(jī)環(huán)境的多因素綜合仿真分析方法，改變以往傳感單點(diǎn)數(shù)據(jù)測量分析的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)特種裝備多因素量化耦合分析的功能。本發(fā)明解決了常規(guī)人機(jī)環(huán)境分析無法覆蓋整體操作環(huán)境中溫度、濕度、有害氣體等對人的影響分析問題，通過綜合仿真系統(tǒng)將復(fù)雜的人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)工程進(jìn)行集成協(xié)同處理，從而降低人、機(jī)、環(huán)境多因素綜合仿真難度，提高了設(shè)計仿真工作的效率，同時也因為將多因素仿真的仿真進(jìn)行耦合，充分合理利用資源，從而節(jié)約設(shè)計時間成本以及硬件的成本，簡化操作，降低設(shè)計、優(yōu)化和改進(jìn)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：吳亞楠,劉曉峰,李平,張偉,李毅,王博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28