ProcessSimulate是Tecnomatix旗下一个利用三维环境进行制造过程验证的数字化制造解决方案。本次培训针对了装配工艺、焊接工艺、机器人离线编程、虚拟调试的方面进行讲解，有利于了解在现代智能制造生产过程中进行提前虚拟验证的目的对产品和资源的三维数据的利用能力极大地简化了复杂制造过程的验证、优化和试运行等工程任务，从而保证更高质量的产品被更快地投放市场。
01前言越来越复杂的产品和制造过程为世界级制造商提出了“尽快上市”和制造资源优化等挑战。制造工程团队被寄予厚望－依据成本、质量和投产目标投放无瑕疵的新产品。为了应对这些挑战，业界领先的制造商利用其结构化的知识积累以及可重用的产品和资源三维模型，在制造过程早期虚拟验证产品的制造过程，利用最新技术，能够高效而且几乎自动地进行数千个验证试验，以确保生产以最优化的方式得以进行。
为了在智能制造业中提高工厂的产能和效率、节约成本、在早期虚拟调试验证过程中及时发现问题并解决，能科在此带来以下课程，Tecnomatix工艺仿真-ProcessSimulate数字化工艺仿真人因工程基础培训：在本次ProcessSimulate的培训课程中主要讲解ProcessSimulate人因工程介绍、ProcessSimulate人因工程分析、ProcessSimulate人因工程价值。
02ProcessSimulate人因工程介绍利用ProcessSimulateHuman，用户能够验证工作站的设计，确保确保能够到达、装配和维护产品零件。ProcessSimulateHuman提供了功能强大的功能，以分析和优化人工操作的人机工程，从而确保根据行业标准实现人机工程的安全过程。使用人工仿真工具，用户能够进行真实的人工工作仿真，并根据行业标准的人机工程库来优化过程周期时间。
人机工程是根据现实人身体动作（包括抓取位置、放置位置、行走距离和时间）进行模拟设置的，还原现实人体是否会在特定的工作范围内存在安全生产的问题。
ProcessSimulateHuman人体特征：
独特的民族面貌
按地理区域划分的人类医学比例
高级身体部位缩放
，时长01:ProcessSimulate人因工程模块03ProcessSimulateHuman功能1ProcessSimulateHuman业务价值产品设计的研究，操作验证和装配验证，维护研究
制造工艺的验证，工装设备的验证，场地的优化，工时研究。
工人操作时的身体舒适度问题
产品在使用过程中可能出现的人机交互问题（可视、可达问题）
2ProcessSimulateHuman创建流程3ProcessSimulateHuman功能高级任务定义
时间报告
广义人机工程学分析
EAWS分析出口到EAWS-Digital
04ProcessSimulateHuman分析在进行人因工程分析之前，需要有人因工程评价的标准。
1ProcessSimulate人因工程仿真可分析内容大部分工具主要依据NationalInstituteforOccupationalSafetyandHealth(美国职业安全与健康协会，简称NIOSH)发布的人工操作实际指导而开发的分析系统。
NIOSH是一个联邦机构，隶属于CDC(美国卫生与人事部的疾病控制与预防中心)，对各类的安全和健康问题进行研究。NIOSH为OSHA(美国职业安全与健康)标准提供技术上的协助，推荐标准给OSHA进行科学研究并提出建议，以预防职业病及工伤。
1LowerLoadAnalysis（下背部载荷分析）下背部载荷分析概述：
下背部载荷分析可以分析特定操作下脊椎受力对下背部的影响是否符合NIOSH的标准，是否会令工人下背部的受伤概率增加。分析可以给出哪些任务最需要进行人因方面改进，从而对工厂车间的布局规划和工序进行安排来减小员工下背部受损的风险。
腰椎L4和L5关节为下背部主要承力关节，下背部载荷分析的针对对象就是L4/L5关节。
分析结论包括：
（1）L4/L5脊椎处的压力，并将其与NIOSH推荐受力和极限受力对比；
（2）上半身重力及提举物体的重力对L4/L5脊椎范围处各个关节产生的扭矩
（3）背部主要肌肉在承载压力下产生的肌肉张力；
减少背部压力的常用方法包括:
减轻负荷的重量
改变工作环境，使工人不需要弯腰去抬重物(避免弯
确保负载较小、可以尽量靠近机身
避免不对称(扭曲)姿势
静态报告解读（当前姿态的即时分析）
分析建议：
下背部压缩力为N
高于NIOSHN的后压缩作用极限。
这意味着一些工人腰部受伤的风险增加。
建议进一步分析这项工作，以找到减少低背力的方法。
减少背部压缩力的一些方法包括：
减轻负载的重量
改变工作环境，使工人无需弯腰抬重物（避免弯腰）
确保负载较小，以便能够将其保持在靠近车身的位置
避免不对称（扭曲）姿势
脊柱受力因为人体承载的外力而改变。
当脊柱的压力超过N,直方图会变成*色---N是[NIOSH]标准给出的[BackCompressionAction](背部压力)的推荐值，超过这个值意味着该动作会增大少部分工人受伤的风险。
当超过N后，直方图就会变成红色---N是[NIOSH]给出的背部压力的极限值，超过这个值会使大部分的工人都面临受伤的危险。
竖脊肌---顾名思义，是能让脊椎骨竖立的肌肉，它是人体最重要的肌肉之一，由骶尾骨连接到头。人类区别动物能直立行走的原因，就是有强有力的竖脊肌，把整个脊椎竖起，让上身直立，支撑身体几十斤的重量。
在背部肌肉中，最容易受到伤害的就是竖脊肌，很多时候竖脊肌的受伤往往会造成神经剧烈疼痛。临床统计发现，多数腰痛、背痛，臀部疼痛，甚至严重的头痛头晕都是竖脊肌劳损引起的。
2CumulativeBackLoad（累积背部载荷）安大略大学背部疼痛研究（OUBPS）小组与GeneralMotorsCanada合作，发现了累积负荷暴露与报告腰痛的可能性之间的关系。累积负荷可以认为是在一天中经历的所有负荷的累积：
利用模拟操作来定义工作循环；
允许定义班次和每班重复次数；
提供最大曝光准则，同时允许用户自定义累积压缩和力矩阈值；
生成全面的摘要报告。
3StaticStrengthPrediction（静态强度预测）SSP分析理论：
SSP分析标准是由密歇根大学人体工程中心创建，输入信息是工人性别、姿势、外力；
静态施力可以细分为一下几种类别：手腕、肩、膝关节、躯干、踝关节。
SSP静强度预测工具：
这些工具可以用于确定是否所有工人有力量来执行一个特定任务和识别任务的力量要求超过一个工人人口的能力。
综合性的分析物料搬运任务涉及搬举、降低、推、拉需要复杂的手力量、躯干扭转和弯曲；
预测男性和女性规定的静强度比例来执行工作；
提供弯头、肩肱部的旋转、臀部、膝盖所需的角度和躯干弯曲角度、旋转和横向弯曲角度；
提供躯干和四肢所需力矩、人体肌肉的作用、人工力矩的平均值和标准偏差；
与NIOSH工具的比较：
SSP未考虑加速度和动量，因此最适合缓慢、沉重的物料处理运动。
静强度输出报告输出物：
能力概要图：分为手腕/躯干和左/右；
关节角度总结图：包含四肢和躯干酵素；
能力百分比图；
平均静力曲线图；
标准偏差静力图。
4NIOSH（搬运受力分析）NIOSH工具假设评估的搬运任务满足以下条件:
（1）活动不需要大量的能量消耗。
（2）没有意外滑倒，跌落或其他创伤事件。
（3）任务不涉及单手起重或坐着提升。
搬运受力改善措施包括重物重量、手离开身体的距离、双手距离地板的垂直高度、躯干弯曲的程度、手和物体配合的程度以及起重的频率和持续时间。
*NIOSH分析主要评估工人在双手提升任务开始和结束时的姿势，两者之间的行走过程未纳入考虑（如涉及到爬升台阶除外）。
*在NIOSH-81基础上优化的是NIOSH-91可以计算不对称姿势对提升动作的影响，并支持多任务分析，可以对多个动作执行计算而生成复合升力指数（CLI）。
5MetabolicEnergyExpenditure（能量代谢分析）新陈代谢分析工具可以对工人生理及任务情况进行描述，对现有的工作或新工作的新陈代谢能量消耗进行分析，明确是否超过的限定值，以及是否会使得疲劳损伤的风险提高。通过分析可以得出对能量消耗影响最显著的因素，并且预测出哪些改变可以使工作的能量消耗减到最小。
改进措施
降低能源消耗率的方法包括:
l尽量减少整个身体的运动(举升、行走、攀爬、弯腰等)
l减少被操控物品的重量
l减少起重活动的次数
*本工具并不对工人的性别、年龄、身体状况、心理状况，以及任务中对新陈代谢能量消耗影响很小的环境因素（如温度、噪音、粉尘等）进行分析，对于动作幅度非常小的任务也不进行分析。
6FatigueandRecovery（疲劳恢复分析）疲劳工具可以分析每个任务对肌肉导致的疲劳情况，以及恢复肌肉强度需要的休息时间，各个任务的休息时间相加就是整个工作的所需休息时间，通过与实际可用的休息时间对比，可以得出以下结论：
（1）如果可用的休息时间超过所需的恢复时间，则认为该任务提供了足够的恢复时间以避免疲劳。建议用户进行进一步的代谢研究以支持分析
（2）如果可用的休息时间小于所需的恢复时间，则假定该任务使工人面临疲劳风险，建议通过改变工人的载荷、工作频率或动作的姿态进行改进。
分析原理：
疲劳的产生和消除都是人体正常的生理过程：人体一旦停止活动，即进入身体恢复过程。通过安排合理的休息时间即可恢复疲劳，因此工作时间和休息时间安排得是否合理，直接影响到工人的疲劳及工作能力。通过对员工某一姿势或一套连续动作导致的疲劳情况作分析，可以对工作的工序和设备进行改进，找出工作中最需要休息的时候，为员工制定疲劳度最小的工作。
约束条件：
虽然工作时间和疲劳度是有很大的关联性(肌肉纤维类型、血液流动量、最大载荷、肌肉伸展度、肌肉温度、骨骼结构、骨骼环境、性别)，但是本工具只分析了与肌肉强度之间的关联，即只考虑了由肌肉载荷引发的疲劳因素；
本工具给出的对疲劳情况的分析结果应该作为降低工人疲劳风险的综合努力的一部分，为了能综合全面地分析出如何才能减少疲劳情况，需要与能量代谢分析、静态强度预测及下背部分析等工具共同使用。
Caution:疲劳分析一定需要存在外力或重量载荷因素。
7WorkingPostureAnalysis(OWAS)OvakoWorkingPostureAnalysis（工作姿态分析）简称OWAS，是年至年在芬兰为钢铁工业开发的评价工具，后由芬兰国家职业安全中心推荐。在日常工作空间设计分析中,OWAS被认为是对各种工作场景的操作姿态进行人机分析的有效且容易实现的方法,因而后来在工业领域得到广泛的应用。
OWAS可以快速检查工作姿态，评价任务周期内所有工作姿态的舒适度，并指示需要采取纠正措施的紧迫性，从而快速评估某种工作姿态对工人造成损害或伤害的可能性大小，可以确定最需优先改进的工作姿势，以符合人体工程学的需要。
OWAS评分及工作姿势的“纠正需求”等级显示在一个对话框中，四个等级如下：
8RapidUpperLimbAssessment(RULA)概述：
快速上肢评估（RULA）方法由LynnMcAtamney博士和英国诺丁汉大学人体工程学家E.NigelCorlett教授开发，是一种用于评估与工作相关的上肢疾病风险的姿势评估方法。
RULA可用于：
快速评估手动任务是否有可能使工人面临上肢受伤的风险。
设计新的手动任务或指导现有任务的重新设计。
评价方法：
RULA系统检测下列风险因素:运动次数、肌肉受力情况、力量大小、工作姿势、持续的工作时间。
评估的主要部分：
A组：手臂和手腕分析
B组：颈部，躯干和腿部分析
所有因素加权后给出该姿态的最后评分(1~8分)，评分分为四等:
（1）1~2分(1级操作)表明在没有保持或重复很长时间的情况下，该姿态是可行的(分析结果颜色为绿色)。
（2）3~4分(2级操作)表明过较长时间后需要研究并改变该姿态(分析结果颜色变成*色)。
（3）5~6分(3级操作)表明隔一段时间就应研究并改变该姿态(分析结果颜色变橙红)。
（4）7分以上(4级操作)表明应立即对当前姿态进行研究并改变(分析结果颜色变深红)。
9TimingReport（工时报告）基于标准人体模型、符合实际的动作序列定义以及与物理空间尺寸一致的虚拟空间，通过ProcessSimulate中动作模拟得出的人员操作工时具备一定的参考意义，代表具有中等熟练程度的操作人员完成该项任务的时间。
10ForceSolver(受力分析)概述：
ForceSolver(受力分析)工具可以认为是静态强度预测和下背部分析工具的混合体，同时具有两个工具的主要功能。通过该工具：
1）可以预测出工人在某特定姿势下的最大可承载力。
2）输入手部受力并调整大小，ForceSolver工具实时自动计算关节的受力情况，一直到受力超出合理限定。
ForceSolver(受力分析)与StaticStrengthPrediction(静态强度预测)和LowerBackAnalysis(下背部分析)不同之处在于，其不用事先定义受力，而会自行计算出受力情况，这使得分析步骤得以简化。
ForceSolver工具不像其他工具一样，有专门的结论分析页面，在分析其结果时，需要直接观察其计算数据和表格得出结论。
单击Solver后，Forces(受力)一栏中会出现计算出最大受力，代表工人在这个姿态下手部最大可以承受的外力。
从ErgonomicsAnalysis栏可以得到受力分析的主要数据和结论，尤其需要注意观察表格中的颜色，在受力发生改变时，表格中数据和颜色也会相应改变。其中，红色方格代表这个动作无法维持而且无法继续增加受力；*色方格则是代表在该姿势下这个关节此时的受力到达了临界值；绿色方格指示的是这个受力可以接受而且可以继续施加受力。
05总结最大限度的降低生产启动后因返工带来的设计变更成
最大限度的减少对物理原型的需求
降低设计成本，加快上市时间
提高产品性能、舒适性和安全性
确保工人人身安全，降低医疗成本
产品/工艺设计的早期验证
及早发现装配布局问题，最大限度的减少延迟/停机时间
提高生产效率，缩短生产周期
在早期模拟中将维修维护纳入考虑范围，降低全生命周期内的维护成本
更好的进行部件的拆卸/替换，可以减少停机时间和成本
重用模拟以更高效的创建维护手册
能科科技介绍
能科科技股份有限公司，成立于年12月，年10月在上交所上市（股票代码：.SH）致力成为制造业企业的数字化转型合作伙伴，围绕工业互联网经营生态，围绕全流程数字孪生组织能力，以生产力中台为基础，建设新时代企业应用服务基础设施，赋能客户实现智能制造转型与数字化运作。