le modèle numérique de l'homme : un outil pour la conception de … · 2003-11-07 · le...

Le modLe modèèle numle numéérique de l'homme :rique de l'homme :un outil pour laun outil pour la

conception de produitsconception de produits

G.Beurier

Workshop EVEN, INRETS, Nantes, 27 nov. 2002

LBMC, INRETS, 25 avenue F. Mitterrand, 69675 BRON Cedex

Laboratoire M3M, UTBM, 90010 BELFORT Cedex

LBMC - Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs

http://www.inrets.fr/ur/lbmc/index.htmlhttp://www.utbm.fr/RECHERCHE_SCIENTIFIQUE/index.html

objectifs de rechercheobjectifs de recherche

! Modéliser le processusde conception.

! Mettre en œuvre desoutils et méthodesd'aide à la conception

Modèles pour :• la simulation de

mouvement• la prédiction de

l'inconfort

Simuler et évaluer l'activité de maintenanceà l'aide d'un mannequin numérique

M3MCID

• Conception• Maquettage virtuel• Métier maintenance• Approche

expérimentale• Informatique

• Biomécanique• Ergonomie• Mannequin

numérique• Informatique

LBMCLESCOT

Méthodes et outilspour intégrerla maintenanceen conception

Objectifs scientifiques Axes de recherche

Augmenter lesconnaissances sur le

processus deconception

Créer des outils etméthodes d’aide à la

coopération

Produire des outils etméthodes d’aide à la

conception

Créer des outils etméthodes métier en

amont dans leprocessus deconception

ThThèèmes de CIDmes de CID

Le processus de conceptionLe processus de conception

maintenance

Conception Production

La conception va être un dialogue entre plusieurs métiers

Exploitation

Besoin

Maquette numérique

Servicesassociés

ConceptionGéométrique

ModModèèles de lles de l’’HommeHomme

" Modèles comportementaux (concevoir l’évacuation d’un stade)

" Modèles physiques :mécanique classique : géométrique

cinématiquedynamiquerésistance (MEF)

" anthropométriques

" Modèles visuel texturés (jeux, conception de vêtements, lunettes, …)

" Et bien d’autres …

Les thLes thèèmes de recherches du LBMCmes de recherches du LBMC

" Tolérance humaine au choc et critères de blessures

" Outils pour la simulation du comportement au choc :mannequins d'essais de choc

" Outils pour la simulation du comportement au choc :modèles numériques de mannequins et du corps humain

" Evaluation des dispositifs de protection

" Déformation et agressivité des structures de véhicules

" Modèles numériques de l'être humain pour simulationergonomique

BiomBioméécanique des chocscanique des chocs

Lois de comportement

Critères de tolérance

Accidentologie

Blessé

Mécanisme lésionnel

Expérimentation

HumosHumos II II

Modélisation par éléments finis du corps humain

étape 1: acquisition de la géométrie (coupe)

étape 2: relevé de contour

étape 3: reconstruction 3D

Étape 4: Maillage

Coupes scannerCoupes congelées

HumosHumos II II

Maillage : Élémentsvolumique,surfaciques,linéaires

for Safety

HumosHumos II II

Modélisation par éléments finis du corps humain

étape 5:détermination des propriétés des tissus biologiques(modules) et des articulations (Définir des modèlesde comportement cinématique)

étape 6: Définir des modèles d'endommagement

étape 7: comparaison modélisation / expérimentation

Application à l'accidentologie

RealmanRealman

Projet européen comprenant huit partenaires :" trois industriels comme ‘end-users’ (RENAULT, PSA,

ALENIA)," un éditeur de logiciel (Tecmath)," deux centres de recherche (CEIT, INRETS-LMBC) et" deux universités (Université Technique de Munich,

Université de Patras).

RealmanRealman

OBJECTIFS:" De quantifier et puis de modéliser l’amplitude maximale

de rotation en 3 dimensions des articulations principalesdu corps humain

" D’étudier la coordination de mouvement pluri-articulairesen position assise lors d’une tâche générique d’atteinte etde préhension ainsi que la perception de l’inconfortassocié

" De constituer une base de mouvements génériques et deproposer de nouvelles approches de simulation d’unmouvement, telle que la décomposition d’un mouvementcomplexe en mouvements élémentaires

ButButéés du poignets du poignet

" 9 sujets masculins âgés de 23 à43 ans

" Système VICON muni de 4caméras (50 Hz)

" Quelques minutesd ’échauffement articulaire

" 3 rotations de circumduction àvitesse lente en allant aumaximum de l’amplitude demouvement du poignet

l l’’analyse fine du mouvementanalyse fine du mouvementRéalisation de base de données :-Ceinture de sécurité-Atteinte-préhension

Acquisition :Système VICON muni de 9caméras (50 Hz)CamerasCapteurs électromagnétiquesData gloves

Sujets (24/4h):Femmes petitesHommes moyensHommes grandsHommes moyens âgés

Loi Huriet !

InconfortInconfort

Relevé de la notion deconfort/inconfort afind’introduire leur modèle

Réalisation d’unquestionnaire

1 Etait-il possible pour vous de mettre la ceinture ?Oui/Non

9 Avez-vous senti la ceinture se bloquer ?Oui/Non

10 Quand vous atteignez la ceinture ou sentez- vous del’inconfort ? Notez de 1 (peu) à 10 (insupportable) sur laou les zones :

Analyse del’inconfort

Modèle pour laconception

Le mannequinnumérique souffrira !

Man3DMan3D

55 CHAINONS,54 ARTICULATIONS

Chaînons, articulation et axes de mobilité

Man3DMan3D

Femme 20%

Homme 05%

Homme 95%Homme 50%

Man3DMan3D

A stature égale,les proportionspeuvent être

très différentes

Man3dMan3d

Un exemple d’utilisation dansl’industrie automobile

Application Man3D / Renault TrucksApplication Man3D / Renault Trucks

POSTE DE CONDUITE

Atteinte de la cabine

Accès derrière la cabine

Pour la vie à bord

SupercabineSupercabineETUDE DE POSTE DE PORTIQUEUR

SupercabineSupercabine

• Le buste reste le plusdroit possible tout enpermettant une vision versle bas.• Une ouverture cuisse-tronc de 90° à 110°permettant un boncompromis entre lapression discale etl ’activité des muscles dudos.

Posture de moindre inconfort

• Flexion-extension dubras: -10° à 50°• Abduction du bras:0° à 30°• Flexion-extensionde l ’avant-bras: 90° à180°

1er percentile PAHabduction bras = 0˚

zone d'atteintede la paume

zone d'atteintede l'index

Zone d ’atteinte optimale

24° 527

Rayon R

Référence Y

Zone A

Référence X

Zone B

Recommandations: espace de travail

192416

524 68

Pour la population des portiqueur

24° 527

Rayon R

Référence Y

Zone A

Référence X

Zone B

Recommandations: champ visuel

50°35°

10° 10°

Zone A

Angles C

Zone B

SupercabineSupercabineProposition 1

SupercabineSupercabineProposition 2 : avec accoudoir

RealmanRealmanUsage de la ceinture de sécurité

3 stratégies pource simple geste

DHDBGB

Acquisition :•Système VICON muni de

9 caméras (50 Hz)•Questionnaire

2 paramètres pour lapositions de la ceinture : x et z

696 essais de 4 heures

Comment aider la manipulation du mannequin ?En définissant des loi de comportement ?En utilisant des outils types RV ?

ConclusionConclusion

" Présentation d’utilisations possible de mannequin enconception

" L’intérêt de l’utilisation d’un mannequin n’est plus à faire" L’expérimentation avec sujets en recherche demeure

complexe

Mannequin vs RV en conception ?dans le monde virtuel de la maquette numérique :-> immerger un opérateur réel au moyen d'outil RV-> ou faire intervenir un mannequin numérique

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Documents

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