【正文】 合著反求工程進(jìn)行曲面建模。針對(duì)中國(guó)自行車行業(yè)存在的這些問題，我國(guó)的部分高校，研究所等單位已經(jīng)開始運(yùn)用人因工程學(xué)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 自行車鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 5 的知識(shí)進(jìn)行自行車的改進(jìn)和設(shè)計(jì)。 2021年，黃海波、丁玉蘭以人機(jī)工程學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)和美學(xué)等學(xué)科的理論為依據(jù)，對(duì)鞍座進(jìn)行了全方位綜合研究，得出較為科學(xué)的自行車鞍座設(shè)計(jì)方法，并在此思想基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了自行車鞍座的創(chuàng)新方案 [4]。 2021年，四川大學(xué)張巾爽運(yùn)用人體測(cè)量學(xué)、身體運(yùn)動(dòng)學(xué)等理論、成果，參照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，提出設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)方法，研究設(shè)計(jì)出符合人機(jī)系統(tǒng)適配理念的自行車座位及把手設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)者進(jìn)行人機(jī)系統(tǒng)適 配設(shè)計(jì)提供有效的輔助工具 [6]。對(duì)人騎行自行車的姿態(tài)進(jìn)行了分析，總結(jié)出影響騎姿的主要因素 :車架形態(tài)與車架大小、車把與鞍座之間的相對(duì)位置和鞍座與腳踏之間的相對(duì)位置等。 2021年，西安交通大學(xué)張海青從人因工程學(xué)角度， 運(yùn)用人體測(cè)量學(xué)、身體運(yùn)動(dòng)學(xué)的理論對(duì)現(xiàn)有普通自行車的鞍座和把手存在的的一些不符合人體工效學(xué)要求的缺陷進(jìn)行了分析，并且提出了自己的改進(jìn)意見 [1]。美國(guó)MOONSADDLE公司設(shè)計(jì)的月牙型人機(jī)工程鞍座，成功的避免坐骨生殖區(qū)的壓迫[9]。該研究對(duì)自行車的鞍座改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了豐富的南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 自行車鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 6 理論和數(shù)據(jù)依據(jù)，為制造商生產(chǎn)顧客需求的自行車和富有吸引力的自行車創(chuàng)造了有利的條件，為自行車向人性化發(fā)展提供了方向 [10]。其對(duì)鞍座本身和單位面積所承受的壓力等進(jìn)行了客觀受力分析，同時(shí)運(yùn)用 件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 針對(duì)自行車的 鞍座進(jìn) 行人因工程學(xué)的分析，并結(jié)合著人體測(cè)量學(xué)和解剖學(xué)的知識(shí)對(duì)鞍座 進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計(jì)。解剖學(xué)的知識(shí)主要是分析與鞍座相接觸的各類人體組織形狀，從而實(shí)現(xiàn) 鞍座設(shè)計(jì)更加的符合人體組織的結(jié) 構(gòu)。 UG軟件的鞍座局部造型則是利用已經(jīng)改進(jìn)和設(shè)計(jì)好的各項(xiàng) 鞍座的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的構(gòu)造，從而最終獲得基于人因工程的自行車鞍座 。同時(shí)從人機(jī)工程和基礎(chǔ)工業(yè)工程的角度對(duì)自行車的 鞍座進(jìn)行舒適性，結(jié)構(gòu)性的分析。在此基礎(chǔ)上利用 UG軟件同時(shí)結(jié)合著已經(jīng)設(shè)計(jì)好的自行車鞍座的參數(shù)進(jìn)行分析和局部造型，最終獲得基于人因工程的自行車 鞍座。 全文共分為 五 章，各章主要研究?jī)?nèi)容安排如下： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 自行車鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 7 第一章是緒論，介紹了論文研究背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀并對(duì)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出了現(xiàn)有研究與國(guó)外的差距，指出 自行車 人機(jī)工程研究的必要性，提出了論文的研究?jī)?nèi)容和研究意義。 第三章 是 自行車鞍座逆向設(shè)計(jì) ， 主要包括 Mistral070705 DEA三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的使用、 imagewre軟件的逆向建模 。 第五 章是 總結(jié) 和展望。 隨著 人們生活質(zhì)量水平的提高，人們除了在追求產(chǎn)品的功能 滿足 之外 ， 越來(lái)越注重 對(duì)產(chǎn)品的人性化的設(shè)計(jì) 。 本章通過(guò) 對(duì) 自行車的國(guó)內(nèi)外的研究 現(xiàn)狀等的 介紹，指出了 現(xiàn)有自行車設(shè)計(jì)存在的一些 缺陷。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 自行車鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 8 第二章 自行車鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 機(jī)工程 學(xué) 人機(jī)工程學(xué)是研究人 —— 機(jī) —— 環(huán)境三者之間相互關(guān)系的學(xué)科，是近十幾年發(fā)展起來(lái)的一門邊緣性應(yīng)用學(xué)科。使設(shè)計(jì)的機(jī)器和環(huán)境系統(tǒng)適合人的生理和心理等特征，達(dá)到在生產(chǎn)中提高效率、安全、健康和舒 適的目的 。該學(xué)科的研究目的在于設(shè)計(jì)和改進(jìn)人 機(jī) 環(huán)境系統(tǒng)，使系統(tǒng)獲得較高的效率和效益，同時(shí)保證人的安全、健康和舒適。 國(guó)際人類工效學(xué)學(xué)會(huì)（ International Ergonomics Association,簡(jiǎn)稱 IEA）將該學(xué)科定義為：研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的因素；研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用；研究在工作中、生活中 和休假時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒服等問題。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 自行車鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 9 內(nèi)容 人機(jī)工程學(xué)的研究包括理論研究和應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)方面 ，由于各國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)及學(xué)科發(fā)展程度不同，學(xué)科研究的主體方向及側(cè)重點(diǎn)也不同，但根本研究方向都是通過(guò)揭示人 機(jī) 環(huán)境之間相互關(guān)系到的規(guī)律，以達(dá)到確保 人 機(jī) 環(huán)境系統(tǒng)總體的最優(yōu)化。 人的心理、心理特性和能力限度，是人 機(jī) 環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)。 （ 2）研究人機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本問題是人與機(jī)器之間的分工以及人與機(jī)器之間如何有效地進(jìn)行信息交流等問題。在人機(jī)系統(tǒng)中，人與機(jī)相互作用的 過(guò)程，就是利用人機(jī)界面上的顯示器與控制器，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)的信息交換的過(guò)程。 （ 4）研究工作場(chǎng)所設(shè)計(jì)和改善。 （ 5）研究工作環(huán)境及其改善。 （ 6）研究作業(yè)方法及其改善。 （ 7）研究系統(tǒng)的安全性和可靠性。人機(jī)工程要研究人為失誤的特征和規(guī)律，人的可靠性和安全性，找出導(dǎo)致人為失誤的各種因素，以改進(jìn)人 機(jī) 環(huán)境系統(tǒng)，通過(guò)主觀和客觀因素的相互補(bǔ)充和協(xié)調(diào)，克服不安全因素，搞好系統(tǒng)安全管理工作。人 機(jī) 環(huán)境系統(tǒng)的研究應(yīng)與組織、管理、文化和社會(huì)相適應(yīng) 。 所以自行車鞍座的設(shè)計(jì)已經(jīng)顯得刻不容緩。 有利 的推動(dòng)了自行車的快速發(fā)展，使自行車 更受消費(fèi)者的 青睞 。而鞍座是支撐自行車騎乘者體重的主要零部件，其設(shè)計(jì)對(duì)騎乘者的健康和騎行舒適性有著很大的影響。 根據(jù)圖 21所示人體臀部組織在自行車鞍座上的分布簡(jiǎn)圖可知，當(dāng)騎乘者位于鞍座上時(shí)，鞍座會(huì)壓迫到位于坐骨結(jié)節(jié)和恥骨聯(lián)合部之間的坐骨生殖區(qū)，該處的組織里含有豐富的血管、軟組織和大量的神經(jīng)及神經(jīng)末梢。同時(shí)會(huì)陰區(qū)深層中含有泌尿組織、血管及生殖動(dòng)脈和傳導(dǎo)神經(jīng)，騎行中騎乘者體重的壓迫也會(huì)造成生殖區(qū)域的缺血和麻木，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致生殖系統(tǒng)功能障礙。另外，據(jù)一家外國(guó)機(jī)構(gòu)的調(diào)查研究統(tǒng)計(jì)，騎自行車的男士中， 90%以上的人的睪丸存在畸形； 50%的被調(diào)查人群會(huì)感到陰囊不適或存在勃起障礙 [13]。不同坐姿下的脊柱形態(tài)不同。而處于非自然坐姿下，椎間盤壓力分布不正常，容易產(chǎn)生腰部疼痛和疲勞等不適。 （ 2）坐姿體壓分布 當(dāng)人處于坐姿狀態(tài)時(shí)，人的身體重量主要由坐墊和靠背承擔(dān)，因此坐姿體壓分布包括坐墊上的體壓分布和靠背上的體壓分布兩部分。圖 22 所示為坐姿時(shí)坐墊上的壓力分布圖 [14]。靠背上的體壓分布同樣也不均勻，就帶靠背的自行車鞍座而言，壓力主要集中在腰椎部位，由此向外逐漸降低。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 自行車鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 12 圖 23 股骨正常位置 圖 24 股骨受壓迫位置 現(xiàn)有鞍座的人機(jī)特點(diǎn)分析 在自行車的發(fā)展演變過(guò)程中，鞍座的設(shè)計(jì)也有了很大的改進(jìn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中越來(lái)越重視安全和舒適性，由過(guò)去的硬質(zhì)材料鞍座發(fā)展為座面采用較為柔軟的材料制成的鞍座，并通過(guò)凹陷、鑿孔等方法來(lái)減少對(duì)騎乘者生殖區(qū)的壓迫。圖 26所示為局部凹陷的鞍座設(shè)計(jì)，與中間開孔的鞍座相比，孔邊緣的避免巧妙地減輕了對(duì)騎乘者會(huì)陰部的壓力。 圖 25 鏤空型鞍座 圖 26 局部凹陷的自行車鞍座 （ 2）月牙型自行車鞍座 圖 27 為美國(guó) MOONSADDLE 公司 [15]所設(shè)計(jì)的月牙型鞍座，該鞍座成功地避免了對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)器官和組織的壓迫。 圖 27 月牙型自行車鞍座 （ 3）直桿型自行車鞍座 直桿型自行車鞍座 [16]（ 圖 28）僅僅由一個(gè)橫向的直桿構(gòu)成，沒有了普通自行車鞍座前部的窄小部分， 避免了對(duì)人體坐骨生殖區(qū)的壓迫和摩擦，不會(huì)對(duì)會(huì)陰區(qū)的血管和神經(jīng)造成壓迫。并且因其形態(tài)設(shè)計(jì)大大減少了騎乘者臀部與鞍座的接觸面積，因而在騎行過(guò)程中騎乘者的坐骨結(jié)節(jié)和臀大肌所承受的壓力會(huì)大大增加，這將加速了臀部肌肉的疲勞和疼痛。其舒適性特點(diǎn)同鏤空型以及月牙型鞍 座相似。 （ 1）鞍座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鞍座座面的設(shè)計(jì)采用局部凹陷的結(jié)構(gòu)以減少對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)造成的壓迫，同時(shí)在鞍座上表面在人體會(huì)陰區(qū)部位的鞍座接觸面設(shè)計(jì)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加會(huì)陰區(qū)的舒適度和透氣性。鞍座尺寸設(shè)計(jì)的依據(jù)主要是人體的生理結(jié)構(gòu)尺寸。根據(jù)人體測(cè)量學(xué)， 50%的人群骨盆的坐骨結(jié)節(jié)間距約為 200~220 mm，在設(shè)計(jì)時(shí)還需加上適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)余量（ 40~60 mm），以提高鞍座的舒適性，因此可確定普通休閑自行車的鞍座后端寬度為 240~280 mm 為宜。鞍座長(zhǎng)度由坐深以及腿部蹬踏運(yùn)動(dòng)的靈活性確定。據(jù)人體解剖學(xué)中人體結(jié)構(gòu)尺寸可知，鞍座后端的長(zhǎng)度應(yīng)由坐姿狀態(tài)下坐骨結(jié)節(jié)離臀部后緣的距離（ 100~120 mm）確定，鞍座總長(zhǎng)度則由坐姿時(shí)會(huì)陰處離臀部后緣的距離（ 170~190mm）再加上適當(dāng) 余量確定，由實(shí)驗(yàn)測(cè)量得出，普通休閑自行車鞍座的設(shè)計(jì)余量取 50 mm 左右為宜，因此可確定鞍座長(zhǎng)度的尺寸范圍為 220~240 mm。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 自行車鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 15 圖 210 自行車鞍座實(shí)體圖 圖 211 自行車鞍座設(shè)計(jì)圖 （ 3）材料選取 坐墊材料是影響鞍座舒適性的重要因素之一，同時(shí)也是騎行過(guò)程中的減震元件之一。在鞍座設(shè)計(jì)中，一般應(yīng)采用硬質(zhì)座面包覆軟硬適中的坐墊材料，同時(shí)還應(yīng)考慮到其透氣性、防水性等特征。鞍座可采用透氣性較好的皮革材料以利于散熱。 在本章的知識(shí)環(huán)節(jié)中， 主要 介紹 了 關(guān)于 人機(jī)工程學(xué) 方面的知識(shí) ， 主要包括人體測(cè)量學(xué) 和 人體解剖學(xué) 等 。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 自行車鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 17 第三章 自行車鞍座逆向設(shè)計(jì) 學(xué) 逆向工程是相對(duì)于現(xiàn)在的正向工程而言，正向工程就是先設(shè)計(jì)圖紙，然后按圖紙加工出產(chǎn)品實(shí)物，而逆向工程是以目前已有的實(shí)物通過(guò)三維激光超數(shù)及逆向軟件 處理，還原為電腦模型，并且可以修改和改進(jìn)。逆向工程與一般的設(shè)計(jì)制造過(guò)程相反，是先有實(shí)物后有模型。該項(xiàng)技術(shù)與快速成型技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速三維拷貝，并經(jīng)過(guò) CAD 重新建模修改或快速成型工藝參數(shù)的調(diào)整，還可以實(shí)現(xiàn)零件或模型的變異復(fù)原 。 1990年初期，各國(guó) 學(xué)術(shù) 界團(tuán)隊(duì)大量投入逆向工程的研究并發(fā)表成果。市場(chǎng)后來(lái)發(fā)展出兩套主流產(chǎn)品約在 2021 年前技術(shù)成熟，廣為業(yè)界引用。 1998 年， NEWPOWER 啟動(dòng)了逆向工程的一些項(xiàng)目，要求是把 客戶的現(xiàn)有 源代碼 轉(zhuǎn)變成設(shè)計(jì)，如果需要的話，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品需求規(guī)約。這樣一來(lái)，客戶就可以容易地維護(hù)他們的產(chǎn)品（需求，設(shè)計(jì)，源代碼等等），而不需要想以前那樣，每次改動(dòng)產(chǎn)品都需要直接修改源代碼。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 自行車鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 18 逆向工程被廣泛地應(yīng)用到新產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品改型 設(shè)計(jì) 、產(chǎn)品 仿制 、質(zhì)量分析檢測(cè)等領(lǐng)域，它的 作用主要體現(xiàn)在 以 下幾個(gè)方面 ： 縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)周期，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度； 降低企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的成本與風(fēng)險(xiǎn)； 加快產(chǎn)品的 造型 和系列化的設(shè)計(jì)； 適合單件、小批量的零件制造，特別是模具的制造，可分為直接制模與間接制模法。該法既不需用 RP 系統(tǒng)制作樣件，也不依賴傳統(tǒng)的模具制造 工藝，對(duì)金屬模具制造而言尤為快捷，是一種極具開發(fā)前景的制模