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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
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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
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LBMC - Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs
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
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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
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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 …
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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
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BiomBioméécanique des chocscanique des chocs
Expé
rimen
tatio
n :
véh
icul
es e
t sys
tèm
es d
e sé
curit
é
Lois de comportement
Critères de tolérance
Accidentologie
Blessé
Mécanisme lésionnel
Expérimentation
Mod
èles
mat
hém
atiq
ues
Man
nequ
ins
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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
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HumosHumos II II
Maillage : Élémentsvolumique,surfaciques,linéaires
HUman
MOdel
for Safety
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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
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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).
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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
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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
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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 !
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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 !
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Man3DMan3D
55 CHAINONS,54 ARTICULATIONS
Chaînons, articulation et axes de mobilité
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Man3DMan3D
Femme 20%
Homme 05%
Homme 95%Homme 50%
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Man3DMan3D
A stature égale,les proportionspeuvent être
très différentes
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Man3dMan3d
Un exemple d’utilisation dansl’industrie automobile
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Application Man3D / Renault TrucksApplication Man3D / Renault Trucks
POSTE DE CONDUITE
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Application Man3D / Renault TrucksApplication Man3D / Renault Trucks
Atteinte de la cabine
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Application Man3D / Renault TrucksApplication Man3D / Renault Trucks
Accès derrière la cabine
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Application Man3D / Renault TrucksApplication Man3D / Renault Trucks
Pour la vie à bord
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SupercabineSupercabineETUDE DE POSTE DE PORTIQUEUR
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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
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SupercabineSupercabine
• 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
x
x
x
x
1
2
3
4
Zone d ’atteinte optimale
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LBMC - Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs
SupercabineSupercabine
321
416
29043
8
321
24°
683
174
24° 527
Rayon R
Référence Y
Zone A
Référence X
Zone B
Recommandations: espace de travail
192416
284
524 68
8 835
606
614
239
Pour la population des portiqueur
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LBMC - Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs
SupercabineSupercabine
321
416
29043
8
321
24°
683
174
24° 527
Rayon R
Référence Y
Zone A
Référence X
Zone B
Recommandations: champ visuel
50°35°
35°
10° 10°
4°
Zone A
Angles C
Zone B
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SupercabineSupercabineProposition 1
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LBMC - Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs
SupercabineSupercabineProposition 2 : avec accoudoir
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SupercabineSupercabine
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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
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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