Wykaz Projektów
Streszczenie

Komputerowe modele kończyny górnej z możliwością symulowania złamań oraz głowy z przemysłowym hełmem ochronnym dla potrzeb rekonstrukcji i zapobiegania wypadkom przy pracy

Kierownik projektu: mgr inż. Marcin Milanowicz

Streszczenie projektu:

 

Projekt V.B.12: Komputerowe modele kończyny górnej z możliwością symulowania złamań oraz głowy z przemysłowym hełmem ochronnym dla potrzeb rekonstrukcji i zapobiegania wypadkom przy pracy

Okres realizacji:

1.01.2011 − 31.12.2013

Zadanie/etap 3.:

Rekonstrukcja trzech typowych wypadków przy pracy związanych
z urazem kończyny górnej oraz głowy ilustrująca możliwości wzbogaconego komputerowego modelu człowieka oraz opracowanie materiałów szkoleniowych i przeprowadzenie pilotażowego seminarium szkoleniowego dla potencjalnych odbiorców. Publikacja

Główny wykonawca:

mgr inż. Marcin Milanowicz − Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy, Zakład Techniki Bezpieczeństwa

 

Celem projektu było opracowanie komputerowego modelu kończyny górnej z możliwością symulowania złamań (w obrębie kości ramiennej, promieniowej i łokciowej) oraz komputerowego modelu przemysłowego hełmu ochronnego, a następnie ich implementacja do komputerowego modelu człowieka pakietu Madymo. Powstały w wyniku prac wzbogacony komputerowy model człowieka będzie służył do rekonstrukcji wypadków przy pracy, co w dużym stopniu przyczyni się do poszerzenia stanu wiedzy o przyczynach, przebiegu i skutkach tych zdarzeń. Ulepszony komputerowy model człowieka umożliwi także prognozowanie wypadków na stanowiskach pracy, co pozwoli na dobór odpowiednich zabezpieczeń już na etapie projektowania maszyn i urządzeń.

W ramach realizacji projektu określono parametry biomechaniczne kończyn górnych niezbędne do wykonania komputerowego modelu kończyny górnej. Potrzebne dane zebrano w wyniku przeglądu specjalistycznej literatury zawierającej wyniki badań eksperymentalnych przeprowadzonych na kończynach górnych u ludzi. Określono wartości sił oraz momentów zginających, przy których występuje wysokie prawdopodobieństwo wystąpienia złamania. Zebrany materiał zweryfikowano, opierając się na konsultacjach medycznych. Następnie przeprowadzono testy eksperymentalne z wykorzystaniem fantomu głowy w celu określenia charakterystyki sztywności modelu głowy z hełmem ochronnym. Przeprowadzono dwie grupy testów: badanie właściwości mechanicznych przemysłowego hełmu ochronnego oraz testy z wykorzystaniem fantomu głowy manekina Hybrid III. W Zakładzie Ochron Osobistych CIOP-PIB wykonano testy: zdolności amortyzacji, odporności na działanie sił ściskających oraz wytrzymałości punktów kotwiczenia paska podbródkowego. Testy te miały na celu określenie właściwości mechanicznych hełmu ochronnego niezbędnych do opracowania jego modelu komputerowego. Drugą grupę testów przeprowadzono we współpracy z Przemysłowym Instytutem Motoryzacji z Warszawy. Do badań wykorzystano fantom głowy wyposażony w przetworniki przeciążeń. Fantom głowy bez hełmu ochronnego oraz w hełmie zrzucano z wysokości 0,25 m oraz 0,5 m na twarde podłoże. Podczas eksperymentu rejestrowano przyspieszenia w środku ciężkości fantomu głowy w momencie uderzenia o podłoże jako funkcję czasu.

Opracowano model kończyny górnej z możliwością symulacji złamania kości ramiennej i kości przedramienia oraz model głowy z przemysłowym hełmem ochronnym. W ramach prac nad tymi modelami opracowano ich specyfikacje techniczne, w których zestawiono dane niezbędne do budowy modeli. Następnie opracowano komputerowe modele z wykorzystaniem metody układów wieloczłonowych i sprawdzono poprawność ich działania. Oba modele zaimplementowano do komputerowego modelu człowieka.

Przeprowadzono rekonstrukcje trzech wypadków przy pracy związanych z urazem kończyny górnej oraz głowy ilustrujące możliwości wzbogaconego komputerowego modelu człowieka. Pierwszy wypadek wydarzył się na terenie zakładu mięsnego i dotyczył upadku pracownika chłodni z drabiny, w wyniku czego poszkodowany doznał złamania obu kończyn górnych. Drugi wypadek miał miejsce na terenie kopalni węgla kamiennego. Górnik, przebywając w jednym z korytarzy kopalni, został uderzony w głowę przez napinającą się metalową linę i doznał śmiertelnych urazów. Natomiast trzeci wypadek wydarzył się podczas wycinki drzew w lesie. Drwal wszedł w strefę niebezpieczną i został uderzony przez spadający fragment gałęzi, w wyniku czego doznał poważnych urazów głowy. Rekonstrukcje miały na celu zilustrowanie możliwości wykorzystania wzbogaconego komputerowego modelu człowieka do badania okoliczności i przyczyn wypadków przy pracy.

 

 

 

Projekt V.B.12. Porównanie przebiegu wartości przyspieszenia rejestrowanego w fantomie podczas zrzutu na podłoże (A) oraz generowanego przez komputerowy model w pakiecie Madymo (B)

 

 

 

Projekt V.B.12.Symulacja złamania kości przedramienia: A – kończyna przed przyłożeniem obciążenia; B – kończyna po przyłożeniu obciążenia (obciążenie przekroczyło wartość graniczną, widoczne złamanie kończyny)

 

Dodatkowo opracowano instrukcję wykorzystania modelu do prowadzenia rekonstrukcji wypadków przy pracy. Na podstawie przeprowadzonych rekonstrukcji przygotowano materiały szkoleniowe w formie dwóch filmów zawierających wizualizacje dwóch zrekonstruowanych wypadków. Następnie przeprowadzono pilotażowe seminaria szkoleniowe dla specjalistów ds. bhp, przedstawicieli Państwowej Inspekcji Pracy, kancelarii prawnej, towarzystwa ubezpieczeniowego, ekspertów w dziedzinie rekonstrukcji wypadków i symulacji numerycznej, kierowników ośrodków szkoleniowych. Łącznie uczestniczyło w nich 90 osób. Na seminariach przedstawiono możliwość wykorzystania wzbogaconego komputerowego modelu człowieka do rekonstrukcji wypadków przy pracy oraz zaprezentowano pierwsze wersje materiałów szkoleniowych. W wyniku seminariów materiały zweryfikowano i poprawiono według wskazówek uczestników.

Wyniki projektu upowszechniono w 6 publikacjach w czasopismach naukowych oraz zaprezentowano na 4 konferencjach międzynarodowych i krajowych.



Jednostka: Pracownia Technik Rzeczywistości Wirtualnej

Okres realizacji: 01.01.2011 – 31.12.2013