01-背景

中國正致力于實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，推動新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式在各領(lǐng)域廣泛應用。國家高度重視虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各行業(yè)的應用，早在2016年12月，我國就在《“十三五”國家信息化規(guī)劃》明確提出加強虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)研發(fā)與前沿布局。

人機工程在制造業(yè)領(lǐng)域應用極為重要，如果產(chǎn)品設(shè)計缺乏人機工程學驗證，將會導致用戶不滿意甚至造成人員身體損傷，導致系統(tǒng)性能下降、效率低下，或者讓人容易發(fā)生失誤，并導致事故。

02-行業(yè)現(xiàn)狀

產(chǎn)品的人機工程學設(shè)計是朝著目標逐漸逼近的一個更新迭代過程，通過人機工程學驗證來評價設(shè)計結(jié)果與設(shè)計目標的逼近程度。

傳統(tǒng)制造業(yè)人機工程驗證流程如下圖所示，根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計要求建立其CAD模型，并建立三維數(shù)字人體模型，構(gòu)成數(shù)字化人機分析基礎(chǔ)環(huán)境。以人機工程學理論為基礎(chǔ)，對人機系統(tǒng)中人、機之間的相互關(guān)系進行仿真，綜合評價設(shè)計結(jié)果是否滿足要求,最后根據(jù)評價結(jié)果進行優(yōu)化。下圖案例是傳統(tǒng)人機驗證，數(shù)字人體模型通過站在汽車模型前端，來驗證機艙的開啟高度是否滿足人體工程學和法規(guī)要求，找到產(chǎn)品問題，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。

下圖案例是傳統(tǒng)人機驗證，數(shù)字人體模型通過站在汽車模型前端，來驗證機艙的開啟高度是否滿足人體工程學和法規(guī)要求，找到產(chǎn)品問題，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。

傳統(tǒng)的驗證方式是在PC端中進行，人體動作調(diào)節(jié)起來過于復雜、效率低，動作僵硬，不夠逼真，因此更多采用靜態(tài)人體來進行人機驗證，但是這種靜態(tài)人體驗證往往過于形式化，無法得到有效的人機驗證。

目前在虛擬的仿真環(huán)境中，借助半實物臺架來進行仿真驗證，通過人體追蹤設(shè)備實時驅(qū)動虛擬人體進行人機可視可達、操作方便性、舒適性驗證，從而達到既能動態(tài)人機評審的同時又能提高效率，為用戶提供更好的交互體驗，提高人機工程驗證的結(jié)果和質(zhì)量。

03-人機虛擬評審解決方案

03.1 系統(tǒng)架構(gòu)組成

03.2 軟件系統(tǒng)組成

達索3DE體驗平臺：

DELMIA人機虛擬樣機解決方案是基于達索3DEXPERIENCE平臺中的EWK（人機工程學）、EEA（人機評估）、EMA（人機評審）三大模塊來實現(xiàn)樣機評審過程中可視、可達、疲勞等驗證需求。

• EMA（人機評審）:可以提供非常具體逼真的人體模型，并能夠編輯和裝配體中的管理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。EMA專注于創(chuàng)建詳細的數(shù)字化人體，以便執(zhí)行高級人體系數(shù)分析并適應全局目標受眾的需求，用于借助各種導航和打開產(chǎn)品，制造項目，流程和資源內(nèi)容用工具來構(gòu)建PPR工作會話。

• EEA（人機評估）:它是以人為中心的產(chǎn)品和工作場所設(shè)計，能夠更快、更輕松地利用人機工程學數(shù)據(jù)庫，可以輕松處理人體模型，為姿勢功能提供增強體驗。

• 還可以切換人體模型人種、評估人體模型視覺、使用生物力學分析計算力矩和力，提供推、拉和運載分析、使用快速上肢評估來檢測風險、使用碰撞分析來進行評估、管理人體模型屬性數(shù)據(jù)。

• EWK（人機工程學）利用虛擬工人及早進行驗證，使工作場所更為安全。在仿真中添加編排事件并播放，創(chuàng)建、應用和刪除數(shù)據(jù)庫元素，將人性化因素早期集成于產(chǎn)品或工作地點設(shè)計中，以節(jié)約成本。

Techviz數(shù)據(jù)可視化：

TechViz是一款虛擬現(xiàn)實軟件，通過抓取顯卡中數(shù)據(jù)，可以在VR頭盔、CADWALL、CAVE等任何類型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)上以1:1的比例顯示任何CAD模型，能實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的全面沉浸式體驗，與本地3D數(shù)據(jù)進行交互并實時進行更改；可處理較大模型，同時提供流暢的顯示效果。

03.3 硬件系統(tǒng)

立體顯示設(shè)備：

在虛擬樣機解決方案中，立體顯示、交互控制、VR軟件、是三大核心構(gòu)成要素，其中立體顯示環(huán)境是VR應用的呈現(xiàn)載體，是用戶進行沉浸式體驗的基礎(chǔ)環(huán)境。針對制造業(yè)用戶的CAD數(shù)據(jù)應用特點，CAVE和CADWALL是兩種典型的、廣泛應用的立體顯示環(huán)境。

VR 頭戴式設(shè)備具有提供流暢的、真正沉浸式的虛擬現(xiàn)實所需要的各種功能。HTC通過一個頭戴式顯示器、兩個單手持控制器、一個能于空間內(nèi)同時追蹤顯示器與控制器的定位系統(tǒng)。

ART光學全身動捕系統(tǒng)：

ART是一種人體動作捕捉工具，具備高精度ARTTrack紅外光學追蹤系統(tǒng)，該設(shè)備利用高度精確的6自由度（6DOF）光學目標來跟蹤一個目標對象的信息。我們使用17個符合人體工程學設(shè)計的目標，直接可以穿戴在正常的衣服上，來達到實時跟蹤人體動作的目的。

04-應用案例

04.1 基于CAVE的人機驗證

基于CAVE沉浸式虛擬顯示系統(tǒng)，將3DE-DELMIA數(shù)據(jù)通過Techviz呈現(xiàn)其中，可將實物或半實物部件與虛擬部件綁定，在VR虛擬驗證的基礎(chǔ)上，可對產(chǎn)品進行1：1數(shù)字樣機展示、物理跟蹤、人機評審，可體驗產(chǎn)品的真實空間關(guān)系，增加對觸感、質(zhì)量的多維感知，實現(xiàn)更精準驗證。

04.2 DELMIA進行人機工程分析，輸出分析報告。

04.3 基于VR頭盔的人機驗證

通過ART光學全身動捕系統(tǒng)及半實物臺架實時驅(qū)動DLMIA中的人體模型，提供了視野直觀性分析、操作方便性以及可達性驗證，同時可以實時進行姿態(tài)、動作的保存，從而取代工程師對姿態(tài)、動作的手動調(diào)節(jié)，提高工作效率。

05-總結(jié)

科技在進步，人類在發(fā)展，產(chǎn)品的研發(fā)也需要不斷去探索新技術(shù)，正如大家所見，為了優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)流程，降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，目前制造業(yè)正在以多動多樣的方式采取虛擬現(xiàn)實技術(shù)去協(xié)助人機工程的驗證等工作。我相信通過這種在虛擬環(huán)境下進行DELMIA人機動態(tài)評審必將會給制造業(yè)帶來新一輪的革命。