1.簡介

人機(jī)工程學(xué)的定義是與人相關(guān)的科學(xué)信息在對對象、體系和環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。目前工業(yè)制造領(lǐng)域使用人機(jī)工程驗(yàn)證的方式，主要是通過虛擬裝配的方式進(jìn)行裝配仿真驗(yàn)證。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬裝配仿真驗(yàn)證系統(tǒng)是將CAD建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)協(xié)同技術(shù)、用戶界面應(yīng)用、設(shè)計(jì)過程和虛擬仿真驗(yàn)證結(jié)合起來，形成一個(gè)基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示與實(shí)時(shí)交互環(huán)境的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證系統(tǒng)。通過人機(jī)+動(dòng)捕的解決方案，可以將真實(shí)人體姿態(tài)動(dòng)作賦給虛擬人進(jìn)行人機(jī)驗(yàn)證，此種方式是目前的人機(jī)驗(yàn)證方式。

2.提升生產(chǎn)力

對于手工裝配系統(tǒng)，虛擬裝配的研究重點(diǎn)在于分析裝配過程中的人機(jī)工程學(xué)問題。由于手工裝配涉及大量的人的勞動(dòng)，因此，如何提供人的操作效率，保障人的勞動(dòng)安全，降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度等就變得越來越重要。虛擬環(huán)境下的人機(jī)工程學(xué)分析主要通過虛擬人體模型來實(shí)現(xiàn)。人體模型是一個(gè)多自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過定義人體模型的參數(shù)和各種動(dòng)作，可以模擬人在虛擬環(huán)境中的抓取零件、移動(dòng)零件、裝配零件、使用工具和家具、緊固等行為，并計(jì)算人的操作空間、視野、能量消耗、疲勞強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，從而為裝配系統(tǒng)規(guī)劃人員的分析和決策提供依據(jù)。

基于Delmia的虛擬裝配解決方案，可在計(jì)算機(jī)上仿真裝配過程，在Delmia中，虛擬人姿態(tài)的調(diào)整是通過手動(dòng)調(diào)節(jié)人體各關(guān)節(jié)的位置來實(shí)現(xiàn)的，此種方式需要的調(diào)整時(shí)間長，結(jié)果不自然。與之相對應(yīng)的是采用實(shí)時(shí)動(dòng)捕技術(shù)+虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，此方法調(diào)整時(shí)間短，結(jié)果自然可信。

通過引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為復(fù)雜產(chǎn)品的可裝配性分析與評價(jià)、裝配工藝規(guī)劃等提供了一種直觀、自然、逼真、高效的人機(jī)環(huán)境，人可以沉浸到其中，與環(huán)境中的各種虛擬物體融為一體，從而限度地發(fā)揮人的智慧。

3 .主要優(yōu)勢

使用綜合性 3D 流程和資源規(guī)劃工具進(jìn)行規(guī)劃，以創(chuàng)建和優(yōu)化按單定制的精益生產(chǎn)制造系統(tǒng)。使用工具進(jìn)行模擬，以虛擬定義和優(yōu)化制造資產(chǎn)及制造規(guī)劃。操作精確的虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)跟蹤生產(chǎn)活動(dòng)、執(zhí)行時(shí)間表變動(dòng)、啟動(dòng)新項(xiàng)目、引進(jìn)模型轉(zhuǎn)換和安排維護(hù)操作

4. 功能模塊

4.1.1 Ergonomics Specialist

以人為中心的產(chǎn)品和工作場所設(shè)計(jì)

l 更快、更輕松地利用人機(jī)工程學(xué)數(shù)據(jù)庫

l 輕松處理人體模型

l 為姿勢功能提供增強(qiáng)體驗(yàn)

l 切換人體模型人種

l 評估人體模型視覺

l 使用生物力學(xué)分析計(jì)算力矩和力

l 提供推、拉和運(yùn)載分析

l 使用快速上肢評估來檢測風(fēng)險(xiǎn)

l 使用碰撞分析來進(jìn)行評估

l 管理人體模型屬性數(shù)據(jù)

4.1.2 Ergonomist

創(chuàng)建非常具體逼真的人體模型

l 創(chuàng)建適用于任何人口比例的各種人體

l 自定義每個(gè)關(guān)節(jié)的各種運(yùn)動(dòng)

l 針對任何既定活動(dòng)找出或的姿勢

l 捕獲并重復(fù)使用人體工程學(xué)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

l 使用姿勢的舒適或安全性評分

4.1.3 Work Safety Engineer

利用虛擬工人及早進(jìn)行驗(yàn)證，使工作場所更為安全

l 在仿真中添加編排事件并播放

l 創(chuàng)建、應(yīng)用和刪除數(shù)據(jù)庫元素

l 將人性化因素早期集成于產(chǎn)品或工作地點(diǎn)設(shè)計(jì)中，以節(jié)約成本

l 建構(gòu)常見操作和活動(dòng)

l 捕獲并重復(fù)利用基礎(chǔ)技能或復(fù)雜任務(wù)

l 提供自動(dòng)布局更新的關(guān)聯(lián)性

l 更輕松地處理人體模型，并定義人體模型接觸和抓取的方式

l 提供推、拉和運(yùn)載分析

l 使用快速上肢評估來檢測風(fēng)險(xiǎn)

l 使用人體模型視覺評估來自定義視域

5 .動(dòng)捕方案概述

5.1.1 方案簡介

本技術(shù)方案通過人機(jī)交互驗(yàn)證軟件，集成數(shù)據(jù)手套和動(dòng)作捕捉設(shè)備數(shù)據(jù)接口，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)虛擬角色仿真操作；通過虛擬現(xiàn)實(shí)中間件驅(qū)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔進(jìn)行沉浸式虛擬環(huán)境顯示，同步驅(qū)動(dòng)第三人稱觀察顯示屏、供其他人員了解裝配人員的操作過程。人機(jī)交互驗(yàn)證軟件可錄制虛擬角色的仿真操作動(dòng)作，存儲(chǔ)為Delmia的Process文件格式，輔助后期進(jìn)行裝配工藝流程制作和人機(jī)工程分析。

5.1.2 應(yīng)用流程

l 前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

設(shè)備準(zhǔn)備：穿戴動(dòng)作捕捉系統(tǒng)、數(shù)據(jù)手套和虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，并校準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：打開Delmia軟件，并打開虛擬廠房數(shù)據(jù)，選擇進(jìn)行仿真計(jì)算的虛擬人、和動(dòng)捕設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系，然后將其加入仿真計(jì)算列表， 選擇進(jìn)行仿真計(jì)算的零部件，將其加入仿真計(jì)算列表，開啟計(jì)算引擎。

l 實(shí)時(shí)裝配仿真

操作人員實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)虛擬人和虛擬場景進(jìn)行交互、完成搬運(yùn)、裝配產(chǎn)品的零部件模型

觀察、評價(jià)操作人員的操作過程，形成仿真過程會(huì)議紀(jì)要

錄制虛擬人的操作動(dòng)作，并存儲(chǔ)成文件

l 后期制作及分析驗(yàn)證

將仿真結(jié)果整理，進(jìn)行人機(jī)工程分析、輸出裝配工藝流程文件

5.1.3 方案特點(diǎn)

l 基于Delmia模型，可充分利用Delmia中的人體庫、動(dòng)作庫、人機(jī)工程分析工具。

l 操作人員穿上動(dòng)作捕捉衣、佩戴VR頭盔、戴上數(shù)據(jù)手套（2只），進(jìn)入Delmia軟件環(huán)境（虛擬廠房），此時(shí)操作人員在VR頭盔里能看見代表自己的虛擬人。

l 操作人員在VR頭盔里通過操作兩只手，搬運(yùn)、拆卸產(chǎn)品的零部件模型。

l 外部人員能夠在其他顯示環(huán)境下觀看操作人員（虛擬人）的在裝配過程中與產(chǎn)品模型的交互過程。

l 可錄制虛擬角色的仿真操作動(dòng)作，用于后期裝配工藝流程制作和人機(jī)工程分析。

l 能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下對模型進(jìn)行數(shù)字樣機(jī)評審，提供數(shù)字樣機(jī)評審輔助工具，如測量、剖切、隱藏顯示零部件、移動(dòng)零部件、注釋等。