01-背景

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

人機(jī)工程在制造業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用極為重要，如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺乏人機(jī)工程學(xué)驗(yàn)證，將會(huì)導(dǎo)致用戶不滿意甚至造成人員身體損傷，導(dǎo)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(dǎo)致事故。

02-行業(yè)現(xiàn)狀

產(chǎn)品的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)是朝著目標(biāo)逐漸逼近的一個(gè)更新迭代過程，通過人機(jī)工程學(xué)驗(yàn)證來評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)結(jié)果與設(shè)計(jì)目標(biāo)的逼近程度。

傳統(tǒng)制造業(yè)人機(jī)工程驗(yàn)證流程如下圖所示，根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(jī)分析基礎(chǔ)環(huán)境。以人機(jī)工程學(xué)理論為基礎(chǔ)，對(duì)人機(jī)系統(tǒng)中人、機(jī)之間的相互關(guān)系進(jìn)行仿真，綜合評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿足要求,最后根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。下圖案例是傳統(tǒng)人機(jī)驗(yàn)證，數(shù)字人體模型通過站在汽車模型前端，來驗(yàn)證機(jī)艙的開啟高度是否滿足人體工程學(xué)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(jī)驗(yàn)證，數(shù)字人體模型通過站在汽車模型前端，來驗(yàn)證機(jī)艙的開啟高度是否滿足人體工程學(xué)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(yàn)證方式是在PC端中進(jìn)行，人體動(dòng)作調(diào)節(jié)起來過于復(fù)雜、效率低，動(dòng)作僵硬，不夠逼真，因此更多采用靜態(tài)人體來進(jìn)行人機(jī)驗(yàn)證，但是這種靜態(tài)人體驗(yàn)證往往過于形式化，無法得到有效的人機(jī)驗(yàn)證。

目前在虛擬的仿真環(huán)境中，借助半實(shí)物臺(tái)架來進(jìn)行仿真驗(yàn)證，通過人體追蹤設(shè)備實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)虛擬人體進(jìn)行人機(jī)可視可達(dá)、操作方便性、舒適性驗(yàn)證，從而達(dá)到既能動(dòng)態(tài)人機(jī)評(píng)審的同時(shí)又能提高效率，為用戶提供更好的交互體驗(yàn)，提高人機(jī)工程驗(yàn)證的結(jié)果和質(zhì)量。

03-人機(jī)虛擬評(píng)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(dá)索3DE體驗(yàn)平臺(tái)：

DELMIA人機(jī)虛擬樣機(jī)解決方案是基于達(dá)索3DEXPERIENCE平臺(tái)中的EWK（人機(jī)工程學(xué)）、EEA（人機(jī)評(píng)估）、EMA（人機(jī)評(píng)審）三大模塊來實(shí)現(xiàn)樣機(jī)評(píng)審過程中可視、可達(dá)、疲勞等驗(yàn)證需求。

• EMA（人機(jī)評(píng)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(xì)的數(shù)字化人體，以便執(zhí)行高級(jí)人體系數(shù)分析并適應(yīng)全局目標(biāo)受眾的需求，用于借助各種導(dǎo)航和打開產(chǎn)品，制造項(xiàng)目，流程和資源內(nèi)容用工具來構(gòu)建PPR工作會(huì)話。

• EEA（人機(jī)評(píng)估）:它是以人為中心的產(chǎn)品和工作場(chǎng)所設(shè)計(jì)，能夠更快、更輕松地利用人機(jī)工程學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以輕松處理人體模型，為姿勢(shì)功能提供增強(qiáng)體驗(yàn)。

• 還可以切換人體模型人種、評(píng)估人體模型視覺、使用生物力學(xué)分析計(jì)算力矩和力，提供推、拉和運(yùn)載分析、使用快速上肢評(píng)估來檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)、使用碰撞分析來進(jìn)行評(píng)估、管理人體模型屬性數(shù)據(jù)。

• EWK（人機(jī)工程學(xué)）利用虛擬工人及早進(jìn)行驗(yàn)證，使工作場(chǎng)所更為安全。在仿真中添加編排事件并播放，創(chuàng)建、應(yīng)用和刪除數(shù)據(jù)庫(kù)元素，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。

Techviz數(shù)據(jù)可視化：

TechViz是一款虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)系統(tǒng)上以1:1的比例顯示任何CAD模型，能實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的全面沉浸式體驗(yàn)，與本地3D數(shù)據(jù)進(jìn)行交互并實(shí)時(shí)進(jìn)行更改；可處理較大模型，同時(shí)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(jī)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(yīng)用的呈現(xiàn)載體，是用戶進(jìn)行沉浸式體驗(yàn)的基礎(chǔ)環(huán)境。針對(duì)制造業(yè)用戶的CAD數(shù)據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)，CAVE和CADWALL是兩種典型的、廣泛應(yīng)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(shí)所需要的各種功能。HTC通過一個(gè)頭戴式顯示器、兩個(gè)單手持控制器、一個(gè)能于空間內(nèi)同時(shí)追蹤顯示器與控制器的定位系統(tǒng)。

ART光學(xué)全身動(dòng)捕系統(tǒng)：

ART是一種人體動(dòng)作捕捉工具，具備高精度ARTTrack紅外光學(xué)追蹤系統(tǒng)，該設(shè)備利用高度精確的6自由度（6DOF）光學(xué)目標(biāo)來跟蹤一個(gè)目標(biāo)對(duì)象的信息。我們使用17個(gè)符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，直接可以穿戴在正常的衣服上，來達(dá)到實(shí)時(shí)跟蹤人體動(dòng)作的目的。

04-應(yīng)用案例

04.1 基于CAVE的人機(jī)驗(yàn)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(shí)物或半實(shí)物部件與虛擬部件綁定，在VR虛擬驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行1：1數(shù)字樣機(jī)展示、物理跟蹤、人機(jī)評(píng)審，可體驗(yàn)產(chǎn)品的真實(shí)空間關(guān)系，增加對(duì)觸感、質(zhì)量的多維感知，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)驗(yàn)證。

04.2 DELMIA進(jìn)行人機(jī)工程分析，輸出分析報(bào)告。

04.3 基于VR頭盔的人機(jī)驗(yàn)證

通過ART光學(xué)全身動(dòng)捕系統(tǒng)及半實(shí)物臺(tái)架實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)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(dá)性驗(yàn)證，同時(shí)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行姿態(tài)、動(dòng)作的保存，從而取代工程師對(duì)姿態(tài)、動(dòng)作的手動(dòng)調(diào)節(jié)，提高工作效率。

05-總結(jié)

科技在進(jìn)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(dòng)多樣的方式采取虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)去協(xié)助人機(jī)工程的驗(yàn)證等工作。我相信通過這種在虛擬環(huán)境下進(jìn)行DELMIA人機(jī)動(dòng)態(tài)評(píng)審必將會(huì)給制造業(yè)帶來新一輪的革命。