1.簡介

人機工程學的定義是與人相關的科學信息在對對象、體系和環境進行設計中的應用。目前工業制造領域使用人機工程驗證的方式，主要是通過虛擬裝配的方式進行裝配仿真驗證。基于虛擬現實技術的虛擬裝配仿真驗證系統是將CAD建模技術、虛擬現實協同技術、用戶界面應用、設計過程和虛擬仿真驗證結合起來，形成一個基于沉浸式虛擬現實顯示與實時交互環境的產品設計和仿真驗證系統。通過人機+動捕的解決方案，可以將真實人體姿態動作賦給虛擬人進行人機驗證，此種方式是目前的人機驗證方式。

2.提升生產力

對于手工裝配系統，虛擬裝配的研究重點在于分析裝配過程中的人機工程學問題。由于手工裝配涉及大量的人的勞動，因此，如何提供人的操作效率，保障人的勞動安全，降低人的勞動強度等就變得越來越重要。虛擬環境下的人機工程學分析主要通過虛擬人體模型來實現。人體模型是一個多自由度的運動機構，通過定義人體模型的參數和各種動作，可以模擬人在虛擬環境中的抓取零件、移動零件、裝配零件、使用工具和家具、緊固等行為，并計算人的操作空間、視野、能量消耗、疲勞強度等數據，從而為裝配系統規劃人員的分析和決策提供依據。

基于Delmia的虛擬裝配解決方案，可在計算機上仿真裝配過程，在Delmia中，虛擬人姿態的調整是通過手動調節人體各關節的位置來實現的，此種方式需要的調整時間長，結果不自然。與之相對應的是采用實時動捕技術+虛擬現實技術，此方法調整時間短，結果自然可信。

通過引入虛擬現實技術，為復雜產品的可裝配性分析與評價、裝配工藝規劃等提供了一種直觀、自然、逼真、高效的人機環境，人可以沉浸到其中，與環境中的各種虛擬物體融為一體，從而限度地發揮人的智慧。

3 .主要優勢

使用綜合性 3D 流程和資源規劃工具進行規劃，以創建和優化按單定制的精益生產制造系統。使用工具進行模擬，以虛擬定義和優化制造資產及制造規劃。操作精確的虛擬生產系統，以實時跟蹤生產活動、執行時間表變動、啟動新項目、引進模型轉換和安排維護操作

4. 功能模塊

4.1.1 Ergonomics Specialist

以人為中心的產品和工作場所設計

l 更快、更輕松地利用人機工程學數據庫

l 輕松處理人體模型

l 為姿勢功能提供增強體驗

l 切換人體模型人種

l 評估人體模型視覺

l 使用生物力學分析計算力矩和力

l 提供推、拉和運載分析

l 使用快速上肢評估來檢測風險

l 使用碰撞分析來進行評估

l 管理人體模型屬性數據

4.1.2 Ergonomist

創建非常具體逼真的人體模型

l 創建適用于任何人口比例的各種人體

l 自定義每個關節的各種運動

l 針對任何既定活動找出或的姿勢

l 捕獲并重復使用人體工程學企業標準

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行驗證，使工作場所更為安全

l 在仿真中添加編排事件并播放

l 創建、應用和刪除數據庫元素

l 將人性化因素早期集成于產品或工作地點設計中，以節約成本

l 建構常見操作和活動

l 捕獲并重復利用基礎技能或復雜任務

l 提供自動布局更新的關聯性

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、拉和運載分析

l 使用快速上肢評估來檢測風險

l 使用人體模型視覺評估來自定義視域

5 .動捕方案概述

5.1.1 方案簡介

本技術方案通過人機交互驗證軟件，集成數據手套和動作捕捉設備數據接口，實時驅動虛擬角色仿真操作；通過虛擬現實中間件驅動虛擬現實頭盔進行沉浸式虛擬環境顯示，同步驅動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。人機交互驗證軟件可錄制虛擬角色的仿真操作動作，存儲為Delmia的Process文件格式，輔助后期進行裝配工藝流程制作和人機工程分析。

5.1.2 應用流程

l 前期數據準備

設備準備：穿戴動作捕捉系統、數據手套和虛擬現實頭盔，并校準。

數據準備：打開Delmia軟件，并打開虛擬廠房數據，選擇進行仿真計算的虛擬人、指定和動捕設備的關聯關系，然后將其加入仿真計算列表， 選擇進行仿真計算的零部件，將其加入仿真計算列表，開啟計算引擎。

l 實時裝配仿真

操作人員實時驅動虛擬人和虛擬場景進行交互、完成搬運、裝配產品的零部件模型

觀察、評價操作人員的操作過程，形成仿真過程會議紀要

錄制虛擬人的操作動作，并存儲成文件

l 后期制作及分析驗證

將仿真結果整理，進行人機工程分析、輸出裝配工藝流程文件

5.1.3 方案特點

l 基于Delmia模型，可充分利用Delmia中的人體庫、動作庫、人機工程分析工具。

l 操作人員穿上動作捕捉衣、佩戴VR頭盔、戴上數據手套（2只），進入Delmia軟件環境（虛擬廠房），此時操作人員在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、拆卸產品的零部件模型。

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

l 可錄制虛擬角色的仿真操作動作，用于后期裝配工藝流程制作和人機工程分析。

l 能夠在虛擬現實環境下對模型進行數字樣機評審，提供數字樣機評審輔助工具，如測量、剖切、隱藏顯示零部件、移動零部件、注釋等。