1.简介

人机工程学的定义是与人相关的科学信息在对对象、体系和环境进行设计中的应用。目前工业制造领域使用人机工程验证的方式，主要是通过虚拟装配的方式进行装配仿真验证。基于虚拟现实技术的虚拟装配仿真验证系统是将CAD建模技术、虚拟现实协同技术、用户界面应用、设计过程和虚拟仿真验证结合起来，形成一个基于沉浸式虚拟现实显示与实时交互环境的产品设计和仿真验证系统。通过人机+动捕的解决方案，可以将真实人体姿态动作赋给虚拟人进行人机验证，此种方式是目前的人机验证方式。

2.提升生产力

对于手工装配系统，虚拟装配的研究重点在于分析装配过程中的人机工程学问题。由于手工装配涉及大量的人的劳动，因此，如何提供人的操作效率，保障人的劳动安全，降低人的劳动强度等就变得越来越重要。虚拟环境下的人机工程学分析主要通过虚拟人体模型来实现。人体模型是一个多自由度的运动机构，通过定义人体模型的参数和各种动作，可以模拟人在虚拟环境中的抓取零件、移动零件、装配零件、使用工具和家具、紧固等行为，并计算人的操作空间、视野、能量消耗、疲劳强度等数据，从而为装配系统规划人员的分析和决策提供依据。

基于Delmia的虚拟装配解决方案，可在计算机上仿真装配过程，在Delmia中，虚拟人姿态的调整是通过手动调节人体各关节的位置来实现的，此种方式需要的调整时间长，结果不自然。与之相对应的是采用实时动捕技术+虚拟现实技术，此方法调整时间短，结果自然可信。

通过引入虚拟现实技术，为复杂产品的可装配性分析与评价、装配工艺规划等提供了一种直观、自然、逼真、高效的人机环境，人可以沉浸到其中，与环境中的各种虚拟物体融为一体，从而限度地发挥人的智慧。

3 .主要优势

使用综合性 3D 流程和资源规划工具进行规划，以创建和优化按单定制的精益生产制造系统。使用工具进行模拟，以虚拟定义和优化制造资产及制造规划。操作精确的虚拟生产系统，以实时跟踪生产活动、执行时间表变动、启动新项目、引进模型转换和安排维护操作

4. 功能模块

4.1.1 Ergonomics Specialist

以人为中心的产品和工作场所设计

l 更快、更轻松地利用人机工程学数据库

l 轻松处理人体模型

l 为姿势功能提供增强体验

l 切换人体模型人种

l 评估人体模型视觉

l 使用生物力学分析计算力矩和力

l 提供推、拉和运载分析

l 使用快速上肢评估来检测风险

l 使用碰撞分析来进行评估

l 管理人体模型属性数据

4.1.2 Ergonomist

创建非常具体逼真的人体模型

l 创建适用于任何人口比例的各种人体

l 自定义每个关节的各种运动

l 针对任何既定活动找出或的姿势

l 捕获并重复使用人体工程学企业标准

l 使用姿势的舒适或安全性评分

4.1.3 Work Safety Engineer

利用虚拟工人及早进行验证，使工作场所更为安全

l 在仿真中添加编排事件并播放

l 创建、应用和删除数据库元素

l 将人性化因素早期集成于产品或工作地点设计中，以节约成本

l 建构常见操作和活动

l 捕获并重复利用基础技能或复杂任务

l 提供自动布局更新的关联性

l 更轻松地处理人体模型，并定义人体模型接触和抓取的方式

l 提供推、拉和运载分析

l 使用快速上肢评估来检测风险

l 使用人体模型视觉评估来自定义视域

5 .动捕方案概述

5.1.1 方案简介

本技术方案通过人机交互验证软件，集成数据手套和动作捕捉设备数据接口，实时驱动虚拟角色仿真操作；通过虚拟现实中间件驱动虚拟现实头盔进行沉浸式虚拟环境显示，同步驱动第三人称观察显示屏、供其他人员了解装配人员的操作过程。人机交互验证软件可录制虚拟角色的仿真操作动作，存储为Delmia的Process文件格式，辅助后期进行装配工艺流程制作和人机工程分析。

5.1.2 应用流程

l 前期数据准备

设备准备：穿戴动作捕捉系统、数据手套和虚拟现实头盔，并校准。

数据准备：打开Delmia软件，并打开虚拟厂房数据，选择进行仿真计算的虚拟人、和动捕设备的关联关系，然后将其加入仿真计算列表， 选择进行仿真计算的零部件，将其加入仿真计算列表，开启计算引擎。

l 实时装配仿真

操作人员实时驱动虚拟人和虚拟场景进行交互、完成搬运、装配产品的零部件模型

观察、评价操作人员的操作过程，形成仿真过程会议纪要

录制虚拟人的操作动作，并存储成文件

l 后期制作及分析验证

将仿真结果整理，进行人机工程分析、输出装配工艺流程文件

5.1.3 方案特点

l 基于Delmia模型，可充分利用Delmia中的人体库、动作库、人机工程分析工具。

l 操作人员穿上动作捕捉衣、佩戴VR头盔、戴上数据手套（2只），进入Delmia软件环境（虚拟厂房），此时操作人员在VR头盔里能看见代表自己的虚拟人。

l 操作人员在VR头盔里通过操作两只手，搬运、拆卸产品的零部件模型。

l 外部人员能够在其他显示环境下观看操作人员（虚拟人）的在装配过程中与产品模型的交互过程。

l 可录制虚拟角色的仿真操作动作，用于后期装配工艺流程制作和人机工程分析。

l 能够在虚拟现实环境下对模型进行数字样机评审，提供数字样机评审辅助工具，如测量、剖切、隐藏显示零部件、移动零部件、注释等。