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DELMIA人机虚拟样机解决方案

01-背景

中国正致力于实现高质量发展,推动新技术、新产品、新业态、新模式在各领域广泛应用。国家高度重视虚拟现实技术在各行业的应用,早在2016年12月,我国就在《“十三五”国家信息化规划》明确提出加强虚拟现实技术基础研发与前沿布局。

人机工程在高端制造业领域应用极为重要,如果产品设计缺乏人机工程学验证,将会导致用户不满意甚至造成人员身体损伤,导致系统性能下降、效率低下,或者让人容易发生失误,并导致事故。

02-行业现状
产品的人机工程学设计是朝着目标逐渐逼近的一个更新迭代过程,通过人机工程学验证来评价设计结果与设计目标的逼近程度。

传统制造业人机工程验证流程如下图所示,根据产品的设计要求建立其CAD模型,并建立三维数字人体模型,构成数字化人机分析基础环境。以人机工程学理论为基础,对人机系统中人、机之间的相互关系进行仿真,综合评价设计结果是否满足要求,最后根据评价结果进行优化。下图案例是传统人机验证,数字人体模型通过站在汽车模型前端,来验证机舱的开启高度是否满足人体工程学和法规要求,找到产品问题,优化产品质量。

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下图案例是传统人机验证,数字人体模型通过站在汽车模型前端,来验证机舱的开启高度是否满足人体工程学和法规要求,找到产品问题,优化产品质量。

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传统的验证方式是在PC端中进行,人体动作调节起来过于复杂、效率低,动作僵硬,不够逼真,因此更多采用静态人体来进行人机验证,但是这种静态人体验证往往过于形式化,无法得到有效的人机验证。

目前在虚拟的仿真环境中,借助半实物台架来进行仿真验证,通过人体追踪设备实时驱动虚拟人体进行人机可视可达、操作方便性、舒适性验证,从而达到既能动态人机评审的同时又能提高效率,为用户提供更好的交互体验,提高人机工程验证的结果和质量。


03-人机虚拟评审解决方案

03.1 系统架构组成

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03.2 软件系统组成

达索3DE体验平台:
DELMIA人机虚拟样机解决方案是基于达索3DEXPERIENCE平台中的EWK(人机工程学)、EEA(人机评估)、EMA(人机评审)三大模块来实现样机评审过程中可视、可达、疲劳等验证需求。
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  • EMA(人机评审):可以提供非常具体逼真的人体模型,并能够编辑和装配体中的管理产品结构。EMA专注于创建详细的数字化人体,以便执行高级人体系数分析并适应全局目标受众的需求,用于借助各种导航和打开产品,制造项目,流程和资源内容用工具来构建PPR工作会话。

  • EEA(人机评估):它是以人为中心的产品和工作场所设计,能够更快、更轻松地完全利用人机工程学数据库,可以轻松处理人体模型,为姿势功能提供增强体验。

    还可以切换人体模型人种、评估人体模型视觉、使用生物力学分析计算力矩和力,提供推、拉和运载分析、使用快速上肢评估来检测风险、使用碰撞分析来进行评估、管理人体模型属性数据。

  • EWK(人机工程学)利用虚拟工人及早进行验证,使工作场所更为安全。在仿真中添加编排事件并播放,创建、应用和删除数据库元素,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。

Techviz数据可视化:

TechViz是一款虚拟现实软件,通过抓取显卡中数据,可以在VR头盔、CADWALL、CAVE等任何类型的虚拟现实系统上以1:1的比例显示任何CAD模型,能实现虚拟现实的全面沉浸式体验,与本地3D数据进行交互并实时进行更改;可处理较大模型,同时提供流畅的显示效果。

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03.3 硬件系统

立体显示设备:

在虚拟样机解决方案中,立体显示、交互控制、VR软件、是三大核心构成要素,其中立体显示环境是VR应用的呈现载体,是用户进行沉浸式体验的基础环境。针对制造业用户的CAD数据应用特点,CAVE和CADWALL是两种典型的、广泛应用的立体显示环境。


 VR 头戴式设备具有提供流畅的、真正沉浸式的虚拟现实所需要的各种功能。HTC通过一个头戴式显示器、两个单手持控制器、一个能于空间内同时追踪显示器与控制器的定位系统。

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ART光学全身动捕系统:

ART是一种人体动作捕捉工具,具备高精度ARTTrack红外光学追踪系统,该设备利用高度精确的6自由度(6DOF)光学目标来跟踪一个目标对象的信息。我们使用17个符合人体工程学设计的目标,直接可以穿戴在正常的衣服上,来达到实时跟踪人体动作的目的。

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04-客户案例

04.1 基于CAVE的人机验证

基于CAVE沉浸式虚拟显示系统,将3DE-DELMIA数据通过Techviz呈现其中,可将实物或半实物部件与虚拟部件绑定,在VR虚拟验证的基础上,可对产品进行1:1数字样机展示、物理跟踪、人机评审,可体验产品的真实空间关系,增加对触感、质量的多维感知,实现更精准验证。

04.2 DELMIA进行人机工程分析,输出分析报告。

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04.3 基于VR头盔的人机验证

通过ART光学全身动捕系统及半实物台架实时驱动DLMIA中的人体模型,提供了视野直观性分析、操作方便性以及可达性验证,同时可以实时进行姿态、动作的保存,从而取代工程师对姿态、动作的手动调节,提高工作效率。

05-总结
科技在进步,人类在发展,产品的研发也需要不断去探索新技术,正如大家所见,为了优化产品开发流程,降低开发成本,缩短开发周期,目前制造业正在以多动多样的方式采取虚拟现实技术去协助人机工程的验证等工作。我相信通过这种在虚拟环境下进行DELMIA人机动态评审必将会给制造业带来新一轮的革命。