人机工程学设计案例 - 使用VR优化人机,提高工业生产安全系数

Posted by Alice Thiu Yi CHEN on May 10, 2021 2:45:04 PM

人机工程学的设计案例已经在该概念提出时有了非常多的参照,而随着数字化进程的推进,更多的企业开始在智能制造中使用VR来优化优化人机工程,并将其用于提高流水线,车间的生产安全系数。

Smart manufacturing_Digital Twin

人机工程学的设计案例已经在该概念提出时有了非常多的参照,而随着数字化进程的推进,更多的企业开始在智能制造中使用VR来优化优化人机工程,并将其用于提高流水线,车间的生产安全系数。

到2080年,欧洲人口的三分之一将达到65岁或65岁以上。对于通过工业4.0道路发展的智能工厂而言,仅仅拥有一个 “好的” 车间和组装流水线是远远不够的,其设计应考虑到操作员的福祉。因此,现代制造工厂的工作环境必须提供最佳的生产率和质量输出,同时为工人提供安全的环境。

这就是必须将人因和人机工程学集成到工业设计过程中,创建人机工程学车间与流水线的原因。

虚拟现实是可以准确地呈现以人为本设计的最佳技术之一。根据您的用例,有多种方法可以重新创建人因:跟踪实际操作员的运动,或者使用算法对其进行模拟。在本文中,我们将回顾什么是虚拟现实中的人机结合,并了解为什么用户应依靠虚拟人体模型和/或将跟踪设备与虚拟现实技术相结合来获得符合人机工程学的工作站。

  1. 良好的人机工程学和人因在设计过程中的重要性
  2. 使用VR虚拟人体模型进行人机工程学设计研究案例
  3. 使用跟踪系统监控人体姿势优化案例

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良好的人机工程学和人因在设计过程中的重要性

借助沉浸式虚拟现实设计的工业制造场所所为行业提供了以下优势:

  • 省成本不需要昂贵的物理样机

  • 节省时间和资源可以测试许多不同的配置

  • 增加了工业生产安全系数

  • 降低了疲劳生产的安全隐患

  • 有效提升了车间的工作效率

然而,设计有效且安全的工作车间与流水线还有其他重要要求。在三维模型或虚拟现实体验中分析身体姿势和运动是了解工人潜在危险因素的关键。由于工作人口的老龄化或与工作有关的肌肉骨骼伤害的危险,某些举动可能不利于操作员的健康。工作车间与流水线人机工程学需要整合人因,降低工人的不适感和疲劳感

人体工学研究的目标是确保操作者或消费者有安全、效率的环境。他们在考虑人因的同时还要处理调整工具,机器,环境和操作条件。使用交互式虚拟现实工具,设计人员可以在真实环境中看到如何遵守安全性和易用性的要求。

虚拟汽车驾驶

虚拟现实是一种计算机生成的环境,通常借助VR一体机或功能强大的PC VR设备来为用户创造完全沉浸式的体验。在工业环境中,虚拟体验旨在重塑现实世界,并使用户能够与代表产品,机器或工厂的虚拟对象进行交互。工作场所或大型产品的虚拟现实模拟仿真将帮助您:

  • 管理机器或工作站设计的安全和健康要求

  • 测试仪表板不同命令(用于汽车或飞机驾驶舱)的可达性

  • 通过跟踪用户的身体来预测新产品的人机工程学

有两种方法可以在3D设计中进行人机结合。您可使用算法和虚拟人体模型在虚拟环境中完全模拟操作员,或者使用跟踪系统中的真实数据来创建虚拟操作员。这两种方法完全取决于您的用例

使用VR虚拟人体模型进行人机工程学设计研究案例

使用VR虚拟人体模型代替真实人体进行人机工程学测试是虚拟制造的新的风向标,这类设计案例给传统制造业转型提供了新的参考价值。

人机工程学

在某些情况下,即使在虚拟世界中,将虚拟现实系统和跟踪系统组合起来也不是完全有效。例如,可穿戴设备会限制或干扰工人的自然运动。因此,可以借助虚拟人体模型来准确预测人体的3D姿势

使用TechViz虚拟人体模型功能,制造业的工业工程师可以优化的参数系列:

  • 直接在3D模型中可视化人体模型

通过软件,工程师可以将流水生产线的CAD作为场景导入,并将虚拟人偶置入场景。

  • 定义虚拟角色的形态

通过鼠标点击虚拟人偶,工程师可以随意的改变虚拟人偶的人体姿态从而有效的测试在实际生产的过程中可能出现的人体工程学问题

  • 使用手柄移动和操纵人体模型

通过手柄,设计师可以将虚拟人体模型拖拽到需要测试的场景,由于TechViz软件的特性,约束的定义也会变的非常简单。

  • 限制操作员的动作以适合您的要求

通过定义虚拟操作员的体态与动作,设计师可以有效的模仿投产后的工人工作状态。

  • 快速配置和在不同的基本姿势之间切换

得益于软件的优化,工程师可以快速的配置虚拟人偶的姿态切换,让模拟的测试过程高速进行,从而加快人体工学的测试速度

由于它不依赖人工输入,因此您可自动测试任意数量的配置。数据将仅取决于您使用的算法,而不取决于用户输入或使用的硬件。

在受约束的环境(例如工厂)中,复杂的3D姿势可能缺少人体模型的准确性。虚拟人体模型是模拟虚拟环境中人机交互的各种配置的理想选择,并且有效的降低了人机工程学评估的成本。它能够在不危害操作人员健康的情况下测试危险情况,人体追踪服则可能无法做到这一点。

使用跟踪系统监控人体姿势优化案例

在以上案例中,我们分析了使用虚拟人偶进行人体工程学测试的优势,而接下来我们将了解使用跟踪系统模拟真实人体姿态优化人体工程学的案例优势。

运动跟踪旨在收集有关VR用户运动信息。VR在智能工厂中是人机工学和人因的出色评估工具。运动控制器记录了工人在制造和装配任务期间的运动。然后,工程师可以使用虚拟现实技术将自己沉浸在数据中,并从生产性和人机工程学的角度进行分析。

运动跟踪

具体取决于要监视的运动,用户可以将几种可穿戴设备添加到增强现实和虚拟系统中用于人体工程学优化。最常见的跟踪技术实例:

  • 全身追踪

通过穿戴戴有多个追踪器的服饰,工程师可以在虚拟沉浸式环境中模拟操作流水线中的任务。

  • 手部追踪

通过追踪手套,用户可以模拟虚拟装配时的流程,从而检测人机工程学中的潜在问题

  • 手指追踪

手指指尖追踪一般用于人机交互界面的可控性,与可触碰性的测试,在汽车人机工程学优化领域有非常多的应用,这是虚拟优化人机工程学的经典案例之一。

  • 眼动追踪

眼动追踪是一个高级的选项,在对汽车人机工程设计中用于提升安全系数有着广泛的应用,同样,对于需要进行复杂系统组装的工作人员,眼动追踪可以有效的优化人机交互界面。

运动捕捉技术在工业环境中的集成是相对较新的。这些解决方案价格昂贵,并且需要细致且耗时的过程进行设置。然而,操作员执行复杂且非重复的任务,他们的经验对于跟进和优化实际制造过程以及对新操作员的专业培训至关重要。

TechViz是面向工程师的增强现实虚拟现实软件。我们的软件非常适合使用CAD数据可视化和大规模3D模型的公司。软件可以用于在虚拟环境的人机工程学优化。它与所有VR现实系统兼容(例如CAVE、投影墙以及VR头显)。TechViz可以兼容200多个CAD应用程序。用于运动跟踪的其他可穿戴技术或感测显示器可以增强您的虚拟现实体验,例如TEAARTX-SensTeslasuit的身体跟踪服。我们的软件还提供其他人机结合功能,例如虚拟人体模型,可帮助用户进行虚拟人偶身体姿势模拟。

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Topics: 人机工程学, 3D可视化, 虚拟现实软件

TechViz简介

TechViz 是一家虚拟现实软件制造商,在虚拟现实、3D可视化解决方案、VR建模等领域拥有丰富的专业知识。
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