產品與服務方案 Product and service solutions

JACK 人機工程

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1. JackTM-係統簡介
 

      JackTM是一個人體建模與仿真以及人機工效評價軟件解決方案,幫助各行業的組織提高產品設計的工效學因素和改進車間的任務。

 

      JackTM最初是由賓夕法尼亞大學的人體模型和模擬中心(Center forHuman Modeling and Simulation at the University of Pennsylvania) 開發,目前是西門子PLM旗下的軟件解決方案一員。使用JackTM可以:

 

● 建立一個虛擬的環境;

● 創建一個虛擬人;

● 定義人體形狀和生理參數;

● 把人加入在虛擬環境中;

● 給虛擬人指派任務;

● 分析虛擬人體如何執行任務;

● 對於虛擬人進行工效學評價;

● 支持多種虛擬現實外設。

 

      從JackTM獲得的信息可以幫助您設計更安全、更符合人體工程學的產品、工作場所和更快的流程和使用更低的成本。

 

2.JackTM工作流程和技術特點介紹
 

2.1. 建立一個虛擬的環境
 

      除了人體建模之外,JackTM還是一個功能強大的互動性、實時視景仿真解決方案。您可以導入CAD數據或從草圖開始建立模型,在周圍的環境中移動物體,交互式地改變相機的視圖和創建特殊效果,以提高您“現場”的真實性。

 

      導入CAD模型。JackTM可以導入基於VRML,IGES,立體(STL)的和inventor (iv)和.JT文件格式的3D圖形數據。此外,軟件提供了減小CAD數據的功能來優化模型,用於實時仿真。OpenGL Optimizer的使用可以在不損害視頻保真度的情況下相當程度的減少模型的棱角。

 

      在JackTM中創建幾何圖形。JackTM允許您從草圖開始建立模型,用於概念設計。您可以創建簡單的幾何圖形,如立方體、球、圓柱、圓錐和圓環。熟練操作後,您可以合並這些簡單的圖形成為更加複雜的部件,如機械工具和車輛。JackTM還提供了一套基本的(錘子,鉗子,梯子,齒輪,鋸,螺絲刀和扳手)。給您的環境一個真實的外觀,JackTM的視圖,紋理映射和照明功能,幫助您賦予您的虛擬環境更有說服力的外觀。

 

      在JackTM中可以很容易地改變視圖,通過鼠標按鈕可以基於一個參考點,水平或垂直或放大“相機”。此外,您也可以將視圖參考點定位到指定的對象上,為某些對象加上相機,如人的眼睛,並建立剖視圖。使用紋理映射,基礎的圖像文件,如雲彩、公路、工廠內部或機器的控製麵板可用於增加視覺細節場景,而不會增加額外的幾何形狀。JackTM的經典照明功能,可以幫助您突出環境中的區域和加強場景的真實感。
 

 

 

 

2.2.創建虛擬的人體
 

      JackTM提供業界最準確的人體生物力學模型。基於1988年美國軍方人體調查(ANSUR 88)的三維人體測量技術,JackTM的人體模型:
 

1、有69個部分,68節,17段脊柱,16段的手,加上肩/鎖骨關節和135

    度的自由度;
 

2、遵照來自NASA研究的共同限製(人體測量資料書,第二卷。人體測

    量數據手冊,NASA RP-1024 技術報告);
 

3、可描繪成數字、線框、陰影、高解析度或透明模式。      
       

  選擇不同類型的人。JackTM可以讓您建立不同類型的人。您可以從菜單中選擇下列預定義的人物:

 

● 大、中、小的人體-基於SAE的建議的人的物理尺寸(SAE J833);

● 矮小和高大的男人和女人-基於ANSUR 88 的人體極限數字;

● 大、中、小的亞洲人體-基於已承認的亞洲人體型數據;

● 高清晰度的男人和女人-代表第50百分位的男性和女性,基於ANSUR 88。

 

              

 

2.3定義人體大小和形狀
 

      人體模擬軟件,為了可靠地確定某個設計是否可以適應不同的人體尺寸,它必須采用正確的方法來構建人體範圍。Jack™使用三種方法來構建人體範圍。您可以:

 

● 從一套包含77 個人體的人體類型中選擇,它們代表了一係列大小不同的11 個人體測量數

 據,這是基於ANSUR 88數據庫的;

● 通過給出一個指定的寬度來構造人體,如肩寬度,坐高,等等;然後由一種算法自動給出

 其餘的尺寸;

● 給出身高和重量;其餘尺寸由基於ANSUR 88數據庫的統計模型自動生成。

 

2.4.把人體放置於環境中
 

     JackTM允許讓你操縱人體的個別部分與遵照基於NASA研究的角度限製的關節連接。當您在一個JackTM虛擬人體中移動身體的一部分的時候,軟件使用實時逆運動學確定關聯部分和關節的位置。例如,當您移動一個人體的手,上下臂部分及相關關節就會像真實的人體一樣移動。

 

      設置您的虛擬人體的姿態。JackTM允許你通過直接操縱關節或從一個包含30個預定義態勢的庫中選擇來描述你虛擬人體的姿態。您可以操縱虛擬人體,通過移動虛擬人的頭部、眼睛、肩膀、軀幹、質心、骨盆、四肢、腳或其整個身體。

 

      指定JackTM的行為參數-JackTM允許您指定虛擬人是如何動作的,當其運動被控製的時候,不是直接的操作,而是由外部力量驅動。JackTM人體會將根據您定義的參數自動移動。例如,如果JackTM正在將一個物體舉過頭頂,你把物體放在地麵上,“行為控製”決定JackTM是否會彎腰、前行一步以保持其平衡,使他的眼睛注視對象等。JackTM允許您定義:

 

● 使工廠盡早上線;

● 優化手工流程;

● 改善工人的安全;

● 較低的工人賠償費用;

● 減少停機時間和再培訓的費用。

 

      在產品生命周期的製造階段,人體仿真允許您回答這些問題:

1、頭部和眼睛是否跟蹤一個物體;

2、頭部和眼睛是否保持自己的位置;

3、軀幹位置如何,以及如何彎曲(從腰部,從頸部,或使用特定的椎骨);

4、這個人體如何保持其平衡,以及是否前行一步以重新平衡;

5、骨盆的方向如何;

6、四肢的位置如何;

7、膝蓋的位置如何;

8、腳的位置如何。

 

      定義JackTM與環境的關係-JackTM的約束係統使您可以指定您的虛擬人體與虛擬環境互動。JackTM允許您以各種不同的方式定義人體和物體之間的約束。例如,您可以創建約束來保持JackTM的背部靠到汽車座椅,他的右腳踩著油門。當座位移動,JackTM將遵循這些約束,其他關節也會相應移動。為了確定虛擬人體是如何抓住物體的,JackTM提供五個預定義的類型。您指定了抓握類型,軟件就會計算在實際圍繞一個特定物體的時候手是如何閉合的。

 

 

2.5給人體指派任務
 

      對於某些類型的工效學或人體工程學的研究,用戶隻需在一個靜態的姿勢評價人體。( 當達到某個控製的時候他看到了什麽?不同大小的人體是否具有相同的視野?) 其他研究需要人體運動。( 人體遇到障礙物是否會移走或取代其中一部分?) JackTM使您能夠通過其內置運動係統及其虛擬現實工具界麵定義人體的運動。

 

      直接的移動人體。JackTM提供了一個內置運動係統來定義必須在時間限製下執行的任務。JackTM模擬包括幾個不同的動作,許多動作是同時發生的,並且指定了間隔時間。您可以在JackTM中創建交互式的動作來控製頭部、眼睛、軀幹、骨盆、質心、手臂、手、腳的運動。此外,您也可以使物體和相機移動。

 

 

      當您創建一個仿真後,您可以將它保存和回放它,更換不同大小的虛擬人體來執行同樣的任務。另外,您也可以在環境中調整各種物體的的大小或位置,並重新運行模擬來研究空間關係,時間和空隙的改變情況。
 

      利用虛擬現實工具,確定人體運動:JackTM允許您使用各種各樣的虛擬現實工具來創建真實的.

 

動作或體驗模擬。該軟件支持:

1、Ascension Technology's Flock of Birds;

2、Virtual Technology's Cyberglove and Cybergrasp;

3、Virtual Research Systems' Head Mounted Display;

4、Stereographic's Crystaleyes;

5、NuVision Shutter Panels;

6、分析虛擬人體如何執行任務以及評價人機功效問題。

 

      JackTM提供了一些基本的工具,以幫助您評估虛擬人體的動作。更先進的人機工程分析工具,是Task Analysis和Occupant Packaging Toolkits。

 

      JackTM可以得到的-JackTM提供了多種功能的評價工具。您可以:

1、創建從JackTM人體模型出發的eye Windows ;

2、創建視野來說明在第三者看來JackTM人體能看到;

3、測量JackTM人體的眼睛和任何物體之間的距離;

4、控製JackTM人體的頭/眼跟蹤一個物體的運動。

 

      評價JackTM人體可以夠到的距離-JackTM的延伸分析能力使您能夠:

1、確定是否有人體可以夠到目標對象;

2、測量JackTM人體的眼睛和任何物體之間的距離;

3、建立延伸邊界,以圖形顯示,定義人體可以達到的範圍;

4、導出延伸邊界到您的CAD係統,作為設計的範圍。

 

      測試適合度和容納度-JackTM幫助您確定是否您的設計考慮了各種規模的人體。您可以:

1、放置一個虛擬人體,然後利用這種姿勢,測試各種不同規模的人體;

2、當其相對位置變化時,交互式測量環境中任何兩點之間的

    距離,這有助於量化您的設計適合您的目標人群的程度;

3、物體移動時,突出人體和物體碰撞的實時數據。

 

      計算人體的受力和力矩-JackTM使您可以計算出在一個特定的姿勢下一個人的關節和體節的受力情況。因此,您可以比較用來完成各項任務的力量。軟件還可以讓您加上虛擬人體持有物體的重量這個因子,代表更多的外部力量,如重力。

 

      利用動畫和圖像觀察結果。JackTM產生動畫和靜止幀圖像的功能可以幫助您找出統計報告不能給出的結果。您可以在任何場景中創建反鋸齒的.rgb圖像。您還可以輕鬆地將您的模擬導出AVI或Quicktime電影。

 

      JackTM支持最為專業的人際工效學評價體係。通過對於虛擬環境下的虛擬人體的姿態和受力、疲勞等生理參數的統計和分析,結合業界最為

廣泛使用的工效學標準,對於人際工效進行分析評價,預測人體可能受到的傷害與風險。JackTM支持的人際工效學標準如下:

● NiosesH舉升分析;

● 快速上肢評估;

● 下背部脊柱受力分析;

● 靜態強度預定義;

● 預定義的時間評估;

● 新陳代謝能量消耗分析;

● 手工處理限製;

● 疲勞恢複分析;

● 工作姿態分析。