JACK 人因工程 - 人體建模與模擬軟體應用
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 JACK 人因工程 - 人體建模與模擬軟體應用 

JACK是一個人體建模與模擬以及人機工效評估軟體解決方案,幫助各行業的組織提高產品設計的工效學因素和改進生產線的任務。本文詳細介紹JACK人因工程人體建模與模擬軟體能夠提供的技術。
使用JACK可以:

■ 建立一個數位虛擬的環境
■ 創建一個數位虛擬人體
■ 定義人體形狀和生理參數
■ 把數位虛擬人加入在數位虛擬環境中
■ 為數位虛擬人指派任務
■ 分析數位虛擬人體如何執行任務
■ 對於數位虛擬人進行工效學評估
■ 支持多種虛擬實境外設。

從JACK獲得的資訊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。

JACK工作流程和技術特點介紹
透過JACK人因工程模擬軟體建立一個數位虛擬的環境並建構數位虛擬人體模型之外,JACK還是一個功能強大的互動性、即時視景模擬解決方案。使用者可以導入 CAD資料或從草圖開始建立模型,在周圍的環境中移動物體,互動式地改變視圖和創建特殊效果,以提高“現場環境”的真實性。

導入CAD模型
JACK可以導入基於VRML,立體(STL)和.JT檔案格式的 3D圖形資料。此外,軟體提供了減小CAD資料的功能來優化模型,用於即時模擬。OpenGL Optimizer的使用可以在不損害真實度的情況下相當程度的減少模型的棱角。
為了提供使用者的環境一個更真實的外觀,JACK的視圖,有紋理映射和照明功能,幫助使用者賦予數位虛擬環境更有說服力的外觀。使用紋理映射,基礎的影像檔,如雲彩、公路、工廠內部或機器的控制台可用於增加視覺細節場景,而不會增加額外的幾何形狀。JACK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。

 

 
 

創建數位虛擬的人體模型
JACK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,JACK的人體模型:
* 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
* 遵照來自NASA研究的共同限制 (人體測量資料書,第二卷。人體測量資料手冊,NASA RP-1024 技術報告)
* 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

Jack以讓使用者建立不同類型的數位虛擬人。使用者可以從功能表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資料
★ 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

 

將數位虛擬人體置於環境中
Jack讓使用者操縱人體的個別部分與遵照基於NASA研究的角度限制的關節連接。
當使用者在一個Jack數位虛擬人體中移動身體的一部分的時候,軟體使用即時逆運動學確定關聯部分和關節的位置。例如,當移動一個人體的手,上下臂部分及相關關節就會像真實的人體一樣移動。

 

設置數位虛擬人體的姿態
使用者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數位虛擬人體的姿態。使用者可以操縱數位虛擬人體,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。

 

指定行為參數
使用者指定數位虛擬人體是如何動作的,當其運動被控制的時候,不是直接的操作,而是由外部力量驅動。Jack人體會將根據使用者定義的參數自動移動。例如,如果一個數位虛擬人正在將一個物體舉過頭頂,使用者把物體放在地面 上,“行為控制”決定該數位虛擬人是否會彎腰、前行一步以保持其平衡,使 他的眼睛注視物件等。

 
Jack可定義:

■ 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

在產品生命週期的製造階段,數位虛擬人體模擬可幫助使用者回答這些問題:
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

定義數位虛擬人體與環境的關係
Jack的約束系統讓使用者可以指定數位虛擬人體與虛擬環境互動。允許使用者以各種不同的方式定義人體和物體之間的約束。
例如,使用者可以創建約束來保持數位虛擬人的背部靠到汽車座椅,他的右腳踩著油門。當座位移動,數位虛擬人體將遵循這些約束,其他關節也會相應移動。為了確定數位虛擬人體是如何抓住物體的,Jack提供五個預定義的類型,一旦指定了抓握類型,軟體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。

幫數位虛擬人體指派任務
對於某些類型的工效學或人體工程學的研究,使用者只需在一個靜態的姿勢評估人體,當達到某個控制的時候數位虛擬人他看到了什麼?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,例如,人體遇到障礙物是否會移走或取代其中一部分?Jack讓使用者能夠通過其內置運動系統及其虛擬實境工具介面定義人體的運動。

 

JACK工作流程和技術特點介紹
透過JACK人因工程模擬軟體建立一個數位虛擬的環境並建構數位虛擬人體模型之外,JACK還是一個功能強大的互動性、即時視景模擬解決方案。使用者可以導入 CAD資料或從草圖開始建立模型,在周圍的環境中移動物體,互動式地改變視圖和創建特殊效果,以提高“現場環境”的真實性。

當使用者創建一個模擬後,可以將它保存和重用它,更換不同大小的虛擬人體來執行同樣的任務。此外,使用者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。
利用虛擬實境工具,確定人體運動 Jack提供使用者使用各種各樣的虛擬實境工具來創建真實的動作或體驗模擬。

分析數位虛擬人體如何執行任務以及評估人機功效問題
ack提供了一些基本的工具,以幫助評估虛擬人體的動作。更先進的人機工程分析工具,像是Task Analysis和Occupant Packaging Toolkits。
透過Jack提供了多種功能的評估工具可以:

1、創建從Jack數位虛擬人體模型出發的eye Windows
2、創建視野來說明在第三者看來Jack數位虛擬人體能看到
3、測量Jack數位虛擬人體的眼睛和任何物體之間的距離
4、控制Jack數位虛擬人體的頭/眼跟蹤一個物體的運動

 

評估Jack數位虛擬人體可以達到的距離
Jack的延伸分析能力讓使用者能夠:
1、確定是否有人體可以夠到目標物件
2、測量Jack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、匯出延伸邊界到使用者的CAD系統,作為設計的範圍

測試適合度和容納度
Jack幫助使用者確定是否在設計中考慮了各種規模的人體。使用者可以:
1、放置一個數位虛擬人體,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,互動式測量環境中任何兩點之間的距離,這有助於量化使用者的設計中適合的目標人群與程度
3、物體移動時,突出人體和物體碰撞的即時資料

 

計算人體的受力和力矩
Jack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,可以比較用來完成各項任務的力量。軟體還可以讓使用者加上虛擬人體持有物 體的重量這個因數,代表更多的外部力量,如重力。

利用動畫和圖像觀察結果
Jack產生動畫和靜止幀圖像的功能,可以幫助找出統計報告不能給出的結果。使用者可以在任何場景中創建反鋸齒的.rgb圖像,還可以輕鬆地將模擬的過程匯出AVI或 Quicktime電影。
Jack支持最為專業的人際工效學評估體系,通過對於數位虛擬環境下的數位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估,預測人體可能受到的傷害與風險。

Jack支援的人際工效學標準如下:
■ NIOSH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
■ 手工處理限制
■ 疲勞恢復分析
■ 工作姿態分析

JACK最初是由美國賓州州立大學(Pennsylvania State University, PSU) 的人體模型和類比中心 (Center for Human Modeling and Simulation at the University of Pennsylvania) 開發,目前是西門子PLM旗下的TECNOMATIX軟體解決方案一員。


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