基于JACK的驾驶舱仿真及人机工效分析

在驾驶舱的设计中应用人机工效学原理,利用JACK软件对舱内布局设计进行仿真及舒适性、可达域、可视域等工效进行评价,并提出修改意见。首先将基于人机工效学设计的驾驶舱的CATIA模型导入JACK软件中创建分析对象;然后基于JACK软件建立用于仿真工效分析的数字人模型(Digital Human Model),将数字人模型调整成驾驶员工作时的最优姿势,仿真驾驶员位于驾驶舱的虚拟环境。最后应用JACK软件的人机工效分析工具对驾驶舱内部进行分析并提出改进意见,这样既缩短了设计周期,又减少了设计制造费用。     

基于VR技术的虚拟维修仿真系统设计与应用

针对产品并行研发模式下的维修性问题,将虚拟现实技术引入到产品维修仿真中,即在计算机生成的虚拟现实环境中对产品进行维修仿真分析。文中以单通道被动立体投影系统为虚拟现实环境,以DELMIA、VRCO VisTool、CDVI、Pro/E等软件为虚拟现实软件系统,构建了一个虚拟维修系统,阐述了系统中VR外设集成、环境建模与数据转换、碰撞检测、人机工效和立体显示等关键技术。最后以某型雷达天线转台维修为例,验证了虚拟维修的有效性。     

基于交互特征的虚拟维修样机建模

给出了虚拟维修样机的定义，分析了它的组成，建立了与产品CAD系统相关联的虚拟维修样机系统结构。讨论了建立虚拟样机用于虚拟维修仿真的几个关键技术。为了满足仿真实时性要求，提出了面向维修任务的虚拟维修样机建模方法，进行样机的几何建模和人机交互建模。提出了基于交互特征的虚拟维修样机交互行为建模方法，并在Jack软件环境下开发了CAD几何数据处理与虚拟维修样机交互特征定义的功能模块。最后以一个变速齿轮箱为例，对系统进行了验证。     

浅析虚拟现实技术在座椅设计人机工效分析中的应用

针对当前座椅设计时进行人机分析时存在的周期长、投入大的不足,将虚拟现实技术应用到座椅设计当中。井以JACK软件为例。对虚拟现实技术在座椅设计人机工效分析中的应用进行实例验证。结果表明：虚拟现实技术能够有效地加快座椅设计的开发进程,提高了人机分析的效率,满足了座椅设计人机研究的需求,具有较高的先进性与实用性。     

一个面向维修工程的虚拟人素分析系统软件框架

在工业产品、武器装备的维修性设计中，用虚拟现实技术进行人素分析，可以有效地提高产品的可维修性。该文提出了一个虚拟人素分析软件框架，并在此基础上，基于虚拟人平台—Jack，设计实现了一个虚拟人素分析系统。该系统根据给定的虚拟人体模型和虚拟样机进行人素分析并产生人素分析报告。该软件实现了维修仿真过程建模，以及基于维修仿真过程的人素分析功能，给用户提供了一个高效的分析环境。软件系统的应用实例研究表明，该文提出的软件框架是合理有效的。     

矿用救生舱装配与维修人机验证

针对矿用可移动式救生舱在实际操作时维修质量和维修效率不高的问题,分析救生舱在煤矿井下装配与维修的人机特性,给出救生舱装配与维修的可达性与可视性等人机性验证要求,提出基于CATIA和DELMIA的救生舱井下装配与维修的人机性验证方法。对救生舱进行装配与维修的人机性验证,对装配的可达性与可视性、碰撞与干涉和作业姿态进行仿真分析。验证过程及仿真结果证明了该方法的有效性与可行性。     

面向机务虚拟维修训练的虚拟手操作设计

机务维修训练强调手部操作要素,针对虚拟维修过程中手部操作较简单且控制复杂的问题,提出一种基于基本维修作业分类的虚拟手操作仿真方法。基于层次化分解思想构建出新的分解策略,将机务维修任务分解为任务层、子任务层和基本维修作业层,并设计规则实现基本维修作业到虚拟手操作的映射,通过在3ds MAX中构建虚拟手仿真模型,利用骨骼动画技术实现虚拟手的控制,减轻虚拟手关节运动的控制负担,在自主开发的机务训练装备上进行虚拟手操作实验,以飞机电子舱门操作为例,验证方法的可行性和实用性。     

维修仿真中虚拟人动作数据库的研究与实现

通过在维修仿真中引入虚拟人技术,可以提高场景的逼真性、真实感,还有利于充分考虑人机工效学因素,这就要求实现对虚拟维修人员的动作控制与仿真。该文提出了一种基于过程分段和分层设计思想的虚拟人动作库,该动作库主要由动作层和动素层组成;基于位置／变迁Petri网设计并实现了动素层,基于面向对象的技术设计并实现了动作层,涵盖了绝大多数虚拟人执行维修操作的动作,基本满足了维修仿真的需求。最后,基于人体建模与仿真平台Jack,设计实现了一个电子舱的维修仿真实例,仿真和实验结果表明了所提方法简便易行,能够满足维修仿真的要求。     

基于语义分解的人机任务快速规划及仿真自动生成方法

人机任务仿真规划是人机系统应用的基础性工作,也是任务仿真制作过程中最具专 业性和复杂性的工作之一,研究人机任务仿真快速规划方法对提高人机系统的应用水平具有重要 的意义。针对现有人机系统中人机任务仿真交互量大、仿真进程不能自动生成以及仿真结果重用 性差等问题,提出一种基于语义分解的人机任务快速规划及仿真自动生成方法。首先,采用分层 模式,对人机任务的自然语义进行逐层分解和细化,直至最终可由计算机系统直接实现和执行的 动作来描述为止;然后,引入任务路径、轨迹和进程等概念,对复杂人机任务过程进行结构化定 义和表示,提出相应的图形化人机任务过程图形化规划方法,并在此基础上建立人机任务仿真自 动生成方法。开发支持这种方法的程序原型,并以飞机装配中卡板打开操作为例,对这种方法进 行测试和验证。     

改进PSO的飞机驾驶舱组合排序人机布局优化

飞机驾驶舱在人机布局优化过程中具有显著的特殊性和较高的复杂性,因而有必要采取合适的优化程序和优化方法以提高优化效率。利用组合排序方法,结合多目标优化问题的求解思路,建立了高度非线性的目标函数,为避免陷入局部最优,将粒子群算法首次引入飞机驾驶舱的三维布局分析中,并引用改进粒子群算法,提出了适合我国飞行员标准的人机布局优化新方法。由于待布物数量较多,基于Kendall’s W确定了待布物的大致组合排序;利用改进粒子群算法依次求得待布物的最优解,彼此协调后,获得了优化布局新方案,并与基本粒子群算法等现有典型优化算法的优化效果进行了对比;对布局方案进行了计算机仿真,利用JACK对优化方案和原方案进行了对比分析,验证了该优化方法在解决飞机驾驶舱人机布局优化问题的可行性和有效性。     

飞机协同维修仿真的交互状态机模型

针对目前飞机维修场景众多的特点,提出一种适用于飞机协同维修的交互状态机模型。运用UML状态机建立维修人员、操作对象的状态转移模型,基于操作对象间的约束关系、操作对象-维修场景-维修人员的关系建立行为交互模型,将行为交互模型与状态转移模型融合,得到交互状态机模型,实现不同维修场景间的交互及状态变迁,给出模型的数学表达和图形化描述,使场景中实体对象的表达更加规范、统一,提高建模效率。以ADIRU排故为例,在分布式虚拟维修仿真平台上进行验证。     

实时交互式虚拟仿真飞机驾驶舱实现

实时交互式飞机驾驶舱虚拟仿真是开发一种对虚拟图形化的飞机驾驶舱各种设备进行实时操作的人机环境。它是开发其他更深层次飞行仿真软件、机务训练软件的基础。OpenGL图形库作为一个强大的通用图形开发库,可实时生成人机环境所需的图像。通过在各软件模块中鼠标消息的传递、分析和处理,让人参与到该环境中,成为仿真回路的一个环节,也能控制虚拟飞机和驾驶舱设备。     

装备分布式虚拟维修训练云仿真关键技术

传统分布式虚拟维修训练系统仿真任务和仿真设备耦合度高,系统仿真效率低,扩展困难;同时,作为分布式交互支撑的高层体系结构(HLA)和运行支撑框架(RTI)仅适用于局域网络,无法实现大范围的仿真资源共享和维修协同互操作。借鉴云计算和云仿真思想,提出了一种应用于装备虚拟维修训练领域的云仿真体系结构和框架实现方案;研究了面向Web服务的广域网RTI组件层次化体系结构,设计了基于Web服务的仿真邦员,实现了仿真过程监控和远程邦员任务迁移功能;基于最小调度法实现了仿真平台的动态负载平衡,研究了平台的可视化仿真功能和仿真数据的分布式存储技术。在此基础上完成了某型装备的虚拟维修训练网络化仿真开发,初步证明了虚拟维修训练云仿真的可行性和有效性     

视情维修条件下舰载机的战备完好性

基于视情维修方法的维修系统是复杂的动力学系统,其不同构成要素之间的相互作用导致维修系统的动态变化。通过分析视情维修的内涵,以舰载机的战备完好性为目标,运用系统动力学（SD）方法,并应用专用软件VENSIM分析视情维修条件下舰载机维修保障系统内部各要素的反馈控制结构,建立视情维修条件下舰载机战备完好性的系统动力学模型。仿真模型的运行结果表明,将视情维修方法引入舰载机维修保障,可有效提高舰载机的战备完好性     

基于任务相关性的机务虚拟维修系统的场景管理

为解决机务虚拟维修训练系统中场景、模型一次性全部加载速度慢、内存占用量高的问题,基于任务的相关性提出一种场景管理方法。使用TF-IDF算法获取系统中包含的虚拟维修任务工卡的相似度并进行划分。工卡的相似度越高表示所描述的虚拟维修场景、维修工具、维修对象等虚拟资源相关性越强。当在场景资源加载、内存分配时,将相关性大于68%的任务工卡描述的虚拟资源利用伙伴系统进行加载分配,对于相关性小于42%的任务场景,则在伙伴系统中申请一块内存,并将这块内存划分为内存池进行加载分配。而任务相关性介于42%～68%的任务场景用双动态双链表的方法进行管理。解决了传统虚拟维修训练系统中加载资源时没有维修资源相关性分配管理的不足,分配方法没有任务针对性的局限,避免了单独划分内存块的系统分配时间。实验结果表明,改进后的分配方法减少了17%内存占用量,并提高了17.57的帧率。     

Risk factors for musculoskeletal injuries in airline maintenance,repair & overhaul

Aircraft maintenance workers are exposed to high injury rates, but risk exposures are difficult to measure and task contributors are difficult to identify due to the wide variety of parts and irregularity of jobs in this industry. Subjective metrics, posture assessments, and lifting analyses were collected from 235 employees from five work areas in aviation maintenance, repair and overhaul (MRO) facilities to measure ergonomic risk factors and identify task factors contributing to poor biomechanics. Nordic Musculoskeletal Questionnaire indicated that the low back was the most commonly reported region of the body experiencing aches, pain, and discomfort (41% of participants), while knees were the highest (68%) in cabin maintenance, likely due to constraints in the aircraft cabin. Rapid Entire Body Assessment (REBA) assessments showed that 57% of the jobs examined fell within the high-risk category. Causes of poor biomechanics differed by work area, e.g., overhead work was a key contributor in the engine change facility, while non-adjustable workstations were a likely contributor in cabin maintenance and engine maintenance. The under-looked cabin maintenance, engine change, and logistic jobs are the most pressing work areas in MRO that need ergonomic interventions.     

虚拟手抓握动作的Petri网模型及其仿真实现

虚拟手的运动建模是三维人机交互研究中的一个关键问题.虚拟人在执行维修作业的过程中,不可避免地需要徒手抓握操作对象或维修工具.为此,该文提出了一种基于位置/变迁Petri网的虚拟人手抓握动作模型.该方法以关节化虚拟手的几何建模和关节约束分析为基础,描述了抓握动作的Petri网模型,通过仿真循环叠代和关节插值计算,实现关节链上各个关节的运动控制,并基于面向对象的技术设计实现了典型抓握动作.最后,基于人体建模与仿真软件Jack,设计并实现了一个虚拟手抓握动作的Petri网,仿真和实验结果表明所述方法简便易行,能够满足虚拟维修作业的要求.