本发明专利技术涉及一种基于数字孪生的人机工程评价系统及方法，属于数字孪生领域。本发明专利技术通过软件部分与硬件部分共同作用，建立物理实体与虚拟模型之间的数字孪生的关联关系。系统操作员佩戴的数据采集装置，实现操作人员在按照操作规程或相关要求操作设备/装备过程中的现实世界人体的实际运动与状态数据的采集，通过三维模型表征人机系统变化过程的数据，利用系统的模型识别模块、模型修正模块、人机评价模块和数据存储模块，对操作设备/装备过程中的可视性、可达性和舒适性的评价。本发明专利技术提供一种基于数字孪生的人机工程评价系统及方法能够有效实现设备/装备在设计阶段的人机工程评价，缩短设备/装备研制周期，提升设计效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数字孪生领域，具体涉及一种基于数字孪生的人机工程评价系统及方法。
技术介绍
1、随着经济社会数字化转型的持续推进，数字孪生逐渐成为产业各界关注的热点技术。数字孪生是一种数字化理念和技术手段，起源航天军工领域，近年来持续向智能制造等垂直行业拓展，它以数据与模型的集成融合为基础与核心，通过在数字空间实时构建物理对象的精准数字化映射，基于数据整合与分析预测来模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程，最终形成智能决策的优化闭环。
2、人机工程学是研究在某种工作环境中人与系统中的物品及环境的相互作用的关系的学科。人机工程设计系统是计算机辅助人机工程学中的重要一环，是计算机辅助人机工程学的核心。在产品设计初期引入人机工程设计系统可以在各方面提高设计优势。根据模型来分析人体的特性，这种方法实用性很高，可以快速准确的反应出设计存在的问题。
3、目前，尽管在机械制造行业产品设计过程中，基于美国、欧洲或日本的标准、规范，应用仿真技术开展了人机工程方面技术应用。但是目前采用的单一的模拟和模型试验法其弊端诸如构建实体模型需要前期样品的试制、制作周期长、制作成本高、难以进行动作修正与更新等逐渐显现，花费设计成本，而且还造成了设计周期的延长。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种基于数字孪生的人机工程评价系统及方法，以解决目前采用的单一的模拟和模型试验法存在的问题。
3、(二)技术方案
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p>4、为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于数字孪生的人机工程评价系统，该系统由软件部分与硬件部分组成，软件部分与硬件部分共同作用，建立物理实体与虚拟模型之间的数字孪生的关联关系；软件部分包括：模型库、模型识别模块、模型修正模块、人机评价模块和数据存储模块；硬件部分是指数据采集装置；5、模型库用于存储人体模型、设备/装备模型；
6、模型修正模块用于对人体三维模型中主要参数进行确定，使人体三维模型符合人机工程评价中人员身体各项指标参数的要求；人机系统发生动态变化时，根据人员动作过程的变化修正数字孪生模型；数字孪生模型为设备/装备三维模型、人体三维模型组成的模型；
7、人机评价模块用于通过嵌入本模块内部的人机工程通用标准，判别由人员、设备/装备组成的人机系统中人员在按照设计要求操作设备/装备过程中形成的交互关系，评价人机系统是否满足可视性、可达性与舒适性的设计要求；
8、数据存储模块用于将数据采集装置采集到的人员动作变化过程中人体的实际运动与状态数据以及运动过程中人机评价模块对可视性、可达性和舒适性的评价进行存储；
9、数据采集装置，为在操作人员人体主要关节上穿戴的配备传感器的装置，实现操作人员在按照操作规程或相关要求操作设备/装备过程中的现实世界人体的实际运动与状态数据的采集。
10、一种基于数字孪生的人机工程评价方法，该方法包括如下步骤：
11、s1、将设备/装备三维模型从模型库中导入到基于数字孪生的人机工程评价系统中，使设备/装备三维模型与设备/装备的物理实体相匹配；
12、s2、选取合适的人体三维模型，通过模型修正模块，对人体模型的主要参数进行修正，使人体三维模型与待评估的操作人员的人体属性相匹配；数字孪生模型为设备/装备三维模型、人体三维模型组成的模型；
13、s3、系统操作人员佩戴数据采集装置，模拟操作设备/装备过程，模型修正模块根据数据采集装置采集到的佩戴数据采集装置人员动作过程的变化，修正数字孪生模型；
14、s4、人机评价模块根据数字孪生模型中的数据、状态变化，对佩戴数据采集装置操作人员动作变化过程中采集的人体的实际运动与状态数据进行评价；
15、s5、数据存储模块将人员动作变化过程中采集的人体的实际运动与状态数据以及运动过程中人机评价模块对可视性、可达性和舒适性的评价进行存储。
16、(三)有益效果
17、本专利技术提出一种基于数字孪生的人机工程评价系统及方法，本专利技术提供一种基于数字孪生的人机工程评价系统及方法能够通过软件部分与硬件部分共同作用，建立物理实体与虚拟模型之间的数字孪生的关联关系。系统操作员佩戴的数据采集装置，实现操作人员在按照操作规程或相关要求操作设备/装备过程中的现实世界人体的实际运动与状态数据的采集，通过三维模型表征人机系统变化过程的数据，利用系统的模型识别模块、模型修正模块、人机评价模块和数据存储模块，对操作设备/装备过程中的可视性、可达性和舒适性的评价。
18、本专利技术提供一种基于数字孪生的人机工程评价系统及方法能够有效实现设备/装备在设计阶段的人机工程评价，缩短设备/装备研制周期，提升设计效率。
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【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，该系统由软件部分与硬件部分组成，软件部分与硬件部分共同作用，建立物理实体与虚拟模型之间的数字孪生的关联关系；软件部分包括：模型库、模型识别模块、模型修正模块、人机评价模块和数据存储模块；硬件部分是指数据采集装置；
2.如权利要求1所述的基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，相关人体、设备/装备三维模型能够真实反映物理世界人体、设备/装备外观特征。
3.如权利要求2所述的基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，人体模型包括进行头、颈、肩、躯干及四肢重要关节在不同自由度方向运动的不同身高体重的人体三维模型，确保该人体三维模型能实现预期的某项特定动作，并完成对于不同虚拟环境下的姿态和动作行为，具备人体机构运动学定义。
4.如权利要求2所述的基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，设备/装备三维模型是与设备/装备物理实际的技术状态保持一致的三维模型。
5.如权利要求1所述的基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，人体三维模型中主要参数包括：身高、体重、臂长、腿长。
6.如权利要求1所述的基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，可视性是指针对人员视力范围内所有的操作情况，包括前后方视野、是否在操作过程中存在由于设计原因导致操作位置不可见以及视觉的舒适程度。
7.如权利要求1所述的基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，可达性是指人员能否对人机界面元件进行舒适、有效操作，操作空间位置设计是否符合一般操作方式，人员头、腿、足部空间约束及手伸及性能。
8.如权利要求1所述的基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，舒适性是对头、颈、肩、躯干及四肢人体主要关节在不同自由度方向上的角度在人体舒适通用标准的基础上设立的规则进行评判。
9.一种基于权利要求1-8任一项所述的系统的基于数字孪生的人机工程评价方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
10.如权利要求9所述的基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，当需要对设计好的设备/装备进行人机工程分析时，使用方法进行分析。
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【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，该系统由软件部分与硬件部分组成，软件部分与硬件部分共同作用，建立物理实体与虚拟模型之间的数字孪生的关联关系；软件部分包括：模型库、模型识别模块、模型修正模块、人机评价模块和数据存储模块；硬件部分是指数据采集装置；
2.如权利要求1所述的基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，相关人体、设备/装备三维模型能够真实反映物理世界人体、设备/装备外观特征。
3.如权利要求2所述的基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，人体模型包括进行头、颈、肩、躯干及四肢重要关节在不同自由度方向运动的不同身高体重的人体三维模型，确保该人体三维模型能实现预期的某项特定动作，并完成对于不同虚拟环境下的姿态和动作行为，具备人体机构运动学定义。
4.如权利要求2所述的基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，设备/装备三维模型是与设备/装备物理实际的技术状态保持一致的三维模型。
5.如权利要求1所述的基于数字孪生的人机工程评价系统，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁思文，赵富，邓智昌，赵宁，陈玮，马春晓，孙茗妍，
申请(专利权)人：内蒙古第一机械集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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