Автоматизированное моделирование процесса взаимодействия человека и машины

Удовлетворительный анализ бесконечного числа различий в строении человеческого тела и учет всех возможных перемещений можно провести только при помощи автоматизации. Одним из наиболее удачных пакетов, решающих задачи моделирования процесса взаимодействия человека и машины, является пакет SAMMIE, предназначенный для использования на 32-разрядных компьютерах Prime. Система реализована на стандартном языке программирования Фортран IV по модульному принципу, что позволяет подключать к пакету программы специальной обработки.

Одна из важных особенностей системы SAMMIE - возможность проведения объемного моделирования процессов взаимодействия человеческого тела с окружающим оборудованием и аппаратурой. Моделями можно манипулировать на экране дисплея для получения необходимых оценок физического взаимодействия человека и рабочего места или оценок действия человека при решении производственной задачи. Пакет SAМMIE можно также использовать для изучения человеко-машинных взаимодействий в робототехнических комплексах.

Оборудование общего назначения

Основой системы SAMMIE является иерархическая структура данных, которая позволяет создавать объемную модель, описывающую рабочее место, запоминать это описание, модифицировать и выводить его на экран. С помощью такой структуры данных можно:

а) построить объемную модель рабочего места;

б) разместить оператора (человека) внутри рабочего места;

в) показать модель различными способами;

г) модифицировать модель в интерактивном режиме работы и получить оценку качества решения.

Модель человека может быть основана на любых доступных данных о населении региона. Длина частей тела и форма тела человека различны для разных групп населения, поэтому необходимо иметь возможность моделировать различные типы телосложения. На число возможных положений модели влияет также число физически возможных перемещений суставов конечностей человека (подвижность суставов).

Системное наполнение пакета sammie

1. Модель человека. Для имитации частей тела человека в модели для пакета SAMMIE используется набор из 21 звена, которые соединяются с помощью17 штифтов. Для получения более реалистичной модели были добавлены линии контура тела человека. При выводе на экран по этим линиям можно оценить, насколько комфортно чувствует себя оператор (модель) на рабочем месте.

Для контуров тела и длины частей тела могут быть получены различные варианты процентилей. Обычно используются экстремальные случаи - от одного процентиля (худые люди небольшого роста) до 99 процентилей (полные и высокие).

2. Иерархическая структура данных. Объемные модели любой сложности можно построить из определенного числа элементарных деталей: кубов или призм. Другой способ получения моделей - описание вершин, границ и граней для сплошных тел неправильной формы. Данное описание хранится в структуре данных в таком виде, чтобы можно было моделировать механические и логические взаимодействия между объектами. Несколько слоев иерархической структуры данных могут образовать любой требуемый уровень представления.

3. Изображение модели. Для вывода объемной модели используется изометрическое либо перспективное представление.

При работе с пакетом SAМMIE пользователь может с помощью координат модели задавать направление взгляда и положение точки наблюдения. Изображение на экране дисплея представляет собой вид модели, полученный при взгляде из указанной точки наблюдения. Путем перемещения точки наблюдения формируется трехмерное изображение, «снятое» с любой точки как внутри, так и вне пространства модели. Эта возможность позволяет «обойти вокруг» модели или «заглянуть» внутрь.

Например, точку наблюдения можно поместить на уровне глаз модели водителя автомобиля, т. е. видеть конструкцию как бы с точки зрения модели. Можно имитировать то, что наблюдает водитель из кабины автомобиля. Это изображение можно получить путем задания точки наблюдения на уровне глаз водителя и определения направления взгляда от угла пола кабины вдоль линии движения автомобиля.

Обычно для вывода используется каркасная модель, работа с которой отнимает немного времени, однако внутренняя математическая модель является сплошной и позволяет по требованию удалять невидимые линии.

4. Оценка человеческого фактора. Основными характеристиками конструкции, проверяемые с помощью пакета SAМMIE являются: обзор, досягаемость, доступ и рабочая поза.

Пакет позволяет выводить изображение рабочего места так, как его видит модель человека. Кроме этой возможности, можно путем наложения регулярной сетки на видимую область модели легко определить места появления световых бликов.

Следующая возможность - получение «зеркального вида» отраженного изображения, которое мог бы наблюдать водитель автомобиля в зеркале заднего вида. Пакет позволяет иметь 16 зеркал различных размеров.

Тесты на досягаемость могут потребоваться при проверке расположения точек на конструкции или размещения поверхности. По результатам проверки можно определить, насколько удачно расположен тот или иной объект в исследуемой области. Например типичный тест на досягаемость, в котором дальнейшей проверке подвергается ранее определенная панель управления автомобилем. Заштрихованная область указывает, что данное расположение приборов будет удобно для мужчин, рост которых попадает в диапазон равный 95 процентилям нормального распределения.

Все это позволяет определить перемещения конечностей и головы водителя автомобиля внутри рабочего пространства. Более того, имеется возможность объединять в одной команде несколько отдельных действий водителя. Доступность рабочего места - определение максимальной комплекции водителя (т. е. каким телосложением должен обладать водитель, чтобы он смог управлять машиной). Рабочая поза оценивается по углам, образованным конечностями водителя.

Штифтовая модель человека имеет естественные ограничения при построении различных вариантов положений - рабочих поз человека. Поэтому при попытках смоделировать особо сложные перемещения частей тела выдается соответствующее предупреждение.