虚拟人维修动作混合驱动及人机工效自动量化评估方法研究

The human factors evaluation in current virtual maintenance system is low efficency and accuracy which can not satisfy the requirements of concurrent maintenance design of complex equipment. Facing these problems, this study research on information modeling of maintenance tools oriented to the virtual simulation after analyzing typical maintenance order. Then develop a hybrid driven model of maitenance action of virtual human, which combining the real-time interactive control method and Parameterized Action Representation method, to realize the simulation driven from maintenance instruction written by natural language to 3D maintenance simulation, so as to improve the manual simulation setting mode. At the same time, the study develops the automatic quantitive evaluation technology for human factors based on the real-time virtual maintenance simulation process. Finally, this study develops a prototype system after integrating research achievements and using radar,plane equipment to verify those methods.

针对现有虚拟维修系统中维修指令人机工效评估效率低下、准确度不高，不能满足复杂装备维修性并行设计的需求，本课题建立维修工具信息模型，研究基于全局可接近性锥GAC的维修工具最优匹配方法，提高维修工具的匹配效率；分析虚拟人驱动精度影响因素，研究基于遗传算法的虚拟人运动精度优化控制技术，提高捕捉数据动作驱动的精度；研究基于功能约束的精细维修动作建模技术，建立虚拟人姿态生成的多层次约束模型，实现精细维修动作的算法驱动；研究维修动作分类方法，建立基于实时捕捉数据与模型混合驱动的虚拟人运动控制机制，生成准确的虚拟人动作姿态。研究基于核聚类的关键帧自动提取技术与人机工效信息的工程量化准则及计算方法，形成面向维修过程的维修指令人机工效自动量化评估的技术体系；通过多样本的实验设计，校验人机工效量化结果的可信性；最后将集成研究成果，开发软件原型系统，并通过飞机、雷达等复杂装备的应用对方法的性能进行分析。

针对现有虚拟维修系统中维修指令人机工效评估效率低下、准确度不高，不能满足复杂装备维修性并行设计的需求，本课题研究提出了基于虚拟人混合驱动的维修动作仿真与评估方法：. 1）研究构建了具有支持维修指令人机工效评估的各类相关信息描述模型与基于Hanavan结构的虚拟人实时驱动模型，研究基于全局可接近性锥GAC 的维修工具最优匹配方法，提高维修工具的匹配效率。. 2）系统分析了影响虚拟人驱动精度的影响因素，针对硬件因素，提出了硬件突发噪声过滤准则与基于灰色预测模型的在线补偿方法；针对软件因素，建立了以频繁操作域累计误差最小为目标的优化模型，优化操作者与虚拟人部件尺寸的匹配精度；. 3）建立了基于约束处理算法的虚拟人与虚拟对象交互操作逻辑模型，采用基于功能约束的精细维修动作建模技术建立虚拟人姿态生成的多层次约束模型，实现精细维修动作的算法驱动。. 4）研究基于核聚类的关键帧自动提取技术与人机工效信息的工程量化准则及计算方法，形成面向维修过程的维修指令人机工效自动量化评估方法，研究了维修操作过程中可视性、可达性和操作姿态的自动量化评估方法，建立起人机工效综合量化评估模型；. 5）最后集成研究成果，开发了维修工艺快速仿真、评价与分析原型系统（VESP-MISA），并通过雷达装备的维修性设计为例验证本文所提出的基于虚拟人维修操作混合驱动的维修动作仿真方法以及人机工效自动量化评估方法的正确性与有效性。. 项目形成的软件系统已经应用于中电三十八所多个型号地面高机动雷达的设计，解决了雷达维修性分析面临的关键性难题，缩短了型号雷达的研制周期。研究成果在国内外SCI/EI 期刊源上发表11篇高质量学术论文，申请了软件著作权2 项, 培养了博士研究生2 名；硕士研究生4 名。