Enhancing human system performance through digital human modeling

通过数字人体建模增强人体系统性能

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2018-04483
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.62万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2018-01-01 至 2019-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Human factors and ergonomics (HF & E) play an important role in the design of products, equipment and workplaces. By considering principles of HF & E, ergonomists, designers, and engineers can optimize human-machine/equipment interactions to maximize performance (e.g., quality, speed, efficiency) and minimize risks to human well-being (e.g., fatigue, injury). However, careful inclusion of HF & E often requires the development of physical prototypes and extensive human testing to identify and verify optimal design parameters or equipment configurations. Human testing takes time, is costly, and can limit the number of designs or equipment configurations that can be explored. With advances in computer simulation and animation, users are beginning to explore digital human models (DHM), or "virtual workers", to evaluate equipment, products and workplaces from an HF & E lens within a virtual design space. However, two challenges limit widespread use and adoption of DHM; a lack of well-trained highly qualified personnel (HQP) with expertise in DHM, and a lack of fundamental knowledge on the validity and sensitivity of DHMs to elicit realistic movement behaviour predictions under changing person (e.g., gender, body mass, etc.) and task (e.g., body-borne load, encumbrance) related constraints. This program of research applies a constraints-based theoretical framework and novel movement characterization approach to advance our fundamental knowledge about how person and task related factors influence movement behaviours in an occupational context. Moreover, by integrating empirical and computational (DHM) evidence, my HQP and I will determine if movement behaviours are adjusted, when constrained by person and task factors, by tuning performance objectives.******Currently, our Canadian Armed Forces have limited information available to inform decisions about what type of equipment soldiers should wear, how much load they can carry, or what type of body armour is most effective to optimize soldier effectiveness while minimizing solder burden (i.e., biomechanical consequences associated with injury). In the next five years, my team and I will systematically uncover how person and task related factors affect movement behaviors, using tasks relevant to military as a starting point. This knowledge can be applied to tune and validate the performance objectives that drive DHM--based simulations, or “virtual soldiers”. Validated “virtual soldiers” can be used to proactively identify preferred equipment designs and configurations most likely to optimize solider effectiveness. In addition, my HQP will develop advanced and marketable proficiency in DHM, addressing a current void of DHM expertise in today's workforce. My HQP will be trained to deploy DHM-based simulations to tackle work-related injury concerns more broadly across sectors including healthcare, manufacturing and service sectors.
人因工程学(HF & E)在产品、设备和工作场所的设计中起着重要的作用。通过考虑HF & E的原理,人体工程学家、设计师和工程师可以优化人机/设备交互,以最大限度地提高性能(例如,质量、速度、效率),并最大限度地减少对人类福祉的风险(例如,疲劳、损伤)。然而,仔细纳入HF & E通常需要开发物理原型和广泛的人体测试,以确定和验证最佳设计参数或设备配置。人体测试需要时间,成本高昂,并且可能限制可以探索的设计或设备配置的数量。随着计算机模拟和动画的发展,用户开始探索数字人体模型(DHM)或“虚拟工人”,以在虚拟设计空间内从HF & E透镜评估设备、产品和工作场所。然而,两个挑战限制了DHM的广泛使用和采用;缺乏训练有素、具有DHM专业知识的高素质人员(HQP),以及缺乏有关DHM在不断变化的情况下得出现实运动行为预测的有效性和敏感性的基本知识(例如,性别、体重等)和任务(例如,身体负载、阻碍)相关的限制。该研究计划采用基于约束的理论框架和新颖的运动表征方法,以提高我们对人和任务相关因素如何影响职业背景下运动行为的基本知识。此外,通过整合经验和计算(DHM)证据,我的HQP和我将确定当受到人员和任务因素的约束时,是否通过调整绩效目标来调整运动行为。目前,我们的加拿大武装部队只有有限的信息来决定士兵应该穿什么类型的装备,他们可以携带多少负荷,或者什么类型的防弹衣最有效地优化士兵的效率,同时最大限度地减少焊料负担(即,与损伤相关的生物力学后果)。在接下来的五年里,我和我的团队将系统地揭示人和任务相关因素如何影响运动行为,以与军事相关的任务为起点。这些知识可以应用于调整和验证驱动基于DHM的模拟或“虚拟士兵”的性能目标。经过验证的“虚拟士兵”可以用来主动识别最有可能优化士兵效率的首选装备设计和配置。此外,我的HQP将在DHM方面发展先进的和市场化的能力,解决当前劳动力中DHM专业知识的空白。我的HQP将接受培训,以部署基于DHM的模拟,以更广泛地解决包括医疗保健,制造业和服务业在内的各个行业的工伤问题。

项目成果

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知道了