Tecnomatix Jack

Tecnomatix Jack je opět software zaměřený na ergonomii a lidský faktor. Software vznikl za podpory NASA na Department of Computer and Information Science na University of Pennsylvania během 80. let. Tento software umožňuje uživateli umístit do virtuálního prostředí přesný biomechanický model člověka, přiřadit mu úkoly a sledovat jeho výkonnost. Jack nebo Jill, jak je nazýván model ženského pohlaví, odpovídají na klasické otázky, co vidí, kam dosáhnou, jestli se cítí pohodlně nebo jestli nejsou přetěžováni.

Jack neslouží jenom pro modelování člověka. Je využíván také jako real-time simulační nástroj. Do Jacka je možné importovat další CAD grafiku a vytvářet tak virtuální prostředí pracoviště nebo celé výroby. Je tu však také možnost vytvářet tyto geometrické objekty od začátku pomocí jednoduchého modeláře. Pomocí jednoduchých primitivů (kostky, koule, válce, jehlany, atd.) můžeme sestavovat daleko komplexnější objekty, kterými můžou být nástroje, dopravní prostředky a jiné objekty vyskytující se na pracovišti.

Dimenzování pracovníka

V Jackovi lze vytvořit postavu libovolných rozměrů a proporcí. Populační data jsou sebrána z antropometrického průzkumu personálu armády spojených států z roku 1988 (ANSUR 88 - Anthropometric Survey of U. S. Army). Na základě těchto údajů se snadno dají vygenerovat rozměry postav na základě výšky, váhy nebo percentilu populace.

Biomechanický model člověka má celkem 69 segmentů a 68 kloubů. Nejdetailněji je tvořena páteř (17 segmentů) a ruce (16 segmentů). S těmito segmenty můžeme manipulovat ve 2-3 osách. Máme tudíž možnost manipulovat celkem až se 135 stupni volnosti.

Polohování

Jack nám umožňuje manipulovat s jednotlivými segmenty, které jsou spojeny pomocí kloubů, jejichž úhly a rozsahy jsou převzaty ze studií NASA. Když pohybujeme s jednotlivými segmenty virtuálního modelu člověka, software využije inversní kinematiky a určí automaticky polohu i ostatních propojených segmentů. Například když pohneme s rukou modelu, horní a spodní část ruky a ostatní segmenty se natočí v příslušném směru. Do příslušné pracovní polohy můžeme tedy Jacka nastavit manuálně, nebo můžeme využít jednu z 30 základních „startovacích“ pracovních poloh uložených v knihovně.

Jackův systém omezení nám umožňuje specifikovat, jak se bude náš virtuální člověk chovat při styku s ostatními prvky virtuálního prostředí. Můžeme například spojit ruku člověka s výrobkem a sledovat pak jak se bude měnit jeho poloha při pokládání tohoto výrobku na stůl. Při definování těchto vazeb obvykle stanovujeme způsob úchopu dané součásti. Jack poskytuje 5 předdefinovaných typů uchopení.

Analýzy

V programu Jack máme možnost provádět několik základních typů vyhodnocování výkonu našeho virtuálního člověka. Klasikou je zobrazení zorného pole. Díky této analýze jsme schopni vidět to samé co náš virtuální model, měřit vzdálenost mezi okem a pozorovaných objektem nebo sledovat trajektorii pohybujícího se předmětu. Další charakteristikou je vyhodnocování dosahových vzdáleností, díky kterým jsme schopni říct, zda náš model dosáhne na určité předměty nebo jaká je vzdálenost k tomuto objektu. Velice užitečnou záležitostí je testování kolizí v reálném čase mezi postavou člověka a ostatními objekty

Pro více složité analýzy je nutné použít doplňkových modulů Occupant Packaging Toolkit a Task Analysis Toolkit.

Task analysis toolkit (TAT)

Tyto analýzy zhodnotí riziko potenciálního zdravotního ohrožení založeného na postoji, využití svalů, zátěži, délce činnosti, frekvenci a zprostředkovávají návrhy jak toto riziko snížit. TAT analýzy ukazují, kolik může pracovník zvednout, položit, přenést nebo tlačit při vykonávání jeho práce.

• Low Back Spinal Force Analysis – analýza síly působící na páteř a bederní část zad virtuálního modelu při různých postojích a pod různým zatížením.

Simulace ohýbání do bedny

• Static Strength Prediction – analýza zatížení pracovníka od statických sil.
• NIOSH Lifting Analysis – analýza pro vyhodnocení zvedacích úkolů, vypočítává doporučený hmotnostní limit v zadaných postojích.

Hodnocení zatížení pracovníka při zvedání předmětů

• Predetermined Time Analysis – kalkulace času potřebného na provedení operací dle metody MTM-1.
• Rapid Upper Limb Assessment – analýza zaměřená na hodnocení pracovního postoje.
• Metabolic Energy Expenditure – odhad metabolického energetického výdeje pracovníka při určité práci vzhledem k jeho charakteristickým rysům.
• Manual Handling Limits – analýza pro vyhodnocování a navrhování operací týkajících se ruční manipulace zahrnující zdvihání, tlačení, táhnutí a přenášení.
• Fatigue/Recovery Analysis – analýza vypočítává na základě zadaného pracovního úkolu čas potřebný k odpočinku, který pak následně porovná s požadovaným časem oddechu.
• Working Posture – analýza OWAS slouží rychlou kontrolu pracovního postoje. Vyhodnocuje relativní diskomfort pracovní pozice založený na pozici zad, rukou a nohou a míře zatížení.

Occupant packaging toolkit (OPT)

Tento balíček dodatkových analýz je používán zejména při návrhu vnitřních prostorů aut, nákladních automobilů, letadel apod. Designéři jsou s pomocí tohoto nástroje schopni hodnotit komfort a výkonnost pasažérů různých dopravních prostředků. Hlavním přínosem při využívání tohoto nástroje je značná finanční úspora, neboť již není nutné využívat fyzických figurín. OPT se skládá z dalších šesti konkrétních analýz.

• SAE packaging guidelines – 28 doporučených SAE směrnic, které obsahují informace o rozmístění důležitých ovládacích prvků v autě.
• Posture prediction – slouží k převážně k simulaci polohy sedících pasažérů v autě.
• Comfort assesment – pomáhá určit, zda jsme umístili model člověka do komfortní sedící polohy.
• Advanced Reach Analysis, Advanced Anthropometry – analýzy jsou nadstavbou klasických analýz ze základní nabídky programu, které jsou nepatrně upraveny pro návrhy automobilů.
• Vision analysis - analýza zorného pole řidiče, například přímý pohled z auta, boční výhledy a také výhled přes zpětná zrcátka.

Simulace
Velmi výhodnou a v poslední době stále více užívanou metodou je počítačová simulace pracoviště a pracovního procesu v digitálním prostředí. V Jacku můžeme reálně simulovat a následně optimalizovat pohyby pracovníka ve 3D prostředí. Ve spojení s přecházejícími analýzami máme možnost detailně a přesně navrhovat lidské činnosti. Různé druhy úchopů a chůze umožňují uživateli rychle a jednoduše tvořit lidské pohyby. Velice šikovným nástrojem je detekování kolizí mezi člověkem a prostředím což zabezpečuje proveditelnost jednotlivých úkonů. Samozřejmostí je zachycení simulované události do video souborů typu .mpg nebo .avi.