Mannequin numérique

Pour animer les caractères 3D de l’homme sur l’ordinateur, il est nécessaire de concevoir et développer un modèle numérique d’humain (MNH) et ses mouvements et d'effectuer l'animation par ordinateur (Baksa, 2001). L’utilisation des MNHs (et en particulier humains virtuels) est une technique efficace pour visualiser, évaluer et analyser les caractéristiques et le comportement des humains, et voir leurs interactions avec l'environnement ((Arbor, 1998) et (Zachary et al., 2001b)). Les MNHs peuvent agir les uns sur les autres, avec le vrai

environnement (en tant que réalité augmentée), l'environnement numérique ou le vrai humain. En utilisant une base de données anthropométrique, l'utilisateur peut produire ou choisir la taille des humains, et par les dispositifs spéciaux d'entrée–sortie, tels des captures de mouvements, l'utilisateur peut agir avec les modèles d’humains, en temps réel. De nos jours ces modèles sont employés dans des applications industrielles pour étudier l'analyse ergonomique (par exemple le positionnement et le confort, la visibilité, l’accessibilité, la saisie, l’évaluation de force, de sécurité et de performance, et cette liste continue à s’allonger. Employer des MNHs peut améliorer des paramètres de conception comme : le temps, la qualité, la sûreté, les coûts et la portabilité de la conception. D’autres spécifications importantes des modèles numériques sont leurs possibilités à s’intégrer avec d'autres techniques de modélisation d’humains et avec d'autres outils de conception.

L'avantage d'employer un humain numérique est que beaucoup de combinaisons et de situations peuvent être évaluées dans moins de temps et beaucoup plus tôt dans le processus de développement de produit ((SAFEWORK, 2003) (Merino et al., 2005), (Obergefell, 1998) et (Rix et al., 1998)).

Le mouvement du mannequin numérique (MN) peut être commandé avec des interfaces ou par simulation automatique. Les possibilités automatiques de simulation (désignées sous le nom du modeleur du mouvement) permettent à des simulations complexes d'être rapidement créées (DEPTH, 1998). Lors de simulations, le système détermine des informations telles que l'accessibilité, la visibilité et la force (DEPTH, 1998).

Des systèmes de base de données des caractéristiques anthropométriques (Abdel-Malek et al., 2004b), des postures et de confort (Seitz et al., 1999), basés sur des normes internationales, permettent de s'assurer que la conception des lieux de travail convient à un éventail d’opérateurs (Tecnomatix, 2003). Ce système crée des modèles simples d’humains ayant la taille du corps et les proportions correctes avec l'habillement, et des matériels de protection personnelle (COMBIMAN, 2004) cohérents avec la manière de travailler avec des outils (DEPTH, 1998). Des données de posture peuvent être stockées et chargées au modèle d'humain choisi (Rix et al., 1998).

La capture de mouvement permet au concepteur d'obtenir les données réalistes qui sont directement liées au type de posture et de mouvement d'une personne pendant qu’il agit avec les équipements dans son environnement réel (Abdel-Malek et al., 2004b).

Il y a de nombreux utilisateurs d’outils de types mannequin numérique, parmi ceux qui conçoivent et examinent des intérieurs et des habitacles de véhicule. Dans le domaine militaire, ils sont utilisés lors de la conception d'équipements militaires, en particulier pour simuler les activités d’utilisation. Les concepteurs et les ingénieurs de produit, les ergonomes, les responsables d'équipements, les spécialistes sur le lieu de travail, les architectes, les dessinateurs d'intérieurs, les animateurs de jeux d'ordinateur, et les animateurs de films constituent une courte liste d'utilisateurs de mannequins numériques, liste qui continue à se développer tous les ans (Laurenceau, 2001).

Ces mannequins numériques sont également employés pour fournir les données qui ne peuvent pas être mesurées pendant un essai, telles que des forces dans le corps, et compléter des essais avec des simulations de variation de paramètres (Obergefell, 1998). Les valeurs de confort de la posture peuvent être montrées dans une fenêtre supplémentaire ou sous forme de pseudo–couleurs sur le modèle d’humain (Rix et al., 1998). Les prévisions peuvent aussi inclure des informations concernant des possibilités de garder l'équilibre sans risque (Parkinson et al., 2003).

Les environnements virtuels se créent par des données importées de modèle CAO (COMBIMAN, 2004) ou la création directe des objets. L’utilisateur crée des mannequins avec les modèles biomécaniques d’humains précis, en assignant des tâches à ces humains numériques et en obtenant des informations valables sur leur comportement. Le modèle

permet de visualiser la possibilité d’exécution de certaines tâches, d’évaluer le risque de « désordre » pour le corps pour des tâches particulières, d’analyser la dépense énergétique, d’évaluer le confort des postures, d’obtenir de l'information sur des possibilités d’efforts, et de produire des enveloppes "possibles" et "confortables" d'extension ((Jack, 2004) et (Reed, 2003)).

Les analyses ergonomiques qualifient des opérations manuelles en ce qui concerne les normes ergonomiques. En utilisant les méthodes standard ergonomiques ((NIOSH, 1981) et (NIOSH, 1991)), des tâches de levée et de portée peuvent être efficacement examinées (Tecnomatix, 2003) ; ainsi que le temps de cycle de montage peuvent être déterminés (Tecnomatix, 2003). On peut conclure qu’utiliser un mannequin numérique fournit de grands avantages pour arriver aux objectifs suivants (Tecnomatix, 2003) :

¾

¾ Temps de cycle des opérations manuelles optimisés,

¾

¾ Temps et coût de planification réduite,

¾

¾ Communication améliorée des résultats de planification,

¾

¾ Plus grande productivité des équipements de production,

¾

¾ Ergonomie améliorée des lieux de travail,

¾

¾ Documentation et réutilisation complètes des meilleures pratiques.

Ce modèle peut être utilisé pour la visualisation de processus de découpe de viande, faire des analyses de vision et accessibilité, vérifier les normes de la charge de travail, et identifier les dangers mécaniques, par exemple pour l’opérateur de scie à ruban.