Progettazione e sviluppo di un sistema per la gestione dati di componenti e di manichini per l'ergonomia in ambito aerospaziale = Design and development of a data management system for components and mannequins for ergonomic design in the aerospace industry

La Realtà Virtuale (VR) è utilizzata in diversi ambiti, dall'intrattenimento, alla progettazione e simulazione. L'industria aerospaziale ha iniziato a utilizzarla per migliorare i propri processi di sviluppo, analisi e formazione, permettendo di abbattere costi e diminuire i tempi di sviluppo. La società Thales Alenia Space Italia (TASI), grazie al COSE - COllaborative System Engineering - Centre di Torino, ha sviluppato varie applicazioni in Realtà Virtuale che sfruttano il motore grafico Unreal Engine 4 (UE4) con diversi scopi, tra cui l'ingegneria collaborativa e il design ergonomico dei propri moduli. Le applicazioni VR permettono di migliorare il processo di progettazione tramite la creazione di ambienti virtuali dei moduli. Inoltre, grazie all'uso di manichini virtuali è possibile studiarne l'ergonomia, abbattendo i costi e i tempi delle tecniche tradizionali. È importante che i manichini rispettino gli standard definiti dalla NASA nel documento GP 10017 (Gateway Program Human System Requirements). Il lavoro di tesi si pone due obiettivi: la progettazione e sviluppo di un sistema per la gestione dati di componenti e di manichini per l'ergonomia in ambito aerospaziale. Il primo modulo della tesi nasce dall'esigenza di rendere efficiente il processo d'importazione ed esportazione dei parametri ingegneristici di componenti di un modulo spaziale. I dati sono raccolti in un foglio di calcolo, ottenibile tramite lo strumento OCDT (Open Concurrent Design Tool) messo a disposizione dall'ESA (European Space Agency) e devono essere associati ai corrispettivi modelli degli ambienti virtuali. Il plugin, progettato per risolvere le precedenti problematiche, permette la gestione dati tramite una semplice interfaccia grafica. I parametri sono così visualizzati e gestibili direttamente dall'engine. È stata verificata l'importazione e l'esportazione con qualsiasi tipologia di dato e parametro. Per l'implementazione sono stati sviluppati script in Python, integrati nativamente nell'editor di UE4. Il secondo modulo permette il miglioramento degli attuali manichini utilizzati da TASI. La società utilizza una serie di manichini sviluppati tramite lo strumento MakeHuman, modificati tramite Blender e poi resi compatibili con UE4. Questo processo presenta diverse criticità: non è scalabile, non è permessa la modifica dei modelli creati. Inoltre, i manichini risultano poco realistici e sono presenti incompatibilità con i sistemi dell'engine. Infine, un ulteriore problema è il cambiamento dello standard NASA, avvenuto nel 2019. Di conseguenza, questa seconda parte della tesi si concentra nello sviluppo di un sistema automatico per la creazione dei manichini direttamente all'interno di UE4, risolvendo le criticità presenti nelle precedenti versioni. Vengono utilizzati come base i modelli del nuovo strumento MetaHuman di Unreal Engine, con la quale è possibile creare dei manichini altamente realistici e facilmente animabili. Sfruttando l'Animation Blueprint di UE4 è stato sviluppato il tool per la creazione automatica dei modelli, in modo che rispettino gli standard. Per dimostrare il corretto funzionamento dello strumento, sono stati creati due manichini (1° e 99° percentile) che rappresentano le due misurazioni percentili unisex definiti dal documento NASA. Tramite uno strumento sviluppato appositamente, sono state verificate le misure dei manichini e con l'uso del Control Rig di UE4 si è dimostrato il funzionamento della cinematica diretta e inversa.