基于AI视觉动作捕捉技术的智能制造实践

作者张恒4李元锋3林丽莉公司华润数科股份有限公司江苏华郢智能控制技术有限公司成都市疾病预防控制中心英特尔（中国）有限公司 芸羚赵林4建王俊英王长飞4陈乐国4夏军白永明吴浩洋王为真？罗雯邵文篇朱晟伟王虎文王爱喜翔李雪峰 体工学研究的目的。Intel利用在软、硬件方面的技术优势，创新性地运用人工智能视觉识别技术，通过非接触式动作捕提构建人机工学MMpose模型，实现作业姿势健康风险的实时量化分析和监测预警，突破了传统工效学评估的时效局限，从源头上经济、高效地解决因作业姿势不良带来的健康风险问题。同时，系统可以通过后期功能扩展，AI深度学习，实现对重复用力、作业疲劳、不安全行为等多种因素的综合监测预警，有望打造成一套高效的"人-物互联"健康管理系统，推动生产效能和人的健康全面发展。 人是生产力中的核心要素，健康、安全、舒适地工作是人李元锋成都市疾病预防控制中心主任医师劳动卫生专业博士 目录 前言缩略调第一章行业需求1.1应对肌肉骨髂疾璃：企业与技术在职业健康中的角色1.2造业推广人机工学面临的挑战与智能技术解决方案1.3英特尔成都工厂：通过技术创新引领人机工学的新时代第二章AI视觉动作捕捉技术在人机工程学的应用132.1A驱动的动作捕提技术：MMpose的创新与应用2.2A视觉动作插捉技术：推动制造业人机工学的规模化转型2.3OpenVINO"优化人机工学防护算法：提升实时性与部署效率第三章基于AI视觉动捕技术的人机工程守护系统203.1A题动的产线人机工程守护风险评估体系方案架构3.2英特尔认证AI边媒硬件：A驱动的工业工程防护系统快速部置233.3从需家分析到持续改进：A边缘视堂动捕技术的快速工业落地3.4英特尔AI为制造：实时人机工学风险评估系统的创新实践价值29第四章未来展望32 前言随差工业的快速发展，人机工学在工业设计和生产中的应用变得越来越重要。每一次工业革命都对工作环境和员工的健康与安全提出了新的挑战。从第一次工业革命的蒸汽机到现代的智能制造技术，人机工学始终是优化工作环境，提高生产效率和保障员工健康的关键科学。在当今的工业4.0时代，数字化、人工智能、物联网、大数据等技术的快速发展，不仅改变了生产方式，也对员工的认知能力和工作方式提出了新的要求。人机工学的应用范国从传统的物理环境设计扩展到了认知领域，强调通过智能人机交互和增强现实技术等手段，提升员工在复杂工作环境中的适应性和效率物联网技术在人机工学中的应用尤为突出。通过连接各种智能设备和传感器物联网实现了对工作环境和人机状态的实时监测。例如，智能工厂中的传感器可以收集员工的动作，姿势和环境数据，并将这些信息传输到云端进行分析。基于这些数据，系统可以实时调整工作站的配置，以确保员工始终处于最舒适和安全的状态。这种动态调整不仅提高了工作舒适度，还有效减少了因不良工作姿势导致的肌肉骨骼问题。人机工学的理论基础可以追到20世纪初的科学管理理论和人因工程学。泰勒的科学管理理论强调通过标准化和优化工作流程来提高效率，而人因工程学则关注人与机器的交互，以提高安全性和舒适度。近年来，随若技术的进步，联网和人工智能技术为人机工学提供了新的技术支择。 物 前言人工智能技术在数据分析和个性化建议方面发挥着重要作用。通过机器学习算法，AI可以分析大量的用户数据，识别出潜在的健康风险和不良习惯。例如，AI系统可以根据员工的历史数据预测可能出现的疲劳状态，并主动建议休息或调整工作节奏。此外，人工智能还可以根据员工的个人偏好和身体特征，提供个性化的防护建议，如推荐适合的工作设备或调整工作环境的光照和温度。随着人口老龄化和工作方式的多样化，人机工学在满足不同年龄段和身体条件员工需求方面的作用日益凸显。从汽车行业的舒适驾驶设计到医疗设备的人性化操作界面，人机工学的应用贯穿于各个工业领域。例如，在汽车制造业中，人机工学设计不仅提高了驾驶员的舒适度，还增强了安全性。通过物联网技术，车辆可以实时监测驾要员的状态，并根据数据调整座椅和方回盘的位置，以减少疲劳和提高驾驶体验。本百皮书盲在探讨人机工学在现代工业中的应用背景，发展趋势以及如何通过科学的设计和管理实践，提升工作环境的安全性、舒适性和生产效率。通过深入分析人机工学的多学科特性及其在不同工业场景中的应用案例，我们希望为行业从业者，政策制定者和研究人员提供有价值的参考，共同推动工业设计和生产向更加人性化、智能化的方向发展。通过物联网和人工智能技术的结合，我们期待在未来看到更加智能和全面的人体工学解决方案，为员工创造一个健康、安全和高效的工作环境。随若技术的不断进步，人机工学将继续在工业设计和生产中发挥关键作用，推动行业向更高效、更人性化的方向发展。 由于机器结构的特殊性，一线员工在日常工作中常常需要采取不符合人机工程学的尬姿势，如弯腰和搬抬，这可能导致员工出现拉伤、扭伤以及累积性肌肉损伤。为了更早地监测到有风险的工作任务，并快速评估相应风险，我们开发了一套“工业视觉人机工程守护系统”，该系统通过视觉动作捕捉和AI姿态估计算法进行人机工程风险评估，极大地减少了EHS人工时间，并能够更早地进行风险预判，帮助管理者在风险发生前采取改善措施，从而有效降低人机工程学风险熊芸羚英特尔产品（成都）有限公司成都封装测试工厂设备技术支持部工程师 缩略词英文OpenMMLab Pose Estimation开源多媒体实验室姿态估计工具箱及基准Environment, Health and Safety环境、健康与安全肌肉骨骼疾病累积创伤障碍oneAPI深度神经网络库Rapid Entire Body Assessment快速全身评估 1.1应对肌肉骨骼疾病：企业与技术在职业健康中的角色肌肉骨略疾病（MSD5）是全球工作场所中最常见的职业健康问题之一，影响约三分之一的世界人口。这些疾病不仅导致员工缺勤和慢性残疾，还显著降低了工作质量和生产效率。在汽车制造等行业中，由于重复性动作、不自然姿势、用力过度和振动等风险因素的存在，MSDs的发生率尤其高。例如，在欧洲，超过一半的汽车制造工人报告了与工作相关的MSDS，导致缺劲率显著增加。根据《柳叶刀》的一项研究，肌肉骨骼疾病是全球范围内导致残疾的主要原因之一，尤其是腰痛和颈痛。腰痛在全球范围内是导致工作能力下降的首要原因，影响了超过5亿人。颈痛则影响了约3亿人，成为全球范国内第三大导致残疾的原因。肌肉骨骼疾病的治疗和管理成本也非常高，据估计，美国每年因MSDs导致的直接和间接医疗费用超过1OO0亿美元。这些数据不仅反映了MSDs对个人健康的影响，也揭示了其对经济的巨大负担。随着工业4.0的推进，工作场所的技术和环境发生了显著变化，这对人机工程学提出了新的挑战。复杂的人机交互、大数据分析和智能工厂环境要求员工具备更高的认知能力和适应性。然而，目前的技术发展往往忽视了人类因素，这可能导致职业健康和安全原则的退化。此外，多维数据的复杂性需要通过有效的简化技术来管理，以确保员工能够有效地处理和响应。研究表明，适当的人机工程学设计可以显著减少员工的身体负担，提高工作效率和满意度。 人机工程学干预措施在减少MSDs的发生率和严重性方面显示出显著潜力。根据《职业与环境医学杂志》的研究，优化工作环境和流程可以显著降低MSDs的发生率。例如，调整工作合高度、使用符合人机工程学设计的工具和设备可以减少不自然姿势和重复性动作带来的风险。此外，自动化技术的应用可以减少员工的体力劳动，从而降低MSDS的风险。为了有效预防和管理MSDS，企业需要采取综合措施，包括优化工作环境和流程、提供员工培训以及实施健康监测计划。根据（美国医学会杂志》的研究，定期的员工培训和教育可以显著降低MSDs的发生率。此外，早期识别和治疗MSDs可以显著减少慢性病的发生率和严重性。企业还可以通过提供心理支持和压力管理计划来改善员工的心理健康，从而降低MSDs的风险。政府高度重视职业健康问题，并采取了一系列措施来保护劳动者的健康权益。根据国家卫生健康委员会的数据，从2012年到2021年，全国报告新发职业病病例数从27420例下降至15407例，降幅达到了43.8%。这些数据表明，通过政策干预和企业实施有效的健康管理策略，可以显著降低职业病的发生率。政府的支持和监管对于推动企业改善工作环境和员工健康至关重要。 在医学研究中，肌肉骨骼疾病的病理生理学已被广泛研究。MSDs通常涉及肌肉、骨骼、神经和血管的复杂相互作用。慢性炎症、肌肉疲劳和神经压迫是导致这些疾病的主要机制。研究表明，长期的肌疲劳会导致肌纤维的微损伤，进而引发炎症反应。这种炎症反应不仅影响局部组织，还可能通过释放炎症介质影响全身健康。慢性炎症与多种慢性疾病相关，如心血管疾病和代谢综合征。此外，心理因素在MSDs的发生和发展中也扮演着重要角色。高压力环境和低工作控制感会加剧肌肉紧张和疼痛感。心理压力通过神经内分泌途径影响肌肉骨略系统，增加慢性疼痛的风险。研究表明，心理干预，如认知行为疗法，可以有效缓解MSDS患者的疼痛和不适。心理干预不仅可以改善患者的心理状态，还可以促进身体的恢复。随若技术的进步和工作环境的变化，企业需要不断调整和优化其人机工程学策略，以确保员工的健康和福证。通过综合考虑物理、心理和社会因素，企业可以有效预防和管理MSDS，提高生产效率和员工满意度。未来的研究和政策应进一步关注多因素干预措施的长期效果，以确保工作场所的健康和安全。通过持续的研究和创新，企业可以为员工创造一个更加健康和高效的工作环境 1.2制造业推广人机工学面临的挑战与智能技术解决方案在当今的商业环境中，许多企业在实施人机工学解决方案时面临看显署的挑战。这些挑战不仅仅是技术上的，还涉及到如何全面整合物理、心理和社会因素，以优化员工的工作体验和健康状况。尽管一些企业在工作场所设计和工具改进方面取得了进展，但整体的优化仍然不足，尤其是在员工培训和工作环境的全面提升方面。企业往往缺乏系统化的方法来评估和改善工作条件，这导致了生产效率的下降和工作相关疾病的增加。在制造业领域，这些问题尤为突出。制造业通常涉及重复性高、体力劳动密集的工作，这使得员工更容易受到肌肉骨略疾病的影响。根据《职业与环境医学杂志》的一项研究制造业员工的肌肉骨略疾病发生率显著高于其他行业（Smithetal,2020）。因此，制造业企业需引入先进的人机工学技术，以减少员工的身体负担，提高工作效率。一个关键的障碍是引入先进人机工学技术的高成本。智能家具、外骨略设备和实时监测系统等技术虽然能够显著改善工作条件，但其高昂的价格使得许多中小制造企业难以承受。这不仅限制了这些技术的广泛应用，也使得企业在实施全面解决方案时面临财务压力。此外，初始投资的高成本通常伴随若后续的维护和更新费用，这进一步增加了企业的负担。 为了克服这些障碍，制造业企业需要仔细评估投资回报率，并考虑长期的健康和生产力收益。然而，许多企业缺乏足够的数据和分析工具来准确预测这些收益，导致在决策过程中犹操不决。企业在预算分配时在在优先考虑短期收益项目，而忽视了人机工学改进所带来的长期效益。这种短视的财务策略可能导致员工健康问题的增加，从而进一步影响企业的生产效率和竞争力。因此，制造业企业函需探索降低技术成本的方法，例如通过降低技术门槛、规模化生产、与技术供应商合作或导求政府补贴和支持，以实现更产泛的应用。通过这些措施，企业可以在不牺性质量的情况下降低成本，从而更有效地实施全面的人机工学解决方案。与此同时，企业还应加强与医学专家和人机工学研究人员的合作，以确保解决方案的科学性和有效性，并通过创新和改进在全球竞争中占据优势地位。此外，制造业企业可以考虑采用分阶段实施策略，以逐步引入人机工学技术。这种策略不仅可以缓解初始投资的压力，还能让企业在实施过程中不断评估和调整方案，以确保最佳效果。通过试点项目和小规模测试，企业可以收集数据和反馈，优化解决万案，并在更大范国内推广成功的策略。制造业企业还应关注员工的参与和反馈因为他们是直接受益者和使用者。通过建立并放的沟通渠道，企业可以更好地理解员